生物识别技术新趋势:人脸识别及多重生物识别

2009-05-05 10:09:00 来源:RFID世界网
技术/方案频道文章B

  经过十多年的技术发展和应用市场培育,当今生物识别技术已经在诸多应用领域规模化应用。就中国市场而言,生物识别技术的应用,过去还主要是以其分之技术之一的指纹识别技术为主体,在中国市场,指纹识别的应用占据了绝大部分市场份额(根据2007年的数据,中国生物识别市场,指纹识别应用占据的市场份额超过90%)。这与全球生物识别技术应用的大趋势有较大差距。不过,我们也欣喜的看到,一些新技术,如人脸识别技术,在中国市场的应用,近一两年的发展也非常迅猛,其市场潜力不可低估。本文将从技术和应用角度,对生物识别技术目前的两个发展速度最为显著的分支:人脸识别,以及多重生物识别,分别进行论述。

人脸识别技术
  就全球市场而论,人脸识别是仅次于指纹识别的、应用规模第二大的生物识别技术。通常,人脸识别技术主要应用于如下三大领域,在这些应用领域,人脸识别具有独特的优势:
1) 大型档案管理系统,如驾驶执照和护照管理系统;
2) 根据黑名单,通过摄像监控网络自动监控目标人物;
3) 门禁系统。

  事实上,人脸识别在个人使用、商业和政府应用中都具有巨大潜力。这项技术还在不断进步和发展中,其应用越来越普及。就目前的技术和产品水平,人脸识别系统已经完全能够以客户可接收的成本水平,顺利实施和应用。

人脸识别技术的原理
  简单说,人脸识别技术就是要计算机先记录人脸的特征(无论是现场采集还是从照片采集),然后在使用时(再次现场采集人脸图像,或提交照片)能自动准确地辨认出是否同一人。

  和其他生物识别技术一样,人脸识别系统也是先产生人脸的特征模板并存储在数据库中。这些模板将被用于与提交来要求比对的模板进行一一匹配对比,通常,当某两个模板进行比对时,如果相似程度超过系统预先设定的阀值,系统就认为比对成功--这两个模板来自同一个人。

  人脸识别技术原理也有不同的种类,包括基于人脸五官结构的识别,基于皮肤质地分析的识别,甚至基于人脸温度模式的识别。最新的技术采用了人脸三维图像建立模板--有从人脸二维图像自动生成三维图像建模的技术,也有真正以三维方式采集面部、头部图像建模的技术。

  当然,这些技术的共同点是,它们都是建立在人脸图像信息基础上。除了这个共同的起点,它们的区别非常大。

  正因为人脸识别依赖于摄像/照片的图像信息,所以可以理解图像质量对系统准确性的影响有多大。现场采集人脸图像的质量受许多因素影响:环境光线,摄像机图像分辨率,镜头的焦距和景深参数,目标人脸的移动速度以及其他诸多因素。

  除了图像质量外,影响人脸识别系统可靠性和准确率的第二大因素就是识别算法本身的技术水平。[nextpage]

  "摄像机和扫描器好比眼睛,但识别算法却是人脸识别系统的大脑",多种生物识别技术核心算法供应商,Neurotechnology Ltd(神网科技公司)CEO奥吉曼塔斯(Algimantas Malickas)说, "没有高质量的算法,一个人脸识别系统就谈不上可靠性。而对于生物识别应用而言,系统可靠性无疑是客户最重要的考虑因素。"

  人为因素也是影响人脸识别技术准确性的重要因素。例如摄像机的使用方法、照明条件及目标人脸上阴影的变化等,都可能使人脸识别算法的性能大打折扣。算法供应商们一直在想办法减少这些人为因素的不良影响,为此也开发了不少创新方法和技术。在特定的应用中如何确保选择到合适的摄像头和算法也很讲究。不同的应用需要不同的技术,市场上众多的摄像头产品和人脸识别算法,并非都具有同样的品质。

生物识别技术的选择与应用环境密切相关
  在考虑如何选择某一种生物识别技术时,有许多因素都很重要,而其中有些因素并非人所共知。

    生物识别技术顾问咨询和方案供应商,美国富尔克拉姆生物识别(Fulcrum Biometrics)公司CEO肯·诺斯卡(Ken Nosker,)说:"经常有人问我,哪种生物识别技术最好?为什么有人选择人脸识别,而不是指纹识别或虹膜识别?我告诉他们各种生物识别技术都有其特定的应用目的和针对性。所以我们的问题应该换成:'什么时候我应该选择人脸识别技术,而非指纹识别和虹膜识别?'在选择一项具体技术的时,要考虑每个应用场景的独特要求,诸如识别准确率、价格、系统易用性等等"

  按照诺斯卡的说法,生物识别技术的选择问题,与应用环境密切相关。例如,指纹识别不能实现非接触式的数据采集,而人脸识别就可以。所以,指纹识别明显不适用于自动监控系统,因为被监控对象不会主动配合去完成指纹采集。但另一方面,在刑事侦查中指纹识别又可大派用场,因为在犯罪现场大多会找到嫌疑人的残留指纹,却很难找到嫌疑人的"残留"视像信息。虹膜识别通常需要很高分辨率的采集镜头,并且需要使用者双眼准确定位采集到高质量图像,才能保证系统的可靠性。因为虹膜特征采集的难度,所以普通的数据库如驾驶执照和护照系统数据库中,存储虹膜特征模板的比较罕见。

  诺斯卡说,基于计算机的自动生物识别系统应该主要用在解决安全问题,或帮助我们提高工作效率。就人脸识别技术而言,它有许多特别适合的应用场景。

  通常大多数人脸识别系统都要求用户在使用时眼睛直视采集镜头,但一些新的技术产品,例如Neurotechnology Ltd(神网科技公司)的VeriLook Surveillance SDK产品,却可以自动从高分辨率的数字监控摄像头中采集和识别目标人脸。这些监控镜头可能安装在机场、商店、街道或任何其他环境,VeriLook技术可以用"被动方式"采集人脸图像--即无须监控对象眼睛直视镜头。[nextpage]

  "因为非接触式的数据采集方式,人脸识别技术特别适用于那些不大需要使用者配合的应用系统,"诺斯卡解释道,"这就是所谓的被动式或无合作生物识别应用,对于这一类的应用,人脸识别特别适合。"例如那些使用VeriLook Surveillance SDK产品构建的系统,可以在数字监控镜头提供的实时视频图像中,自动捕捉和采集人脸图像,并与系统黑名单数据库中的人脸进行比对,实现真正的自动智能目标监控。

人脸识别技术的典型应用
  人脸识别的应用非常广泛。准确地识别出一幅人脸图像固然意义重大,而在一个数据库中通过快速自动的检查比对,发现某幅人脸图像与数据库中所有模板都不匹配,同样很有价值。诺斯卡举了两个例子来说明人脸识别技术的这两种不同用途。

例子1:门禁控制
  本系统中,壁挂式的人脸识别门禁设备包括了摄像头、键盘以及射频卡阅读器。该设备由公司人力资源或行政部门的电脑所控制。公司员工的人脸图像都已预先登录在系统中,并且发给每人射频卡方式的员工卡。员工想进入公司大楼或内部的每个房间时,需要站在壁挂设备面前眼望镜头,并将员工卡放在读卡器前。系统根据员工卡号找出预存的员工人脸模板,并与持卡者现场的人脸图像进行比对,比对过程既可在设备上进行,也可在远程的电脑服务器上进行。公司的安保和人力资源管理部门不仅可以知道进入大楼或房间的授权员工之号码,而且知道准备持卡进入者正是该员工卡的合法拥有者。

例子2:安全检查站应用
  本系统中使用多台高质量摄像头,安装在机场安检处(或大型体育场、政府建筑、大商场安检处)。所有的摄像头采集图像都被送到监控室,图像中的人脸被系统自动抓取出来,并在高速运行的服务器中,与监控黑名单上的目标人脸进行比对。每个乘客踏入安检门口走过通道时,摄像机都会拍下其图像,计算机会快速从这些图像中抓取人脸图片,并与黑名单中人脸模板进行高速比对。绝大多数情况下它们都不会与黑名单中模板相匹配,乘客将顺利过关。极少数情况下,系统抓取到的人脸与黑名单中某个模板有些相似,系统将给出提示,安检人员将会立即重点检查该乘客。甚至,系统发现与黑名单中模板高度匹配的人脸图像,这时安检人员和警方将立即采取行动。

  在上述两个应用中,摄像头都是以比较自然的方式采集人脸图像,不需要或仅需要用户作很少配合。摄像头将图像传送到服务器中进行比对,系统根据预先设定的匹配阀值,或操作人员人工确定的判断标准,来确定比对的结果。两个例子中,计算机自动快速完成的工作,都是我们人类难以做到的。另外,从上述两个例子中我们也可看到,虽然也可以使用其他的生物识别技术,但是因为系统运作的自然顺畅要求,业主的偏好,以及应用场景的特点,人脸识别技术成为其最佳选择。

人脸识别的市场机会
  诺斯卡相信在当今的人脸识别应用市场,系统集成商的商业机会非常大。其中一个很有潜力的应用领域是应用于各类自助服务终端,例如银行业务自助服务柜员机(存款、取款),以及某些医疗服务的自助申请(如跟踪糖尿病患者的体检记录)等。

  富尔克拉姆生物识别公司的客户之一,大金公司(Dakim Inc.),使用VeriLook人脸识别软件开发包,开发了一套基于自助服务终端的认知能力训练系统(Cognitive Fitness System),用来帮助保持老年人及老年痴呆症患者的思维活动。这套系统名为[m]Power,该系统的使用者通过人脸识别来登录,登录后系统会叫出使用者的姓名,同他们打招呼,还可以跟踪每个使用者的记忆游戏和思维测验的进度。在[m]Power系统中集成人脸识别技术,既简单代价又低,因为在自助服务终端上已经具备了电脑、触摸屏、以及集成在显示器上的摄像头等硬件资源。

  诺斯卡说:"关于人脸识别技术,我们公司收到最多的客户查询,都同如何与视频监控录像(DVR)系统的集成应用相关。令人遗憾的是,因为各种DVR系统的巨大差异,以及DVR系统技术的所有权属问题,人脸识别技术迄今还很少与DVR系统进行集成应用。为了安全,许多企业和机构在DVR系统上大量投资,但遗憾的是DVR系统采集的图像,却未能由电脑自动分析处理,而需要人工来监视。安全系统方案供应商们应该在寻找诸如人脸识别技术之类的自动处理方案上下大功夫,开发新的DVR方案,既可以用来开拓新市场,也可以服务众多的现有客户,为他们的老系统进行升级,从而为安全系统供应商带来新的销售。"

  诺斯卡认为,家庭应用也是人脸识别技术的一个尚未开启的潜力市场。目前。家庭使用的指纹识别产品有很多,但人脸识别产品却鲜见。人脸识别门禁设备在家庭的应用,既简单易行又便宜,潜力很大。

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[责任编辑:ally]

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