人臉識(shí)別如何做到更快更準(zhǔn)？

　　“只要走進(jìn)裝有攝像頭的咖啡廳，就會(huì)發(fā)現(xiàn)服務(wù)員已提前為你準(zhǔn)備好最喜歡的咖啡;來(lái)到公司上班，智能迎賓機(jī)器人已自動(dòng)打出帶有你名字的歡迎語(yǔ)……”自馬云向德國(guó)總理默克爾演示了“刷臉支付”后，人們對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)就有諸多期待，甚至描繪了上述一些具體應(yīng)用場(chǎng)景。

　　2008年北京奧運(yùn)會(huì)將人臉識(shí)別技術(shù)用于安防，這成為人臉識(shí)別發(fā)展的一個(gè)標(biāo)志性事件，2012年后，人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用更是呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)，近年來(lái)已應(yīng)用于金融、司法、軍隊(duì)、公安、邊檢、政府、航天、電力、工廠、教育、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域。

　　但是，我們真的要進(jìn)入人臉識(shí)別時(shí)代了嗎？或許這還沒(méi)有人們想象中的那樣快。

　　軌道交通視頻與安全聯(lián)盟名譽(yù)理事長(zhǎng)、原鐵道部運(yùn)輸局視頻業(yè)務(wù)主管領(lǐng)導(dǎo)田裳指出，技術(shù)（算法）、設(shè)備與環(huán)境是人臉識(shí)別應(yīng)用三個(gè)缺一不可的環(huán)節(jié)。

　　算法的三大進(jìn)步

　　在邁向這個(gè)時(shí)代前，人臉識(shí)別在算法上已經(jīng)取得了三大進(jìn)步。

　　近日，生物識(shí)別產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟和軌道交通視頻與安全聯(lián)盟在中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所聯(lián)合召開(kāi)了2015人臉識(shí)別技術(shù)與行業(yè)應(yīng)用研討會(huì)。

　　據(jù)生物識(shí)別產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副理事長(zhǎng)、清華大學(xué)教授蘇光大介紹，目前基于最佳二維人臉理論的單人單張人臉識(shí)別算法已經(jīng)趨于成熟，基于單人多張人臉識(shí)別的算法卻方興未艾。在應(yīng)用深度學(xué)習(xí)的人臉識(shí)別技術(shù)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一大進(jìn)步。香港中文大學(xué)采用深度學(xué)習(xí)方法在 lfw（labeledfacesinthewild）人臉庫(kù)上的識(shí)別率達(dá)到了99.15%。

　　第二個(gè)進(jìn)步則是單張人臉圖像的三維人臉重建，對(duì)視頻監(jiān)控下的動(dòng)態(tài)識(shí)別貢獻(xiàn)尤其大。因?yàn)槿四樞螤钐卣鼽c(diǎn)提取技術(shù)的提高，使得三維人臉識(shí)別技術(shù)有了很大進(jìn)步。此前，有的動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別系統(tǒng)對(duì)于獲取的人臉圖像要求是左右角度不超過(guò)15度，兩眼間距大于30像素，但是大部分視頻監(jiān)控的人臉?lè)直媛实陀?0像素，安保系統(tǒng)識(shí)別困難。第三個(gè)進(jìn)步則是對(duì)這些超低分辨率人臉圖像的重建與識(shí)別技術(shù)取得了一定進(jìn)展。

　　在 2014年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局會(huì)舉辦的權(quán)威人臉識(shí)別技術(shù)供應(yīng)商測(cè)評(píng)（frvt）中，對(duì)平均人臉?lè)直媛蕿?7像素的visa出入境申請(qǐng)照測(cè)試集進(jìn)行測(cè)試，2 萬(wàn)庫(kù)的首選識(shí)別率排名最高的前三家公司是日本電氣（nec）、法國(guó)賽峰和日本東芝，識(shí)別率分別為98.3%、93.9%和91.8%。

　　蘇光大認(rèn)為，這已經(jīng)是國(guó)際最先進(jìn)水平，但是在國(guó)內(nèi)某千萬(wàn)級(jí)的辨識(shí)系統(tǒng)招標(biāo)中，要求首選識(shí)別率要達(dá)到95%就很難實(shí)現(xiàn)?！霸?萬(wàn)庫(kù)中最先進(jìn)的水平是如此，在千萬(wàn)級(jí)的水平上，識(shí)別率只會(huì)線性下降，再加上我國(guó)身份證有效期限比較長(zhǎng)，容貌在此期間改變較大，怎么能達(dá)到95%？這不是逼著廠商去做假？過(guò)高的要求在現(xiàn)階段是不切實(shí)際的?！彼麖?qiáng)調(diào)。

　　蘇光大認(rèn)為，當(dāng)前人臉識(shí)別技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)在于：大姿態(tài)角（大于30度）、超低分辨率（人臉?lè)直媛市∮?0像素）、大年齡跨度（5年以上）和深度學(xué)習(xí)人臉識(shí)別的廣泛應(yīng)用上。

　　受制于設(shè)備和環(huán)境的動(dòng)態(tài)識(shí)別

　　這或許不能責(zé)怪人們對(duì)人臉識(shí)別的期望值過(guò)高。

　　2011年各鐵路局建設(shè)了安檢門(mén)系統(tǒng)，為人臉識(shí)別系統(tǒng)建設(shè)提供了基本的硬件條件，有些車(chē)站開(kāi)始陸續(xù)上馬人臉識(shí)別系統(tǒng)。田裳透露，此前鐵道部在與nec等人臉識(shí)別設(shè)備提供商接觸時(shí)，大家都對(duì)視頻動(dòng)態(tài)的人臉識(shí)別表示出強(qiáng)烈的信心。

　　但是，2013年在進(jìn)行人臉識(shí)別的視頻測(cè)試時(shí)，測(cè)試結(jié)果卻“辜負(fù)”了期望。

　　軌道交通視頻與安全產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟參與了這次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果在該研討會(huì)上進(jìn)行了發(fā)布。據(jù)該聯(lián)盟參與測(cè)試的研究人員楊柳介紹，根據(jù)攝像機(jī)角度、光線、目標(biāo)正面圖像在視頻中的滯留時(shí)間、目標(biāo)同時(shí)出現(xiàn)的數(shù)量等把從測(cè)試車(chē)站獲得的視頻分成了a、b、c三類(lèi)視頻，其中a類(lèi)視頻能達(dá)到車(chē)站人臉識(shí)別的要求。但是，楊柳等人發(fā)現(xiàn)，即使是條件比較好的北京各大車(chē)站，也只有北京南站少數(shù)幾個(gè)攝像頭錄制的視頻能夠達(dá)到a類(lèi)視頻標(biāo)準(zhǔn)。

　　“即使是在a類(lèi)視頻和1萬(wàn)重點(diǎn)人員庫(kù)的測(cè)試情況下，也有漏報(bào)產(chǎn)生?！睏盍f(shuō)，而且在b類(lèi)以上級(jí)別時(shí)，漏報(bào)率和誤報(bào)率都相當(dāng)高，從采集圖像的角度分析，人員駐留時(shí)間短，不足以將清晰的圖像采集下來(lái)，臉部角度大，與庫(kù)中的圖片不匹配，嚴(yán)重受限于現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件。

　　“服務(wù)器性能的高度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響非常大。”楊柳強(qiáng)調(diào)，目前鐵路系統(tǒng)人臉識(shí)別配備的硬件條件比較差，特別是旅客較多時(shí)，需要將每一個(gè)人員的臉部圖像采集下來(lái)與后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一比對(duì)，但是服務(wù)器處理能力差，就會(huì)造成采集圖像丟失，直接影響識(shí)別率。

　　與鐵路視頻動(dòng)態(tài)識(shí)別面臨同樣困境的還有公安部門(mén)的視頻“落地”問(wèn)題。

　　公安部第三研究院所副研究員尚巖峰多年從事圖像處理研究，參與過(guò)多個(gè)圖像識(shí)別公安應(yīng)用項(xiàng)目。他指出了人臉識(shí)別總體上不成熟的三大應(yīng)用：第一，在高可靠人臉驗(yàn)證系統(tǒng)上，如支付、社保和門(mén)禁，視頻或3d模型存在欺騙問(wèn)題，錯(cuò)誤拒絕率（far）在小于0.01%的條件下，拒識(shí)率可能高達(dá)30%以上;第二，安防用 “認(rèn)證一致性”的驗(yàn)證系統(tǒng)在far小于0.01%時(shí)，拒識(shí)率可能高達(dá)40%以上，身份證卡內(nèi)人臉圖像質(zhì)量差，常小于1kb，現(xiàn)場(chǎng)用戶配合程度不高，且環(huán)境也呈現(xiàn)不可控因素;第三，安防用黑名單監(jiān)控類(lèi)應(yīng)用遠(yuǎn)未解決，在虛警率為0.01%時(shí)，識(shí)別率可能低于10%，視頻質(zhì)量差，表現(xiàn)出低分辨率、大角度拍攝、光照差的特點(diǎn)，而最大的障礙在于缺少可用的訓(xùn)練和測(cè)試數(shù)據(jù)。

　　研發(fā)了我國(guó)第一款帶有生物特征的法定電子證件的公安部第一研究所副研究員宛根訓(xùn)則總結(jié)，視頻動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別要在這些基礎(chǔ)之上才能收到良好的效果：“采集設(shè)備為高清視頻攝像機(jī)，光線和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相對(duì)可控，通道人流方向相對(duì)單一，圖像質(zhì)量有較大改善?！?/p>

　　海量數(shù)據(jù)下如何更快

　　人臉識(shí)別所用到的深度學(xué)習(xí)算法是一套模擬人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，通過(guò)收集的海量人臉照片，新型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可以通過(guò)大數(shù)據(jù)訓(xùn)練將圖片信息變成能夠被機(jī)器理解分析的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

　　蘇光大指出：“基于深度學(xué)習(xí)的人臉識(shí)別難度在于訓(xùn)練的計(jì)算復(fù)雜度高，計(jì)算機(jī)不擅長(zhǎng)二維計(jì)算，大量耗時(shí)在深度學(xué)習(xí)上，這是要解決的問(wèn)題?！?/p>

　　那么，在算法、硬件和環(huán)境都達(dá)到條件的情況下，如何才能實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)下人臉識(shí)別的快速查詢？

　　在所有條件都具備時(shí)，數(shù)據(jù)量小的人臉特征隨著人員數(shù)量增長(zhǎng)也會(huì)變成大數(shù)據(jù)。在達(dá)到接近甚至超過(guò)人臉識(shí)別準(zhǔn)確率的前提下，每一張人臉可小于1kb。但是，北京博思廷科技有限公司總經(jīng)理王巍對(duì)不同規(guī)模的人臉數(shù)據(jù)庫(kù)做了計(jì)算：1000萬(wàn)人臉的數(shù)據(jù)量可達(dá)到10gb，3億人臉的數(shù)據(jù)量就是300gb。

　　“這樣一來(lái)，人臉識(shí)別的對(duì)比速度馬上就會(huì)降下來(lái)?！蓖跷≌f(shuō)。

　　而速度的下降意味著不能實(shí)時(shí)識(shí)別，這對(duì)人臉識(shí)別速度要求十分高的反恐、防暴等公安安全監(jiān)測(cè)而言，不是一個(gè)好消息。

　　例如，公安機(jī)關(guān)發(fā)現(xiàn)一個(gè)可能為逃犯的嫌疑對(duì)象，需要查詢某身份未知人員的確切身份時(shí)，對(duì)比幾百萬(wàn)人的在逃人員身份信息庫(kù)，就會(huì)面臨很大壓力。如果要查詢的是一個(gè)無(wú)家可歸人員的信息，則要對(duì)比戶籍人臉數(shù)據(jù)庫(kù)，而一個(gè)省份的戶籍人臉可達(dá)到數(shù)千萬(wàn)人。

　　如果要查詢某可疑人員此前在何處出現(xiàn)，比如地鐵，每日客流量可達(dá)到1000萬(wàn)人/天，3億人/月，而且每個(gè)人可能在多個(gè)位置被抓拍多次。這樣下來(lái)，人臉識(shí)別的數(shù)據(jù)量簡(jiǎn)直不可想象。

　　王巍指出，針對(duì)一個(gè)大小為1000萬(wàn)的人臉庫(kù)的查重，若采用暴力對(duì)比法查，需要對(duì)比50萬(wàn)億次?！爸萍s人臉識(shí)別查詢速度的因素有兩個(gè)，一是基于數(shù)學(xué)模型的對(duì)比方法，最簡(jiǎn)單直接的就是暴力對(duì)比，效率低、速度慢;二是受限于設(shè)備的處理速度。”王巍說(shuō)。

　　他建議，使用兩種方法提升對(duì)比效率，一是改變對(duì)比方法，盡量避免暴力查詢，如根據(jù)人臉圖像屬性切割、歸屬成不同類(lèi)別，采用二分法可以縮減查詢范圍;二是增加設(shè)備或者服務(wù)器，提高運(yùn)算能力，或是采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)，并行查詢提升效率。