人臉識(shí)別技術(shù)在辦電業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的研究與應(yīng)用

王平，茍亮，朱帕爾·努爾蘭，楊霞，陳銀江

（1.國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司信息通信公司，新疆烏魯木齊，830000；2.北京中電普華信息技術(shù)有限公司，北京,100085）

0 引言

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代背景下，電力企業(yè)為了向用電用戶提供更加高質(zhì)量的服務(wù)，逐漸將傳統(tǒng)辦電業(yè)務(wù)方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦又悄芑蛿?shù)字化的業(yè)務(wù)運(yùn)行模式，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)集中控制性辦電業(yè)務(wù)場(chǎng)景的構(gòu)建。通過各類現(xiàn)代化的終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)人工服務(wù)窗口的替換，并將以往人工服務(wù)人員轉(zhuǎn)移到了服務(wù)運(yùn)行中心中，實(shí)現(xiàn)對(duì)中心各項(xiàng)業(yè)務(wù)內(nèi)容的管理調(diào)配和對(duì)各類現(xiàn)代化信息設(shè)備的控制[1]。電力企業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)對(duì)用電用戶的遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)受理，無論是對(duì)于提升辦電業(yè)務(wù)效率，還是在提高辦電業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量上都有了極大的提升。但當(dāng)前大部分營(yíng)業(yè)廳中的自助終端設(shè)備操作困難，針對(duì)老年人、特殊人群等自助完成整個(gè)業(yè)務(wù)辦理流程的難度較大，導(dǎo)致人均操作時(shí)間增加，業(yè)務(wù)辦理效率降低等問題，無法滿足智能化營(yíng)業(yè)廳建設(shè)的初衷[2]。

為此，本文借助人臉識(shí)別技術(shù)提升辦電業(yè)務(wù)的工作效率。人臉識(shí)別技術(shù)是實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)建的相關(guān)技術(shù)，通過該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)人臉視覺特征的準(zhǔn)確識(shí)別，并根據(jù)被識(shí)別用戶的身份信息，為其制定針對(duì)性的操作內(nèi)容。為能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電力營(yíng)業(yè)廳的自助水平和智能化水平，降低各類終端設(shè)備的操作難度，本文引入人臉識(shí)別技術(shù)，對(duì)其在辦電業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的研究。

1 人臉識(shí)別技術(shù)在辦電業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的應(yīng)用研究

1.1 生成辦電業(yè)務(wù)客戶標(biāo)識(shí)編碼

為了在辦電業(yè)務(wù)場(chǎng)景中為多個(gè)業(yè)務(wù)服務(wù)器分配至少一個(gè)屬于其所屬業(yè)務(wù)的標(biāo)識(shí)生成器，針對(duì)辦電業(yè)務(wù)客戶標(biāo)識(shí)生成編碼。首先，將業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)生成器引入到辦電業(yè)務(wù)場(chǎng)景當(dāng)中，通過該器件實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)請(qǐng)求信息的獲取，信息當(dāng)中包含了對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)服務(wù)器的標(biāo)識(shí)以及業(yè)務(wù)對(duì)象的標(biāo)識(shí)[3]。其次，針對(duì)獲取到的請(qǐng)求信息進(jìn)行響應(yīng)，通過生成器實(shí)現(xiàn)對(duì)所屬業(yè)務(wù)對(duì)象標(biāo)識(shí)的生成，并記錄當(dāng)前目標(biāo)辦電業(yè)務(wù)的標(biāo)識(shí)最大值。在表示服務(wù)器當(dāng)中，利用哈希算法，對(duì)預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)閾值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保數(shù)值大于或等于業(yè)務(wù)服務(wù)器的實(shí)際數(shù)量。最后，針對(duì)業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)生成區(qū)域當(dāng)中的起始值進(jìn)行計(jì)算，其公式為：

公式（1）中，SID1表示為業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)生成區(qū)域當(dāng)中的起始值；MaxID表示為業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)當(dāng)中的最大數(shù)值；M表示為取模計(jì)算數(shù)值；S表示為生成標(biāo)識(shí)編碼使得預(yù)設(shè)步長(zhǎng)。根據(jù)上述公式，完成對(duì)起始值的計(jì)算后，再對(duì)業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)生成區(qū)域當(dāng)中的終止值進(jìn)行計(jì)算，其公式為：

公式（2）中，EID1表示為業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)生成區(qū)域當(dāng)中的終止值。按照上述公式（1）和公式（2）確定區(qū)域范圍內(nèi)的起始值和終止值后，將其作為基礎(chǔ)完成標(biāo)識(shí)編碼生成工作。在生成標(biāo)識(shí)編碼時(shí)必須確保辦電業(yè)務(wù)服務(wù)器標(biāo)識(shí)能夠提供服務(wù)器所在的機(jī)房和IP地址等信息。整個(gè)標(biāo)識(shí)編碼的生成過程均在生成器中完成，針對(duì)任意一個(gè)業(yè)務(wù)服務(wù)上的某一業(yè)務(wù)對(duì)象，利用生成器根據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)器的請(qǐng)求為其生成唯一一個(gè)ID區(qū)間，同時(shí)，在這一區(qū)間當(dāng)中需要確保每一個(gè)ID都具有唯一性，以此方便業(yè)務(wù)服務(wù)器能夠?yàn)槊恳豁?xiàng)辦電業(yè)務(wù)創(chuàng)辦相應(yīng)的服務(wù)對(duì)象。當(dāng)ID區(qū)間當(dāng)中所有的ID全部用完后，重復(fù)上述流程，重新生成一個(gè)全新的ID區(qū)間，并完成后續(xù)編碼生成任務(wù)。將從辦電業(yè)務(wù)場(chǎng)景中獲取到的人臉圖像與區(qū)域標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的編碼共同傳輸?shù)较鄳?yīng)業(yè)務(wù)服務(wù)器上，并通過傳輸接口對(duì)人臉信息進(jìn)行獲取[4]。在完成上述操作后，根據(jù)下述內(nèi)容對(duì)人臉特征進(jìn)行識(shí)別，并在正確識(shí)別后，返回客戶表示標(biāo)識(shí)編碼。若在這一過程中無法實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶人臉的識(shí)別則相應(yīng)業(yè)務(wù)服務(wù)器則按照上述流程生成新的用戶標(biāo)識(shí)編碼。

1.2 基于人臉識(shí)別技術(shù)的用戶人臉圖像與區(qū)域標(biāo)識(shí)

根據(jù)上述論述完成對(duì)辦電業(yè)務(wù)客戶標(biāo)識(shí)編碼的生成后，引入人臉識(shí)別技術(shù)，對(duì)用戶的人臉圖像以及區(qū)域進(jìn)行標(biāo)識(shí)。人臉識(shí)別技術(shù)在本文辦電業(yè)務(wù)場(chǎng)景構(gòu)建當(dāng)中的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)辦電業(yè)務(wù)用戶人臉的檢測(cè)，對(duì)辦電業(yè)務(wù)用戶面部特征提取以及對(duì)不同辦電業(yè)務(wù)人群對(duì)其進(jìn)行識(shí)別。在實(shí)際引入人臉識(shí)別技術(shù)的過程中，首先，通過二值化分析方法對(duì)用戶人臉圖像特征區(qū)域進(jìn)行確定，并采用標(biāo)記形式得到圖像當(dāng)中相互連通的區(qū)域數(shù)量。在標(biāo)記時(shí)，若每一個(gè)區(qū)域均有對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)，則為標(biāo)記的像素賦予已有標(biāo)號(hào)，否則為其賦予一個(gè)全新的標(biāo)號(hào)，最后，將所有的標(biāo)號(hào)匯總，并計(jì)算得出其總數(shù)[5]。分別從用戶人臉圖像的上下左右，四個(gè)邊界利用人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行掃描，當(dāng)遇到第一個(gè)不是背景的像素時(shí)，則將該點(diǎn)作為邊界點(diǎn)，并獲取到該點(diǎn)的坐標(biāo)信息，得到其區(qū)域位置。連通區(qū)域的方向可通過如下公式計(jì)算：

公式（2）中，θ表示為用戶人臉圖像中連通區(qū)域與邊線構(gòu)成的夾角；W表示為用戶人臉圖像寬度；H表示為用戶人臉圖像高度。根據(jù)上述公式，確定圖像的區(qū)域方向。在實(shí)際應(yīng)用上述流程完成對(duì)用戶人臉圖像與區(qū)域標(biāo)識(shí)時(shí)，由于人臉具有一定的非對(duì)稱性。因此，針對(duì)非對(duì)稱性的圖像進(jìn)行分類標(biāo)識(shí)能夠進(jìn)一步提高識(shí)別技術(shù)的識(shí)別精度。將上述流程基礎(chǔ)上，引入大量訓(xùn)練樣本，并通過簡(jiǎn)單的分類規(guī)則對(duì)其進(jìn)行合理劃分。再將訓(xùn)練單級(jí)分配器連接到識(shí)別模塊當(dāng)中，并利用每一個(gè)單級(jí)分類器在訓(xùn)練過程中具備的高檢驗(yàn)率，將所有單級(jí)強(qiáng)分類器進(jìn)行串聯(lián)，從而進(jìn)一步提高檢驗(yàn)率，達(dá)到更高精度的識(shí)別和分類標(biāo)識(shí)效果。在識(shí)別過程中，當(dāng)所有待識(shí)別的窗口都先進(jìn)入到一級(jí)強(qiáng)分類器當(dāng)中，再進(jìn)入到二級(jí)強(qiáng)分類器當(dāng)中，最后進(jìn)入到三級(jí)強(qiáng)分類器當(dāng)中，最后將得到的結(jié)果輸出。按照上述順序，完成對(duì)待識(shí)別內(nèi)容的輸入和輸出后，將判斷為負(fù)面樣本的窗口全部過濾，并再次經(jīng)過多級(jí)分類器的連接，只將正樣本保留。按照上述流程，在實(shí)現(xiàn)增加樣本分類平均速度，降低人臉識(shí)別技術(shù)的計(jì)算量的同時(shí)，達(dá)到提高整體識(shí)別精度的目的。同時(shí)，由于人臉屬于非剛體物體，因此若想實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶人臉圖像的高精度標(biāo)識(shí)，需要利用更高的維度實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶人臉特征的描述。在這一過程中，會(huì)造成計(jì)算量非常復(fù)雜，并且由于用戶人臉圖像大部分處于高維空間當(dāng)中，分布十分分散，因此對(duì)于識(shí)別分類而言具有十分不利的影響。針對(duì)這一問題，可利用KL變化主分量分析的方式對(duì)用戶人臉圖像進(jìn)行降維處理。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，采用以信息壓縮作為主要目的的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶人臉圖像的最優(yōu)正交變換，并將原本維度較高的人臉圖像數(shù)據(jù)壓縮在一個(gè)維度較低的子空間當(dāng)中，并將原始數(shù)據(jù)之間存在的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行刪除，以此確保數(shù)據(jù)能夠在低維度子空間當(dāng)中形成更加緊湊的分布，從而為人臉識(shí)別技術(shù)的實(shí)施提供方便條件。在進(jìn)行正交變換的過程中，將每一個(gè)分量利用ui表示，將完成正交變化的分量利用ujT表示，則當(dāng)ui-ujT=1時(shí)，則說明此時(shí)二者分量相同，完成正交變換；ui-ujT=0時(shí)，則說明此時(shí)二者分量不同，需要進(jìn)一步完成正交變換。同時(shí)，在正交變換的過程中，可將某一矢量在高維度空間當(dāng)中利用坐標(biāo)標(biāo)識(shí)，并通過變換的方式利用正交基組成的坐標(biāo)對(duì)其進(jìn)行描述。按照上述內(nèi)容，將用戶人臉圖像映射到低維度的子空間當(dāng)中，從而映射到一個(gè)特定的點(diǎn)上，解決原本需要利用高維度對(duì)用戶人臉圖像進(jìn)行標(biāo)識(shí)的問題。根據(jù)人臉五官對(duì)圖像特征進(jìn)行推導(dǎo)，若某一連通區(qū)域?yàn)樘卣鲄^(qū)域則其可以近似為一個(gè)長(zhǎng)方形，依次將該長(zhǎng)方形作為人臉圖像區(qū)域?qū)ζ溥M(jìn)行標(biāo)識(shí)。

1.3 基于不同特征人群的業(yè)務(wù)辦理場(chǎng)景邏輯選擇

通過上述論述利用人臉識(shí)別技術(shù)完成對(duì)用戶人臉圖像的識(shí)別和區(qū)域標(biāo)識(shí)后，再對(duì)不同特征人群的特征進(jìn)行識(shí)別或直接通過用戶自主選擇的方式，選擇對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)辦理場(chǎng)景邏輯。例如，若業(yè)務(wù)辦理用戶為老年人，則可通過更加簡(jiǎn)潔的操作界面為老年人辦理業(yè)務(wù)提供每一步的指引，或通過后臺(tái)系統(tǒng)直接向業(yè)務(wù)辦理人員發(fā)送當(dāng)場(chǎng)請(qǐng)求，由業(yè)務(wù)辦理人員為老年人提供詳細(xì)的指導(dǎo)和說明。同時(shí)，在辦電業(yè)務(wù)終端根據(jù)邏輯判斷是否需要對(duì)已完成的操作內(nèi)容進(jìn)行流程保存或是否需要查詢相應(yīng)的客戶信息等。在實(shí)際業(yè)務(wù)辦理場(chǎng)景當(dāng)中，還可通過紅外感應(yīng)裝置對(duì)已經(jīng)檢測(cè)到的站在終端設(shè)備前的用戶，并對(duì)當(dāng)前業(yè)務(wù)辦理場(chǎng)景的服務(wù)狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，若此時(shí)場(chǎng)景處于空閑狀態(tài)，則對(duì)負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)的人臉圖像進(jìn)行識(shí)別，若識(shí)別到人臉，則進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)，按照上述步驟選擇對(duì)應(yīng)場(chǎng)景邏輯完成對(duì)辦電業(yè)務(wù)的服務(wù)。同時(shí)，在上述場(chǎng)景構(gòu)建的基礎(chǔ)上，根據(jù)辦電業(yè)務(wù)實(shí)際水平以及用戶的需要，針對(duì)繳費(fèi)問題，可在業(yè)務(wù)場(chǎng)景當(dāng)中，開通人臉識(shí)別繳費(fèi)功能。針對(duì)每一個(gè)月前來營(yíng)業(yè)大廳的不同用戶群體，針對(duì)其相應(yīng)的辦理業(yè)務(wù)內(nèi)容進(jìn)行呈現(xiàn)，并通過對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)辦理場(chǎng)景邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶針對(duì)性的辦電業(yè)務(wù)服務(wù)。不同用戶群體主要可以劃分為：普通用戶、老年用戶、低文化水平用戶、特殊人群用戶等，根據(jù)不同的用戶群體，可在進(jìn)行繳費(fèi)的過程中適當(dāng)降低操作難度，從而進(jìn)一步提高智能自主終端設(shè)備的應(yīng)用范圍。

2 應(yīng)用分析

在完成上述對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)在辦公業(yè)務(wù)場(chǎng)景中應(yīng)用的理論分析后，為了檢驗(yàn)上述思路在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境當(dāng)中是否能夠有效辦電業(yè)務(wù)的辦理效率，選擇將應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)后的辦電業(yè)務(wù)的耗時(shí)與未引入人臉識(shí)別技術(shù)的辦電業(yè)務(wù)耗時(shí)進(jìn)行對(duì)比。為了方便論述，將引入人臉識(shí)別技術(shù)的場(chǎng)景作為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，將未引入人臉識(shí)別技術(shù)的場(chǎng)景作為對(duì)照?qǐng)鼍?。同時(shí)，為了確保實(shí)驗(yàn)的普遍性，分別選擇在老年人群體、低水平文化人群和特殊人群當(dāng)中，分別選擇5名志愿者參與到辦電業(yè)務(wù)辦理流程當(dāng)中，并分別通過上述兩種方法在兩種場(chǎng)景下完成業(yè)務(wù)辦理，記錄每一位志愿者辦理業(yè)務(wù)的時(shí)間，將對(duì)應(yīng)人群的業(yè)務(wù)辦理耗時(shí)記錄，并按照如下公式計(jì)算得出平均業(yè)務(wù)辦理耗時(shí)：

根據(jù)上述公式（4）計(jì)算得出各個(gè)群體的平均業(yè)務(wù)辦理耗時(shí)，并記錄如表1所示。

表1 兩種場(chǎng)景下業(yè)務(wù)辦理結(jié)果記錄表

通過表1中記錄的結(jié)果數(shù)據(jù)可知，在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景當(dāng)中，不同業(yè)務(wù)辦理人群在完成各項(xiàng)辦電業(yè)務(wù)時(shí)，其耗時(shí)均未超過3.20min，而在對(duì)照?qǐng)鼍爱?dāng)中，老年人群體的平均辦理業(yè)務(wù)耗時(shí)超過了15.00min，特殊人群平均辦理業(yè)務(wù)耗時(shí)更是超過了23.50min，嚴(yán)重不符合辦電業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)其業(yè)務(wù)辦理效率的要求。因此，通過上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步分析得出，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下不同人群中平均業(yè)務(wù)辦理耗時(shí)明顯小于對(duì)照?qǐng)鼍捌骄k理業(yè)務(wù)耗時(shí)，說明在引入人臉識(shí)別技術(shù)后，可有效提高業(yè)務(wù)辦理的效率。在實(shí)際應(yīng)用中，按照本文上述思路實(shí)現(xiàn)對(duì)辦電業(yè)務(wù)場(chǎng)景的構(gòu)建能夠?yàn)檗k電業(yè)務(wù)服務(wù)提供更加高質(zhì)量保障，同時(shí)也能夠?qū)⒏嗟臉I(yè)務(wù)辦理節(jié)約的時(shí)間用于實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)質(zhì)量的提升環(huán)節(jié)，為用戶提供更加高品質(zhì)的辦電業(yè)務(wù)服務(wù)感受。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文在基于人臉識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種全新的辦電業(yè)務(wù)應(yīng)用技術(shù)，并通過實(shí)際應(yīng)用證明了該技術(shù)的業(yè)務(wù)辦理效率能夠有效得到提升。在今后研究中，還將針對(duì)各項(xiàng)電力服務(wù)業(yè)務(wù)，引入人臉識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二者結(jié)合，從而為辦電用戶提供更加高質(zhì)量的保障，并進(jìn)一步降低終端使用的門檻，提升智能終端設(shè)備在辦電業(yè)務(wù)用戶中的信任度和可接受程度。