以壓縮感知理論為基準(zhǔn)分析人臉識別方法

劉書志

（青島科技大學(xué)，山東 青島 266000）

壓縮感知是一種新的采樣理論，它在圖像處理、微波成像、無線通信、模式識別等方面受到廣泛關(guān)注。盡管我國在壓縮感知方面的研究工作起步相對較晚，但該理論的提出為信號領(lǐng)域的改革帶來了新的契機(jī)。本文從壓縮感知理論視角出發(fā)對人臉識別方法進(jìn)行研究與分析，分別從壓縮感知理論相關(guān)研究、人臉識別現(xiàn)狀分析、常見的人臉識別算法、人臉識別的有效應(yīng)用四個部分進(jìn)行闡述。

1 壓縮感知理論相關(guān)研究

壓縮感知是由D. L. Donoho、E. J. Candes、J.Romberg等科學(xué)家提出，該領(lǐng)域包括：計(jì)算機(jī)科學(xué)、信號處理、地球物理、醫(yī)學(xué)成像等。壓縮感知理論核心思想包括兩點(diǎn)：一是信號的稀疏結(jié)構(gòu)，二是不相關(guān)特性。壓縮感知方法充分摒棄了當(dāng)前信號采樣中的冗余信息。壓縮感知可應(yīng)用在很多方面，比如：無線通信、陣列信號處理、成像。壓縮感知在無線通信中主要應(yīng)用在信道編碼及認(rèn)知無線電方向中，信道編碼主要應(yīng)用在重構(gòu)原信號及譯碼中，可利用編碼策略進(jìn)行編碼。寬帶譜感知技術(shù)是認(rèn)識無線電應(yīng)用中的難點(diǎn)，且該技術(shù)為模擬轉(zhuǎn)換器帶來了一定的挑戰(zhàn)。壓縮感知在陣列信號處理中可促進(jìn)波束的形成，并對波達(dá)方向進(jìn)行預(yù)測，傳統(tǒng)波束因其分辨率極高、抗干擾力極強(qiáng)受到廣泛應(yīng)用，正因如此，它的接受性能被大大降低，為了改善其現(xiàn)狀，我們必須大力提高主瓣中陣列增益水平。壓縮感知技術(shù)可應(yīng)用于雷達(dá)成像領(lǐng)域，大大降低對模數(shù)轉(zhuǎn)換器件帶寬的要求，對雷達(dá)成像系統(tǒng)有效簡化。我國對壓縮感知的研究相對較少，其研究成果有待加強(qiáng)。

2 人臉識別現(xiàn)狀分析

人臉識別是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識別的一種生物識別技術(shù)。通過人臉識別，我們可以準(zhǔn)確推斷出相關(guān)信息，包括：種族、情緒、身份等。關(guān)于人臉識別的研究可以追溯到20世紀(jì)60年代，人臉識別的真正應(yīng)用是在90年代后期。傳統(tǒng)人臉識別技術(shù)主要是對可見光圖像人臉進(jìn)行識別，但是存在一定缺陷，其識別效果隨環(huán)境光照的變化而變化，具有不穩(wěn)定性。多光源人臉識別技術(shù)與傳統(tǒng)識別技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢，它以穩(wěn)定性強(qiáng)、識別速度快等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。

3 人臉識別特點(diǎn)分析

人臉識別技術(shù)必須具備以下特點(diǎn)：非強(qiáng)制性、非接觸性、并發(fā)性。非強(qiáng)制性在無意識狀態(tài)下就能獲取到人臉圖像；非接觸性是指用戶無須與設(shè)備發(fā)生接觸就能獲取人臉圖像；并發(fā)性是指在實(shí)際應(yīng)用場景下可以對多個人臉進(jìn)行識別及判斷。人臉識別被認(rèn)為是生物特征識別領(lǐng)域甚至人工智能領(lǐng)域最困難的研究課題之一。人臉識別的困難主要是人臉作為生物特征的特點(diǎn)所帶來的，它具有易變性及相似性。易變性是指人們可以通過臉部變化產(chǎn)生多種表情，從不同角度看，人臉視覺圖像差異也相對較大，這也是導(dǎo)致識別結(jié)果無效的客觀因素。相似性主要表現(xiàn)在人臉結(jié)構(gòu)上，相似的結(jié)構(gòu)外形在定位時是有利的，但對個體進(jìn)行區(qū)分方面又是不利的。人臉識別中最關(guān)鍵的兩大指標(biāo)分別為：識別時間與識別率。我們在對人臉進(jìn)行識別中應(yīng)避免采用多次計(jì)算取平均這種耗時較多的計(jì)算方法。在對人臉識別技術(shù)進(jìn)行分析研究中，必須充分引用盲取證算法，盲取證算法可分為圖像來源識別算法及圖像真實(shí)性判斷算法。來源識別法又可分為基于來源模型、基于來源獨(dú)特屬性、區(qū)分自然圖像和計(jì)算機(jī)圖像。真實(shí)性判斷算法則包括基于圖像的內(nèi)在統(tǒng)計(jì)特性、基于成像設(shè)備一致性、基于偽造過程的遺留痕跡。

4 人臉識別的有效應(yīng)用

目前人臉識別技術(shù)廣泛應(yīng)用在我國各大領(lǐng)域中，并取得了一些效果。例如，住宅安全管理、電子護(hù)照及身份證、公安司法刑偵、信息安全，等等。隨著人們生活節(jié)奏的加快，生活質(zhì)量的提高，人們對于傳統(tǒng)的機(jī)械防盜門已經(jīng)不再滿足。為了順應(yīng)時代發(fā)展，滿足人們實(shí)際需求，我們可以將人臉識別技術(shù)應(yīng)用在防盜門中，或者設(shè)置人臉識別門禁考勤系統(tǒng)，人臉識別門禁是基于先進(jìn)的人臉識別技術(shù)，結(jié)合成熟的ID卡和指紋識別技術(shù)而推出的安全實(shí)用的門禁產(chǎn)品。產(chǎn)品采用分體式設(shè)計(jì)，人臉、指紋和ID卡信息的采集和生物信息識別及門禁控制內(nèi)外分離，實(shí)用性高、安全可靠，杜絕安全隱患的發(fā)生。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們在日常生活中難免會利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交易，給不法分子帶來可乘之機(jī)。因此，我們可以將人臉識別技術(shù)應(yīng)用于此，將當(dāng)事人外貌特征及網(wǎng)上的數(shù)字身份與真實(shí)身體統(tǒng)一起來，促進(jìn)電子政務(wù)系統(tǒng)的可靠性，保證人們的經(jīng)濟(jì)安全。

5 結(jié)語

人臉識別技術(shù)研究特征包括用戶的聲音、手掌紋、臉、體形、個人習(xí)慣等，對指定人像進(jìn)行建模，并根據(jù)相關(guān)信息來對用戶身份進(jìn)行識別，核實(shí)確定其是否為同一人，盡管人臉識別技術(shù)在某些方面還存在不足，容易受外界環(huán)境影響，但該技術(shù)在我國各領(lǐng)域中都發(fā)揮了重要作用。相信隨著科技的不斷發(fā)展，人臉識別技術(shù)一定能夠得到優(yōu)化，更好地為人們服務(wù)。

［1］ 魏冬梅，周衛(wèi)東.采用壓縮感知的人臉識別算法［J］.計(jì)算機(jī)工程，2011，（18）10-11，15.

［2］ 張近，黃梅，李光瑞.壓縮感知在人臉識別中的應(yīng)用和改進(jìn)［J］.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（專業(yè)版），2014，（14）：72-75.

［3］ 陳財(cái)明，宋加濤，張石清.基于2DPCA和壓縮感知的人臉識別方法［J］.計(jì)算機(jī)工程，2011，(22):176-178.

［4］ 張近，夏凌，李光瑞.基于壓縮感知和圖像分塊的遮擋人臉識別［J］.西華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015，(03):13-16，45.

［5］ 張尤賽，趙艷萍，朱志宇.基于PCA特征基壓縮傳感算法的人臉識別［J］.計(jì)算機(jī)工程，2012，(13):124-125.

［6］ 李立.基于稀疏表示的人臉圖像識別方法研究［D］.南京:南京理工大學(xué)，2012.

［7］ 宋騰.分?jǐn)?shù)階Fourier域的圖像壓縮感知研究［D］.鄭州:鄭州大學(xué)，2013.