作者：李子青，中科院自動化所生物識別與安全技術研究中心

    在不同的生物特征識別方法中，人臉識別有其自身特殊的優勢，因而在生物識別中有著重要的地位。（1）非侵擾性。人臉識別無需干擾人們的正常行為就能較好地達到識別效果，無需擔心被識別者是否愿意將手放在指紋采集設備上，他們的眼睛是否能夠對準虹膜掃描裝置……只要在攝像機前自然地停留片刻，用戶的身份就會被正確識別。（2）采集設備簡單，使用快捷。一般來說，常見的攝像頭就可以用來進行人臉圖像的采集，不需特別復雜的專用設備。采集一般可在數秒內完成。（3）通過人臉識別身份，與人類的習慣一致。也就是說，人和機器都可以使用人臉圖片進行識別，這使得人和機器可以配合工作。而指紋，虹膜等方法沒有這個特點。一個沒有經過特殊訓練的人，無法利用指紋和虹膜圖像對其他人進行身份識別。人臉識別擁有這些良好的特性，使其具有非常廣泛的應用前景，正在引起學術界和商業界越來越多的關注。隨著近十年來人臉識別技術的飛速發展，它且正在越來越多被應用在通關，企業安全和管理，刑偵等各個領域。

一、市場現狀 

    近年來，由于反恐、國土安全、和社會安全的需要，世界上各個國家都對安防領域加大了投入。而身份識別正是安防的一個核心問題。在這種大環境下，生物特征識別迎來了一個快速發展的時期。據專門提供生物識別產業相關咨詢服務的美國公司 International Biometric Group近期出版的一本關于生物識別市場及產業趨勢的調查分析報告書 "Biometrics Market and Industry Report 2007-2012"顯示[2]，2007年全球生物識別市場收入超過 30億美元，并且今后 5年內將以超過每年 8億美元的幅度遞增。至 2007年將達到 74億美元。而截止 2007年，人臉識別的市場份額由原來的微不足道，迅速上升到 12.9%，市場份額僅小于指紋識別，并且比重還在不斷增加，打破了國際生物識別市場上“指紋”一統天下的局面。 

    在國內市場上，據美國《生物識別文摘》[3]報道，2005年生物識別產品的銷售收入約 0.6億美元，到了 2006年增長到約 1.1億美元，其中超過 97%為指紋識別產品。目前，在中國人臉識別產品的市場份額還較小，大多數公司采用的是國外提供的核心技術，進行后加工，產品多集中在門禁和考勤機上。由于這些公司沒有自主知識產權，自主研發能力較差，在人臉識別的應用開發中，對人臉識別技術實際應用難以形成深度優勢。同時，由各種渠道獲得的核心技術水平參差不等，其產品可靠性得不到保障。在涉及國家安全利益等場所的應用中，其系統與產品安全保障也有待考證。 

    然而，從去年開始，人臉識別市場，特別是在中國的市場，正經歷著迅速的發展，而且發展的腳步也將越來越快。主要有三大原因：

    1. 是科技界和社會各個方面都認識到人臉識別技術的重要性，國家政策對人臉識別技術研究給予了很大支持，使得我國人臉識別技術取得了很大進展。國際上，美國國家標準技術局（ NIST）舉辦的 Face Recognition Vendor Test 2006 (FRVT2006，[1])通過大規模的人臉數據測試表明，當今世界上人臉識別方法的識別精度比 2002年的 FRVT2002至少提高了一個數量級（ 10倍）。其中一些方法的識別精度已經超過人類的平均水平。而對于高清晰，高質量人臉圖像識別，機器的識別精度幾乎達到 100%。
    2. 各種應用需求不斷涌現。人臉識別市場的快速發展一方面歸功于生物識別需求的多元化，另一方面則是由于人臉識別技術的進步。從需求上來說，除了傳統的考勤、門禁等應用外，視頻監控環境下的身份識別正成為一種迫切的需求，即在一個較復雜的場景中，在較遠的距離上識別出特定人的身份，這顯然是指紋識別的方法所不能滿足的。而人臉識別卻是一個極佳的選擇。
    3. 第三個是人口基數因素。人臉識別系統的市場大小，很大程度上是和人口的數量大小相關的。而我國有 13億人口，這從本質上決定了我國是世界上規模最大的生物識別市場。

二、技術發展 

    863計劃、國家科技支撐計劃、自然科學基金都撥出專款資助人臉識別的相關研究。國家“十一五”科技發展規劃中也將人臉識別技術的研究與發展列入其中[4]，明確指出：“要在生物特征識別技術領域縮小與世界先進水平的差距，開展生物特征識別應用技術研究，開發具有高安全性、低誤報率的出入口控制新產品。”在這種環境下，國內一些科研院所和院校在人臉識別技術方面取得了很大進展。如中科院自動化所，清華大學，中科院計算所自主開發的人臉識別技術已經達到了國際先進的水平。 

    傳統的人臉識別技術主要基于可見光圖像的人臉識別，這也是是人們最熟悉的識別方式，有 30多年的研發歷史。但這種方式有著難以克服的缺陷，尤其在環境光照發生變化時，識別效果會急劇下降，無法滿足實際系統的需要。比如，拍照時遇到側光時出現的“陰陽臉”現象，就可能無法正確識別。解決光照問題的方案有三維圖像人臉識別，和熱成像人臉識別。但目前這兩種技術還遠不成熟，識別效果不盡人意，并且，這兩種方法有他們先天的劣勢： 

    （1）采集設備極其復雜和昂貴；
    （2）無法和現有可見光人臉圖像數據兼容，這些都大大限制了它們的應用，因此目前看不出三維圖像方法會成為人臉識別主流技術。 

    最近迅速發展起來一種解決方案是基于主動近紅外圖像的人臉識別技術。它可以克服光線變化的影響，已經取得了卓越的識別性能，在精度、穩定性和速度方面的整體系統性能超過三維圖像人臉識別。這項技術由我國中科院自動化所主導，近兩三年發展迅速，并且在紅外圖像對可見光圖像混合識別的研究也取得了突破進展，使其可以和現有可見光人臉數據兼容，也真正使人臉識別技術更加實用化。 

    其中，中科院自動化所的中科奧森（AuthenMetric）近紅外人臉識別系統獨樹一幟，徹底解決了困擾人臉識別領域的環境光照影響問題。如前所述，傳統的基于可見光的人臉識別方法在遇到光照情況變化時，識別效果會急劇下降，導致無法實用，因此消除環境光照是實用化人臉識別系統首先必須要解決的問題。中科院自動化通過深入研究，另辟蹊徑，成功創造出獨創的基于近紅外圖像的人臉識別核心技術和系統。在不同光線條件下，能夠拍攝不受環境光照變化影響的近紅外人臉圖像，加上領先的算法，能夠取得很高的識別率。在實際應用環境下，中科奧森近紅外人臉識別系統在準確率和速度上在國際上絕對領先，現在沒有可以與之抗衡的替代。 

    此近紅外人臉識別技術通過了中國信息安全產品測評認證中心身份認證產品與技術測評中心的權威測評，性能如下： 

    （1） 工作環境光照度范圍 0－50000 Lux：即，不但可以在正常光線下使用，還可以在全黑暗和室外陽光下正常使用；
    （2） 識別正確率：99.2% (500人數據庫)；
    （3） 注冊時間：自動模式小于 10秒；人工模式小于 20 秒；
    （4） 識別時間：小于 1秒 

    該成果已經申請 4項專利，包括國際專利。基于這些技術可開發出一系列穩定可靠的應用。中科奧森中遠距離人臉監控系統將人臉跟蹤和識別融合到視頻監控中，能夠在實際監控應用進行中遠距離的人臉跟蹤和識別。該系統能夠在人臉左右旋轉90度以上、或人臉被部分遮擋時，快速穩定流暢地進行人臉跟蹤，能識別距離攝像頭大于五米的人臉（如下圖），能同時識別場景范圍內的多張人臉。其主要技術指標如下： 

    （1） 可大于 5米（從人臉到攝像頭）；
    （2） 中遠距離人臉檢測率：＞99% （距離 6米）；
    （3） 注冊時間：自動模式：10 秒；人工模式：20 秒；
    （4） 匹配模式：1:1 或 1:N；
    （5） 中遠距離人臉識別率：> 95% （距離 6米、小樣本、正面臉相(<20度、室內光照條件下）；
    （6） 人臉跟蹤：能夠在仰頭、俯頭、側身、背身、跳躍狀態下保持跟蹤；
    （7） 實時多人跟蹤與識別該系統的準確性、實時性、穩定性和流暢性，達到國際先進的水平。該成果已申請國家發明專利“實時的從視頻中跟蹤多個人臉的方法”。

三、應用和展望

    2005年 6月，公安部出入境管理局實施“深圳－香港生物護照旅客快速通關系統”采用中科奧森人臉識別系統。深圳羅湖口岸是我國出入境旅客最多的一個口岸，出入境人員基數達到百萬以上，同時日均出入境有 60萬人次，在那里利用人臉識別系統，每名旅客過關時間只需約 6秒，識別率達到 99％。大大提高了來往旅客的通關速度，并減輕了深圳邊檢總站的工作量[5]。下圖是已在深圳-香港，珠海-澳門海關應用的生物識別快速通關系統的實景圖片

    2006年7月，中科院自動化所的人臉識別系統在中國人民銀行濟南分行金庫開始使用，使其成為國內首個用人臉來“把守”大門的金庫[6]。該人臉識別金庫管理系統全天24小時對制度的執行進行無縫的監督和管理。系統根據銀行安全規則設置系統控制程序，金庫大門的打開必須是多名庫管員同時在場。按照這個程序，庫管員依次驗證，系統攝像頭攝取其人臉圖像，抽取人臉特征，并與數據庫中合法人員臉部圖像進行對比，驗明正身。在確認無誤后。系統將門禁開啟，自動開門；否則拒絕開門，并報警。該系統利用人的相貌特征代替傳統的鑰匙或密碼，不但有效的杜絕了人為漏洞，而且可以防止利用盜用鑰匙或密碼打開金庫，讓金庫盜竊者無計可施。人民銀行濟南分行使用這個人臉識別金庫管理系統，不但有效的降低金融管理風險，而且杜絕了人為漏洞，讓嚴格的金庫管理制度真正執行到位，有效地防止了監守自盜和其他不規范操作的發生。該系統多臺多批次在不同環境狀態下的使用，運行一年來，工作穩定可靠，經受了實際應用的檢驗。目前正在全國范圍推廣使用。

    中科奧森人臉監控識別系統融合中科奧森中遠距離人臉監控技術，實現穩定的人臉監控、跟蹤和識別，這一功能對反恐、抓逃等有重要意義。

    這些成功的案例讓人欣喜，人臉識別的應用前景更鼓舞人心。隨著技術的進一步成熟和社會認同度的提高，人臉識別將能在更多領域施展自己的拳腳： 

    1．企業、住宅安全和管理。如人臉識別門禁考勤系統，人臉識別防盜門等。
    2．電子護照及身份證。這或許是未來規模最大的應用。在國際民航組織（ ICAO）已確定，從 2010年 4月 1日起，其 118個成員國家和地區，必須使用機讀護照，人臉識別技術是首推識別模式，該規定已經成為國際標準。美國已經要求和它有出入免簽證協議的國家在2006年10月 26日之前必須使用結合了人臉指紋等生物特征的電子護照系統，到 2006年底已經有 50多個國家實現了這樣的系統。今年年初，美國運輸安全署（ Transportation Security Administration）計劃在全美推廣一項基于生物特征的國內通用旅行證件。歐洲很多國家也在計劃或者正在實施類似的計劃，用包含生物特征的證件對旅客進行識別和管理[7]。中國的電子護照計劃公安部一所正在加緊規劃和實施。
    3．公安、司法和刑偵。如利用人臉識別系統和網絡，在全國范圍內搜捕逃犯。
    4．自助服務。如銀行的自動提款機，如果用戶卡片和密碼被盜，就會被他人冒取現金。如果同時應用人臉識別就會避免這種情況的發生。
    5．信息安全。如計算機登錄、電子政務和電子商務。在電子商務中交易全部在網上完成，電子政務中的很多審批流程也都搬到了網上。而當前，交易或者審批的授權都是靠密碼來實現。如果密碼被盜，就無法保證安全。如果使用生物特征，就可以做到當事人在網上的數字身份和真實身份統一。從而大大增加電子商務和電子政務系統的可靠性。

四、人臉識別產業的發展

    人臉識別產業的發展得幾個關鍵： 

    1. 由于生物識別行業的特殊性，市場和技術的大發展需要國家、政府部門、和企業的大力支持。這些年來我國經濟發展日新月異，政府各部門對利用新技術解決關鍵問題熱情支持。人臉識別技術廣泛應用到電子護照、生物特征身份證、銀行系統、公安系統、電子商務、電子政務等系統中，不但可以提高社會運行的效率，也可以大大增強公民日常生活的安全性。將是一件功在當代利在千秋的好事。
    2. 加緊開展人臉識別標準化工作。目前人臉識別標準化工作在公安部一所、電子技術標準研究所、和中科院自動化所的倡導下，正在積極進行。這個工作不僅為規范國內技術產品提供標準化規范，也為中國技術進入國際提供平臺。中科院自動化研究所代表中國國家體在參加了國際標準化組織（ ISO）生物識別分會在 2006年倫敦召開的年會，做了“生物識別在中國（Biometrics in China）的大會報告，并提出了中國第一個生物識別國際標準草案，該草案在 2007年柏林年會上得以討論。
當前，人臉識別技術的應用還沒有做到“普及”，但是不能否認，它已經在開始影響著我們的生活。我國人口規模巨大，經濟增長迅速，對可靠的人臉識別技術的需求也越來越迫切。通過一批專家學者孜孜不倦地努力，我國的人臉識別技術已經不落后于發達國家。一旦人臉識別得以推廣，發展前景將是前程美好。此外，要把中國創造和制造的產品打入國外市場，這需要產品需要和國際標準接軌，為產品進軍世界鋪平道路。隨著技術瓶頸的進一步突破，市場的進一步規范，相信規模化應用的日子不會太遠。屆時，人臉識別技術本身的發展和應用效果還將有更大的提升，為我們的生活帶來更多便利和安全。