面部识别系统是如何工作的

总部位于明尼苏达州的Identix®公司是面部识别技术的众多开发商之一。它的软件FaceIt®可以从人群中挑出某人的脸，从其他场景中提取出这张脸，并与存储的图像数据库进行比较。为了让这个软件工作，它必须知道如何区分一张基本的脸和背景的其他部分。面部识别软件是基于识别人脸的能力，然后测量人脸的各种特征。

每一张脸都有许多可区分的地标性建筑即构成面部特征的不同峰谷。FaceIt将这些里程碑定义为节点分．每张人脸大约有80个节点。软件测量的其中一些指标是:

这些节点被测量产生一个数字代码，称为afaceprint，表示数据库中的人脸。

在过去，面部识别软件依赖于2D图像从数据库中比较或识别另一个2D图像。为了有效和准确，捕捉到的图像必须是一张几乎正对着相机的脸，光线和面部表情与数据库中的图像几乎没有变化。这就产生了一个大问题。

在大多数情况下，这些图像都不是在受控环境中拍摄的。即使是光线或方向上最小的变化也会降低系统的效率，因此它们无法与数据库中的任何人脸匹配，导致失败率很高。在下一节中，我们将研究纠正该问题的方法。

人脸识别软件的一个新趋势是使用3D模型，据称这能提供更高的准确性。捕获一个实时三维图像3D面部识别利用面部的独特特征——坚硬的组织和骨骼最明显的地方，如眼窝、鼻子和下巴的曲线——来识别主体。这些领域都是独一无二的，不会随着时间的推移而改变。

使用深度和不受光照影响的测量轴，3D面部识别甚至可以在黑暗中使用，并具有识别不同视角的对象的能力，并有可能识别高达90度(一张脸的侧面)。

使用3D软件，该系统通过一系列步骤来验证个人的身份。

检测

获取图像可以通过数字技术实现扫描现有的照片(2D)或通过使用视频图像获得一个主题的实时图像(3D)。

对齐

一旦检测到人脸，系统就会确定头部的位置、大小和姿势。如前所述，物体在90度范围内都有可能被识别，而在2D情况下，头部必须转向至少35度相机．

测量

然后，该系统在亚毫米(或微波)尺度上测量面部曲线，并创建一个模板。

表示

系统将模板转换为唯一的代码。这种编码为每个模板提供了一组数字来表示受试者脸上的特征。

匹配

如果图像是3D的，并且数据库包含3D图像，那么匹配将在不对图像做任何更改的情况下进行。然而，目前仍在2D图像中的数据库面临着一个挑战。3D提供了一个活动的、移动的、可变的主题，与一个平面的、稳定的图像进行比较。新技术正在应对这一挑战。当拍摄3D图像时，不同的点(通常是三个)被识别出来。例如，外面的眼睛，将眼睛内侧和鼻尖抽出来测量。一旦测量到位，就算法(一步一步的过程)将应用到图像转换为2D图像。转换后，该软件将把图像与数据库中的2D图像进行比较，以找到潜在的匹配。

验证或确认

在验证过程中，一个图像只匹配数据库中的一个图像(1:1)。例如，可以将拍摄的主体的图像与机动车辆管理局数据库中的图像进行匹配，以验证主体的身份。如果识别是目标，那么将图像与数据库中的所有图像进行比较，得到每个潜在匹配的分数(1:N)。在这种情况下，您可以拍摄一张照片，并将其与人脸照片数据库进行比较，以确定目标是谁。

接下来，我们将看看皮肤生物识别技术如何帮助验证匹配。

仅靠面部识别并不一定能对图像进行验证或识别。Identix®创造了一种新产品，以帮助精确度。FaceIt®Argus的开发使用了皮肤生物识别技术，以获得更准确的结果。

这个过程称为表面纹理分析的工作原理与面部识别的原理大致相同。照片是拍一块皮肤，叫做skinprint．然后这块补丁被分成更小的块。使用算法为了把贴片变成一个数学上可测量的空间，系统将区分任何线条、毛孔和实际的皮肤纹理。它可以识别同卵双胞胎之间的差异，而单独使用面部识别软件还无法做到这一点。根据Identix在美国，通过将面部识别与表面纹理分析相结合，准确识别可以提高20%到25%。

FaceIt目前使用三种不同的模板来确认或识别主题:向量、局部特征分析和表面纹理分析。

通过结合所有三个模板，FaceIt®比其他系统具有优势。它对表情的变化相对不敏感，包括眨眼、皱眉或微笑，并有能力补偿胡子或胡子的生长和外观眼镜．该制度在种族和性别方面也是统一的。

然而，它并不是一个完美的系统。有一些因素可能会阻碍认可，包括:

Identix并不是唯一一家拥有面部识别系统的公司。虽然大多数软件的工作方式与FaceIt相同，但也有一些变化。例如，一家名为Animetrix, Inc.的公司有一款名为FACEngine ID®SetLight的产品，可以纠正通常不能使用的照明条件，减少错误匹配的风险。Sensible Vision, Inc.有一款产品可以使用面部识别保护电脑。只有正确的用户在屏幕前，计算机才会打开并保持可访问性。一旦用户离开视线，计算机就会自动保护，不受其他用户的影响。

由于技术的进步，面部和皮肤识别系统比几年前得到了更广泛的应用。在下一节中，我们将研究在哪里以及如何使用它们，以及未来将有哪些准备。

在过去，面部识别软件的主要用户一直是执法机构，他们使用该系统捕捉人群中的随机面孔。一些政府机构也一直在使用该系统来确保安全和消除选举舞弊。美国政府最近开始了一项名为us - visit程序(美国游客和移民状态指示器技术)，针对进入美国的外国游客。当一个外国旅行者收到他的签证时，他将提交指纹并拍照。指纹和照片将与已知罪犯和恐怖分子嫌疑人的数据库进行比对。当旅客到达美国入境口岸时，这些相同的指纹和照片将被用于核实签证的收信人就是试图入境的同一个人。

然而，现在有更多的情况下，软件变得流行起来。随着这些系统变得越来越便宜，它们的使用也越来越广泛。它们现在与照相机和电脑兼容，这些相机和电脑已经在使用银行和机场。美国运输安全管理局目前正在开发和测试其注册旅行者项目。该项目将为自愿提供信息并完成安全威胁评估的乘客提供快速安全检查。在机场，注册旅客会有专门的队伍，可以更快地通过，通过他们的面部特征来验证旅客。

其他潜在的应用包括自动取款机和兑现支票的安全。该软件能够快速验证客户的面部。在顾客同意后，自动取款机或支票兑现亭就会捕捉他的数字图像。然后，FaceIt软件生成照片的脸印，以保护客户免受身份盗窃和欺诈交易。通过使用面部识别软件，不需要照片ID，银行卡或个人识别号码(PIN)来验证客户的身份。通过这种方式，企业可以防止欺诈发生。

虽然上面所有的例子都是在个人许可下使用的，但并不是所有的系统都是在您的知识下使用的。在第一节中，我们提到了超级碗期间坦帕警方和伊博尔市使用的系统。这些系统在访客不知情或未经允许的情况下对他们进行拍照。这些系统的反对者指出，虽然它们在某些情况下确实提供了安全，但这不足以凌驾于自由和自由的意识之上。许多人认为使用这些系统侵犯隐私的问题太严重了，但他们的担忧还不止于此。他们也指出了涉及的风险身份盗窃．就连面部识别公司也承认，这项技术使用得越多，身份盗窃或欺诈的可能性就越高。

与许多发展中的技术一样，面部识别的惊人潜力也伴随着一些缺点，但制造商正在努力提高系统的可用性和准确性。

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