近紅外人臉識別

人臉識別是生物特徵識別領域中最常用的一種模態，近年來在公共安全領域得到了廣泛的套用。各類人臉識別方法的關鍵都在於，提取人臉數據中與身份相關的本質特徵，同時消除其中受非身份因素影響的部分，非身份因素一般包括：環境光照、姿態、表情、飾物等。其中光照問題在實際套用中最為重要，用戶普遍要求人臉識別系統能適應不同的光照環境。一般的人臉識別系統都採用普通的可見光人臉圖像進行識別，這類系統容易收到環境光線變化的影響，在識別之前往往需要採用一些預處理算法對光照進行處理。雖然光照預處理算法能在一定程度上消除光照的影響，但同時也會使圖像損失一部分有用的信息。

基本介紹

• 中文名：近紅外人臉識別
• 套用：公共安全領域
• 原理：紅外線
• 波段選取：780nm
• 難點1：主動光源會在眼鏡上產生反光
• 難點2：反光對眼睛部位造成遮掩

介紹

近紅外人臉識別是為了解決人臉識別中的光照問題，而提出的一種解決方案，其包括兩部分：主動近紅外人臉成像設備；和相應的光照無關人臉識別算法。使用強度高於環境光線的主動近紅外光源成像，配合相應波段的光學濾片，可以得到環境無關的人臉圖像，人臉圖像只會隨著人與攝像頭的距離變化而單調變化。在此圖像上採用一些特定的特徵提取方式，如：局部二元模式（Local Binary Pattern，LBP）特徵，可以進一步消除圖像的單調變化，得到完全光照無關的特徵表達。

近年來，近紅外人臉識別在實際生活中已經有了諸多套用，如：“深圳－香港生物護照自助通關係統”，“澳門－珠海生物護照自助通關係統”，“北京機場T3航站樓自助通關係統”等，均取得了很好的效果。

波段選取

為了減弱環境光對成像的影響，主動光源的強度需要高於環境光，但是強光會對人眼產生干擾，降低用戶舒適度，因此，主動光源最好位於不可見波段，如：紅外、紫外等。　長期照射紫外容易對人的皮膚和眼睛造成永久性傷害，中遠紅外波段成像會損失物體表面的大多數信息，一般不用於物體成像，因此近紅外波段成為最好的選擇，如：780nm。

光的波段

主動

研製主動近紅外人臉成像設備的目的在於，能為人臉識別提供不受環境光影響的、高質量的人臉圖像，所謂的高質量包括：圖像亮度合適、均勻、對比度合適、不存在過曝光等。

主動近紅外人臉成像設備一般包括如下幾個單元：

1. 在相應波段強度高於環境光的主動近紅外光源，主動光源與攝像頭置於同一位置；

2. 能夠接收近紅外光的攝像頭；

3. 窄帶濾光片，置於攝像頭鏡頭外，允許近紅外光通過的同時過濾環境光。

由於主動光源會隨著距離的增大而衰減，因此人與光源（攝像頭）之間的距離一般為50－100厘米。 右圖是一個典型的主動近紅外人臉成像設備。

左圖中顯示了同一人在不同環境光照下的可見光和近紅外人臉圖像，第一行為可見光，第二行為近紅外。可以看出 ，當環境光變化時，可見光圖像的表觀變化非常明顯，而近紅外非常穩定，不受影響。

主動近紅外成像設備

不受環境光影響的近紅外人臉圖像

光照

當人與光源距離不變時，近紅外人臉圖像非常穩定，但是圖像的整體亮度仍然會隨著距離的變化而單調變化，因此需要採用特定的特徵提取方法來解決單調變化問題，如：直方圖均衡、直方圖示定等。局部二元模式（Local Binary Pattern，LBP）是一種較好的方案，LBP只關注像素間的大小關係，當圖像整體發生單調變化時，像素間的大小關係是不變的。

通過以上方法獲得光照不變的特徵表達之後，光照無關的人臉識別即水到渠成，後續採用一般的特徵選擇、分類器設計便可構建一套完全光照不變的近紅外人臉識別系統。

近紅外人臉識別系統

難點

雖然近紅外人臉識別對比傳統可見光人臉識別有著明顯的優勢，但是主動光源的使用也帶來了一些問題：

1. 主動光源會在眼鏡上產生明顯的反光，降低眼睛定位的精度；

2. 反光對眼睛部位造成遮擋，影響識別；

3. 不能利用已有的大量可見光照片（如：二代證照片，逃犯照片庫等），用戶需要重新構建近紅外照片庫，費時費力；

4. 主動光源經過長期使用後，會出現損壞和衰減，帶來更多的後期維護。

未來的研究將致力於解決上述問題，其中問題3最為重要，可以大大擴展近紅外人臉識別技術的套用範圍，其已逐步發展為一個獨立的研究方向“異質人臉識別”。

眼鏡反光