探析人臉識別技術原理及其技術發(fā)展方向

近日，人臉識別技術因多次在抓逃犯的過程中“立功”，再度走“紅”。從20世紀60年代起，人臉識別研究開啟，發(fā)展到今天有哪些進展？該產(chǎn)業(yè)里的競爭，是人工智能投資泡沫帶來的浮躁，還是市場規(guī)模將持續(xù)突進？

何謂人臉識別技術？

20世紀60年代，人臉識別工程化應用研究正式開啟。初期的方法主要利用了人臉的幾何結構，通過分析人臉器官特征點及其之間的拓撲關系進行辨識。這種方法簡單直觀，但是一旦人臉姿態(tài)、表情發(fā)生變化，則精度嚴重下降。

如今的解決方案多是基于主動近紅外圖像的多光源人臉識別技術。它可以克服光線變化的影響，已經(jīng)取得了卓越的識別性能，在精度、穩(wěn)定性和速度方面的整體系統(tǒng)性能超過三維圖像人臉識別。

劃重點！

人臉識別技術原理：

一是建立一個包含大批量人臉圖像的數(shù)據(jù)庫；

二是通過各種方式來獲得當前要進行識別的目標人臉圖像；

三是將目標人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中既有的人臉圖像進行比對和篩選。

人臉識別技術流程：

（全球物聯(lián)網(wǎng)觀察制圖）

圖像的采集與預處理

人臉圖像的采集一般分為兩種途徑，有人臉圖像的批量導入和人臉圖像的實時采集；預處理的目的是在系統(tǒng)對人臉圖像的檢測基礎之上，對人臉圖像做出進一步的處理以利于人臉圖像的特征提取。

人臉檢測

人臉檢測方法可分為三類，分別是基于膚色模型的檢測、基于邊緣特征的檢測、基于統(tǒng)計理論方法。

人臉特征提取

目前主流的人臉識別系統(tǒng)可支持使用的特征通?？煞譃槿四樢曈X特征、人臉圖像像素統(tǒng)計特征等，而人臉圖像的特征提取就是針對人臉上的一些具體特征來提取的。

人臉識別和活體鑒別

實際的人臉識別系統(tǒng)一般需要增加活體鑒別環(huán)節(jié)，因為生物特征識別的共同問題之一就是要區(qū)別該信號是否來自于真正的生物體，這種信號包括要求人左右轉頭，眨眼睛，開開口說句話等。

技術不斷發(fā)展

市場上應用最多的是三種方案，包括3D結構光方案、ToF 3D方案和雙目立體成像方案。

3D結構光技術

3D結構光技術（Structured Light）是通過光學手段獲取被拍攝物體的三維結構，再將獲取到的信息進行更深入的應用。這種方案在未來將很有前景，可拓展空間更加廣闊，比如5G通信、AR以及其他與3D建模等相關的領域都可以發(fā)揮它獨有的關鍵作用。

例如，iphone x／xr／xs／xsmax、oppo Find x、mate20pro等都是采用了3D結果光技術原理。

3D 結構光也有它的局限，相比傳統(tǒng)的攝像頭，3D 結構光可以工作的距離要短一些，最長距離一般在 1 米左右，OPPO給出的數(shù)據(jù)是60cm遠精度也能控制在±1mm范圍。

ToF

ToF（Time Of Flight，時差測距技術），簡單來說，是指發(fā)出一道經(jīng)過處理的光，碰到物體以后會反射回來，捕捉來回的時間，因為已知光速和調制光的波長，所以能快速準確計算出到物體的距離。

ToF技術的普及與發(fā)展指日可待，vivo已經(jīng)搶占先機，而且蘋果分析師也曾預測2019年iPhone也許會有重大創(chuàng)新就包括采用ToF技術。

雙目立體成像

雙目立體成像（Stereo System）是利用雙攝像頭拍攝物體，再通過三角形原理計算物體距離。已經(jīng)上市的華為nova3采用的就是雙目3D人臉識別方案。

雙目方案的原理最簡單，成本也比較低。

技術發(fā)展方向

結合三維信息：二維和三維信息融合使特征更加魯棒多特征融合

多特征融合：單一特征難以應對復雜的光照和姿態(tài)變化

大規(guī)模人臉比對：面向海量數(shù)據(jù)的人臉比對與搜索

深度學習：在大數(shù)據(jù)條件下充分發(fā)揮深度神經(jīng)網(wǎng)絡強大的學習能力

我國人臉識別主要企業(yè)

在我國從事人臉識別的企業(yè)有很多，包括騰訊、四川川大智勝、上海閱面科技、北京獵戶星空、北京飛搜科技、珠海人人智能等等。以下列舉這條產(chǎn)業(yè)鏈上的一些主要企業(yè)，排名不分先后。

1.北京曠視科技

業(yè)務：FaceID 在線身份驗證服務、Face++ 人工智能開放平臺、智能地產(chǎn)解決方案、智能安防解決方案

特點：動態(tài)人臉識別、在線/離線活體檢測、超大人像庫實時檢索、證件識別、行人檢測、軌跡分析

曠視科技團隊成員除了幾名來自清華校友外，還有來自美國哥倫比亞大學、英國牛津大學和美國南加州大學的科研及開發(fā)人員，截至目前員工僅有100余人。

2016年獲得上億元C輪融資，最后選擇通過計算機視覺技術與NLP技術的結合，制造出能“識別萬物”的智能機器人，提供硬件模組，里面內置他們家的算法。目前，他們正在準備啟動IPO的步伐，VIE架構讓他們得以繞過A股，不用達到連續(xù)三年盈利的標準實現(xiàn)快速上市。

2.北京商湯科技

業(yè)務：智慧金融、智慧商業(yè)、智慧安防、互聯(lián)網(wǎng)+

特點：人臉技術、智能監(jiān)控、圖像識別、文字識別、圖像及視頻編輯、深度學習框架

SenseTime（商湯科技），獲IDG資本投資，主攻金融、移動互聯(lián)網(wǎng)、安防監(jiān)控三大行業(yè)。其主要案例是圍繞各個美化軟件與直播平臺制作人臉貼圖，重點強化了人臉識別的關鍵點檢測及跟蹤技術。目前，商湯從toC轉向toB領域。

3.廣州云從科技

業(yè)務：快速部署平臺、智能硬件、智能系統(tǒng)

特點：人臉信息檢測、特征提取融合、質量屬性分析、人臉相似度比對、特征相似度對比、ocr識別

2015年4月，周曦拿到戰(zhàn)略投資成立云從科技，同年針對金融和銀行業(yè)推出了40多種解決方案，包含從算法、產(chǎn)品、銷售、售后的全產(chǎn)業(yè)鏈打造，針對農(nóng)行、建行、交行、中行及多地公安提供定制化服務。

團隊成員除了來自中科大的校友外，還來自中國科學院各大研究所、UIUC、IBM、NEC、MicroSoft等全球頂尖學府及研究機構。

4. 上海依圖科技

業(yè)務：智能安防平臺、城市數(shù)據(jù)大腦、智慧醫(yī)療健康、智能硬件設備

特點：計算機視覺、自然語言理解、知識推理、智能硬件、機器人技術

依圖科技從圖像識別入手，首先與全國省市級公安系統(tǒng)合作，對車輛品牌、型號等進行精準識別，隨后擴展到人像識別，通過靜態(tài)人像比對技術和動態(tài)人像比對技術，協(xié)助公安系統(tǒng)進行人員身份核查、追逃、監(jiān)控、關系挖掘等。

6年多來，依圖科技的產(chǎn)品已經(jīng)應用到全國二十多個省市地區(qū)的安防領域，安防領域之外，依圖也進入智慧城市領域和健康醫(yī)療領域，它要協(xié)助政府構建"城市大腦"，也希望將醫(yī)療領域的巨大知識鴻溝縮小，改善醫(yī)患體驗。

5. 北京漢王科技

業(yè)務：個人和家庭相關的電子產(chǎn)品、企業(yè)和辦公相關的電子產(chǎn)品

特點：手寫技術、OCR技術、鍵盤技術、公式識別、輸入法

漢王科技曾助力銀川市政府應用生物識別技術打造智慧政務平臺，助力杭州市國稅局實現(xiàn)人臉生物識別比對技術開展”刷臉“辦稅。其技術授權已與華碩、海爾、長虹、海信、平安銀行等達成合作。

6. 合肥科大訊飛

業(yè)務：語音引擎、教育產(chǎn)品、手機應用、互動音樂

特點：語音識別及合成技術、自然語言處理技術、語音評測技術、聲紋識別技術、手寫識別技術

科大訊飛聯(lián)合香港中文大學污曉鷗教授團隊，共同推出世界領先的人臉識別技術，提供人臉驗證、在線/離線人臉檢測和人臉關鍵點檢測等功能，聯(lián)合中國銀聯(lián)和微商銀行發(fā)布”聲紋+人臉“融合認證個人轉賬應用，科大訊飛在用的身份認證考勤，全國各地分公司通過APP進行”人臉+聲紋“打卡即可。

7. 湖南視覺偉業(yè)

業(yè)務：智能安防平臺、城市數(shù)據(jù)大腦、智能醫(yī)療健康、智能硬件設備

特點：人車云智能識別系統(tǒng)、人臉識別、圖像增強處理引擎、人臉自動老齡化推算、前端到云端的計算架構

視覺偉業(yè)依托于國防科大生物識別技術及一流的研發(fā)團隊。它的人臉識別卡口系統(tǒng)已在長沙坡子街、兩館一廳、國際會展中心等重點區(qū)域得到系統(tǒng)的運用。

8. 百度

業(yè)務：智能零售、地產(chǎn)物業(yè)、智能工廠、智能政務、信息服務

特點：人臉屬性分析、人臉對比、人臉檢索、活體檢測、離線識別SDK

百度內部正在使用人臉識別閘機，2016年11月與烏鎮(zhèn)景區(qū)合作，游客刷臉便可自由進出景區(qū)；與首都機場簽訂協(xié)議，未來首都機場將實現(xiàn)刷臉登機；與“寶貝回家”公益平臺合作利用人臉識別尋找走失兒童。

9. 阿里

特點：人臉檢測定位、人臉屬性識別、人臉對比、人臉查找1：N

（阿里人臉識別產(chǎn)品計費說明）

阿里的“人臉識別技術”早已應用于政務、金融、消費等多元場景。阿里云數(shù)加平臺提供的人臉服務分為三個獨立的模塊，提供三個獨立的API，模塊之間可以通過API參數(shù)來進行自由組合，不同的模塊及組合可以實現(xiàn)不同的人臉技術功能?；谏疃葘W習和海量人臉標注數(shù)據(jù)，再加阿里云的技術實力，能夠提供穩(wěn)定、可靠的大流量服務。

10. 深圳云天勵飛

特點：數(shù)據(jù)采集、算法訓練、算法升級

云天勵飛是一家專注于視覺人工智能領域的公司，致力于打造基于視覺芯片、深度學習和大數(shù)據(jù)技術的“視覺智能加速平臺”。自 2015 年年底開始，云天勵飛與華為合作搭建出一個云端一體的人臉識別抓拍系統(tǒng)。目前，它即將完成B輪融資，估值近100億元，有望成為深圳本土AI獨角獸。

寫在最后

隨著人工智能的發(fā)展，在全球信息化、云計算、大數(shù)據(jù)的背景下，生物識別技術的應用面會越來越大。其中人臉識別技術會朝著網(wǎng)絡化、云技術、多模式融合的趨勢發(fā)展。

國內外巨頭紛紛加碼人臉識別技術，我國相關集成應用的企業(yè)就有數(shù)百家，至于誰家算法更勝一籌，并不是重點問題。此時，我們是否要考慮：避免熱點過度炒作，企業(yè)推出真正符合用戶需求、市場所需的技術服務，才是關鍵所在？