熱成像正在成為主流嗎？

　　你可能沒(méi)有熱感相機(jī)，即使有，你也不知道如何使用它。對(duì)于許多人來(lái)說(shuō)，第一次也是唯一一次與熱成像相關(guān)聯(lián)是因?yàn)楣跔畈《痉窝?，它引發(fā)了熱感相機(jī)的廣泛部署，用于遠(yuǎn)距離篩查體溫升高的人。所以標(biāo)題中問(wèn)題的答案是否定的。

　　但是等等——幾十年前你也會(huì)這么說(shuō)，當(dāng)時(shí)數(shù)碼相機(jī)還處于起步階段，幾乎沒(méi)有進(jìn)入監(jiān)控應(yīng)用。然而現(xiàn)在你的手機(jī)里有三個(gè)或更多。是什么催化了這種變化？?jī)杉拢杭夹g(shù)突破和技術(shù)驅(qū)動(dòng)力的改變。同樣的兩件事正在熱成像領(lǐng)域發(fā)生。技術(shù)突破是，現(xiàn)在可以使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造傳感器，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)、快速小型化、低功耗和前所未有的成本降低。此外，熱成像不再僅僅用于軍事或邊境管制機(jī)構(gòu)；社會(huì)和公民需求開(kāi)始推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。

雕像、樹(shù)木和公園噴泉的溫度記錄。（來(lái)源：亞當(dāng)·塞比爾）

　　照片是用多像素?zé)岢上駛鞲衅鳙@得的，每個(gè)探測(cè)器都對(duì)所有物體發(fā)出的LWIR輻射敏感。每個(gè)像素代表視野中物體表面的溫度，并用顏色表示：較亮的顏色用于較熱的區(qū)域，而較暗的藍(lán)色和紫色色調(diào)表示較冷的區(qū)域。

　　事實(shí)上，用于移動(dòng)設(shè)備的熱感相機(jī)附件正變得越來(lái)越流行，而且非常實(shí)惠，一些加固型手機(jī)甚至集成了這些附件。熱成像器開(kāi)始滲透智能家居有了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，用不了多久，你就會(huì)擁有一臺(tái)熱感相機(jī)。藝術(shù)家包括平澤健二和亞當(dāng)·塞比爾已經(jīng)揭示了當(dāng)你把創(chuàng)造力加入到增強(qiáng)的熱感覺(jué)中時(shí)會(huì)發(fā)生什么。因此，不難想象社交媒體上的圖像流以探索我們與周圍世界的人類關(guān)系的另一種形式為特色。中的圖像圖1都是簡(jiǎn)單的例子，但是還有其他原因，你會(huì)看到熱感相機(jī)就在你面前，而且比你想象的要快。

　　如今，檢測(cè)圖像或視頻中的人臉并識(shí)別此人身份的能力（通常稱為人臉識(shí)別或人臉識(shí)別（FID））已被日常使用（例如，用于身份驗(yàn)證、登錄和訪問(wèn)物理或數(shù)字資產(chǎn)）。然而，已經(jīng)設(shè)計(jì)了許多方法來(lái)智勝這種系統(tǒng)，并通過(guò)所謂的呈現(xiàn)攻擊（例如，通過(guò)顯示打印的圖片、視頻回放、或者甚至高度逼真的3D打印的面具）來(lái)偽造人的身份。演示攻擊通常被稱為欺騙，是一個(gè)大問(wèn)題，因?yàn)槲覀兺ǔ８矚gFID的便利性，而不是因未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)而造成損害的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

　　這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)激發(fā)了許多對(duì)可靠的face ID反欺騙（FAS）的研究和開(kāi)發(fā)工作。除了標(biāo)準(zhǔn)視覺(jué)（RGB）圖像感測(cè)之外，已經(jīng)提出了諸如深度成像或短波紅外（SWIR）成像之類的多種傳感器模態(tài)的部署，但是由于各種挑戰(zhàn)，包括傳感器的成本和缺乏完善的軟件算法或用于多模態(tài)人臉的大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，還沒(méi)有得到廣泛部署認(rèn)可。1

　　上面提到的欺騙方法有一個(gè)共同點(diǎn)：它們可能是人的視覺(jué)上精確的表示，但是它們不呈現(xiàn)活著的人固有的特征溫度信號(hào)。因此，用熱成像（長(zhǎng)波紅外，或LWIR，傳感）來(lái)補(bǔ)充視覺(jué)傳感很有希望提高FAS。此外，它通?？梢愿纳聘咛魬?zhàn)性的光照條件下的人臉檢測(cè)，并可能使人臉識(shí)別更加魯棒。然而，將熱模態(tài)添加到FAS還沒(méi)有得到全面的研究，廣泛采用的實(shí)際解決方案的技術(shù)挑戰(zhàn)主要是未經(jīng)探索。2

　　例如，大多數(shù)使用熱模態(tài)的FAS演示都是用高分辨率的研究級(jí)攝像機(jī)完成的，這些攝像機(jī)價(jià)值數(shù)千美元。但是，相對(duì)低成本、大規(guī)模生產(chǎn)、低分辨率的熱像儀——如80 × 62像素陣列——能否達(dá)到同樣的效果，從而很快在手機(jī)、ATM、汽車、門鈴和電梯中找到一席之地？答案是肯定的。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方法是在視覺(jué)域中使用面部檢測(cè)，在熱域中使用生命證明。

　　更全面的方法是在兩個(gè)域中同時(shí)執(zhí)行人臉檢測(cè)，如中的快照?qǐng)D像所示圖。這里的演示基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）模型，該模型明顯優(yōu)于基于溫度閾值和范圍的經(jīng)典方法，特別是在具有背景熱和部分遮擋的挑戰(zhàn)性情況下。如最下面一行中的圖像所示，甚至成功地完成了地標(biāo)提取。請(qǐng)?jiān)L問(wèn)，查看面部檢測(cè)功能（RGB和熱感）bit.ly/3meLB7d.

圖:DNN模型執(zhí)行的實(shí)時(shí)人臉檢測(cè)的快照，以每秒15幀的速度對(duì)輻射測(cè)量數(shù)據(jù)流進(jìn)行操作，來(lái)自Meridian Innovation的第二代80 × 62像素?zé)嵯駜x。底部一行的兩幅圖像（中間和右邊）展示了一個(gè)具有地標(biāo)提取的模型。

　　這就引出了一個(gè)問(wèn)題：我們能否通過(guò)從一個(gè)人的熱“簽名”中獲取生物特征，并補(bǔ)充從RGB域提取的生物特征，從而超越人臉檢測(cè)進(jìn)入FID領(lǐng)域？這是一個(gè)積極研究和發(fā)展的領(lǐng)域。這里的一個(gè)挑戰(zhàn)是建立持久性（即這些特征存在于整個(gè)人群中，具有與每個(gè)個(gè)體相關(guān)的獨(dú)特性，并且可以在不同的生理狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量）。另一個(gè)挑戰(zhàn)是不變性：不管環(huán)境條件如何，這些特征都能被檢測(cè)出來(lái)嗎？

　　越來(lái)越多、越來(lái)越多樣化的資產(chǎn)和服務(wù)的數(shù)字化是一個(gè)不可避免的趨勢(shì)，它疊加了人類對(duì)舒適、便利和安全的內(nèi)在需求。這意味著在智能家居和智能城市的背景下，F(xiàn)ID和FAS技術(shù)變得更加普遍和重要。因此，我們看到面向大眾市場(chǎng)的高性價(jià)比熱成像傳感器的出現(xiàn)是邁向下一代多光譜FID系統(tǒng)的一個(gè)重要里程碑。

　　在他的新書(shū)《如何防止下一個(gè)疫情》中 比爾·蓋茨冷靜地呼吁在全球范圍內(nèi)采取行動(dòng)，以確保我們避免冠狀病毒肺炎在世界范圍內(nèi)造成的負(fù)面影響。目前的病毒株并沒(méi)有表現(xiàn)出與發(fā)病時(shí)相同的方式，因此大規(guī)模篩查高溫的設(shè)備已經(jīng)從人們的視線中消失。然而，記錄顯示，從過(guò)去的瘟疫到季節(jié)性流感，再到最近的SARS、MERS和新型冠狀病毒，發(fā)燒一直是所有人類病毒爆發(fā)病例的主要癥狀病毒。3因此，有助于管理和遏制未來(lái)疫情爆發(fā)的兩個(gè)關(guān)鍵能力是，盡早自動(dòng)檢測(cè)體溫升高人群異常高發(fā)的地點(diǎn)，并能夠監(jiān)測(cè)和自動(dòng)可視化疫情的傳播。

　　我們認(rèn)為，當(dāng)熱成像傳感器變得像可見(jiàn)光成像傳感器一樣不引人注目和無(wú)處不在時(shí)——在家庭中和人們手中，而不是懸掛在入口門上或支撐在城鎮(zhèn)和商場(chǎng)各處的三腳架上的笨重相機(jī)單元——這些能力將由相關(guān)治理機(jī)構(gòu)支配，并向個(gè)人和衛(wèi)生當(dāng)局提供實(shí)時(shí)反饋。關(guān)鍵是熱像儀和它們的主人或者普通用戶在一起。因此，由深度學(xué)習(xí)模型支持的圍繞傳感器構(gòu)建的應(yīng)用程序可以以非常高的精度檢測(cè)異常體溫。隨后，應(yīng)用程序可以提示用戶手動(dòng)匿名提交該讀數(shù)，或者在事先授權(quán)的情況下，將該讀數(shù)與松散的本地化記錄一起自動(dòng)上傳到相關(guān)門戶，如中概念性地所示圖.

圖：流行病爆發(fā)的早期檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的概念表示，由熱成像傳感器實(shí)現(xiàn)，如Meridian Innovation的第二代MI0802M5Si（圖在右下角），嵌入在具有人工智能功能的個(gè)人移動(dòng)或桌面設(shè)備中，以檢測(cè)設(shè)備所有者或常規(guī)用戶的異常體溫。

　　我們相信這個(gè)時(shí)間離現(xiàn)在不遠(yuǎn)了。現(xiàn)在，使用CMOS技術(shù)構(gòu)建熱成像傳感器可提供尺寸小至9 × 9 × 5 mm的成像器，這與我們手機(jī)中白光傳感器的尺寸相差不遠(yuǎn)，并且是在以前不可能的規(guī)模上完成的。這些熱成像器的成本也在正軌上，可以集成到我們?nèi)粘Ｊ褂玫膫€(gè)人移動(dòng)和固定計(jì)算設(shè)備中。我們看到，就功能而言，它們?cè)谌魏蔚胤蕉奸_(kāi)辟了各種可能性，從社交領(lǐng)域到增強(qiáng)的FID，再到全球范圍的健康管理。

　　審核編輯：黃飛