美國軍方首次實現(xiàn)黑夜人臉識別技術

　　在近期的IEEE計算機視覺應用冬季會議上， 美國陸軍研究實驗室的研究人員利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡和一系列算法，能夠在黑夜中進行人臉識別。目前，該技術的識別準確率超過了80%。

　　人臉識別我們已經(jīng)不陌生，從手機上的面部解鎖，到機場使用的掃臉登機系統(tǒng)，人臉識別技術已經(jīng)開始慢慢進入到人們的日常生活中，同時，人臉識別技術也被用于警察執(zhí)法與安防，2018年春節(jié)，鄭州鐵路警方使用的警務眼鏡據(jù)稱已經(jīng)配備面部識別功能，并幫助警方抓獲七名嫌犯。

　　人臉識別從技術上來說，大致要經(jīng)過幾個流程，首先要獲取圖像，然后對圖像中的特征進行提取，再將待識別人臉所提取的特征與數(shù)據(jù)庫中的所有圖像進行匹配，以回答“這是誰”的問題。這個過程在白天光照充足的情況下，運行良好，然而，在夜晚，沒有光照或者光照不足的情況下，人臉識別變得困難。

　　利用普通攝像頭，無法獲取人臉信息，在夜間只能利用紅外成像技術，獲取紅外圖像。但是由于成像方式不同，使得同一個人的可見光圖像和紅外圖像存在很多差異，如何實現(xiàn)紅外人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中保存的可見光圖像比對與驗證?這是美國陸軍研究實驗室希望解決的問題，解決了這個問題就可以實現(xiàn)7×24小時，不受光線影響的進行人臉識別，對在逃嫌疑人進行實時監(jiān)測。

　　從紅外圖像到可見光圖像

　　在電影《鐵血戰(zhàn)士》里，施瓦辛格跳進水里將自己的溫度和周圍保持一致，試圖遮蔽自己的紅外信號源，避免熱成像儀的偵察。紅外熱成像，根據(jù)熱力學零度以上一切物體都在發(fā)射紅外線的原理，通過感應紅外線然后呈現(xiàn)出肉眼可見的圖像，紅外熱成像儀，能夠探測人身體本身散發(fā)的熱輻射，根據(jù)不同部位溫度的差異形成圖像。

　　在漆黑一片的環(huán)境中，紅外熱成像儀能夠“看到”任何有溫度的物體，美國軍方的夜視儀幾乎都應用了紅外熱成像技術。目前，紅外熱成像設備已經(jīng)被廣泛的部署在美國軍方的航空器、地面車輛、瞭望塔以及檢查站中。就在最近，紅外相機已經(jīng)成為可穿戴式設備。

　　利用這些紅外成像設備，在夜間進行自動化人臉識別，實時發(fā)現(xiàn)監(jiān)控名單中的可疑人員，進行抓捕，是美國軍方的切實需要。

　　然而，紅外人臉圖像反映的是人臉的溫度分布，紅外人臉圖像中人臉器官的邊緣輪廓和細節(jié)特征都比較模糊，與可見光成像差別很大，兩者之間的比對難度較大。

　　美國陸軍研究實驗室Benjamin S. Riggan提出了一種新的圖像合成方法，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡以及一系列算法，將紅外人臉圖像合成為可見光圖像。在給定的紅外面部圖像中，首先利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡從整體和局部提取特征，接下來，從提取出的特征中預估對應的可見光圖像。最終，通過局部和全局的優(yōu)化，產(chǎn)生一個合成的可見光圖像。合成后的圖像，并不是一張完美的可見光圖像，它看起來更像是一幅“素描”。

　　運用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的圖像識別流程

　　通過這幅“素描”是不是真的可以與數(shù)據(jù)庫中的圖像進行比對和驗證呢?研究人員選取了一個數(shù)據(jù)庫，其中包含來自60個人的可見光面部圖像和紅外面部圖像，其中30人的圖像用于訓練神經(jīng)網(wǎng)絡，其它30人的圖像用于驗證，結(jié)果表明，采用了這種方法后，人臉識別的正確率均高于80%。

　　而由于這種方法可以將紅外人臉圖像轉(zhuǎn)換成可見光圖像，再進行識別，因此并不需要對原來已經(jīng)存在的人臉識別系統(tǒng)進行定制化改造，也不需要軟硬件的更新?lián)Q代。

　　在美國陸軍研究實驗室發(fā)布的信息中，研究人員Benjamin S. Riggan稱：“目前大部分的生物識別人臉數(shù)據(jù)庫僅包含可見光面部圖像，我們所研發(fā)的技術可以在紅外面部圖像與現(xiàn)有生物識別人臉數(shù)據(jù)庫之間進行匹配。”

　　在今年3月份舉行的IEEE計算機視覺應用冬季會議上， 美國陸軍研究實驗室的研究人員介紹了此項技術的詳細內(nèi)容，并利用紅外熱成像相機和運行算法的筆記本電腦進行了實時演示，向人們展示了由一個人的紅外面部圖像產(chǎn)生一個合成的可視化圖像的過程。該項研究獲得了此次會議的最佳論文獎。

　　7×24 全年無休

　　不過這項技術如果要進入使用階段，還需要繼續(xù)提高準確度，目前在普通情況下，國際權威人臉識別數(shù)據(jù)庫測試的準確率已經(jīng)突破了99%，相比而言，這項技術所達到的80%的準確率還很難進入實用階段。

　　而一旦該項技術進入實用，將擴大人臉識別的適用范圍，并且提高人臉識別系統(tǒng)的性能。目前限制人臉識別性能的因素之一就是光照的變化，為了減少或消除光照對人臉識別的影響，在可見光人臉識別方法中研究和采用了各種補償措施。人臉紅外圖像基本上不受周圍環(huán)境光照的影響，不需要采取補償措施，很多研究表明，環(huán)境光照的變化對紅外圖像的獲取以及圖像的質(zhì)量影響很小。與可見光人臉識別相比，人臉的姿態(tài)和人是否化妝對紅外人臉圖像的影響也相對較小。

　　現(xiàn)有的具備夜視功能的人臉識別系統(tǒng)，未來或許都可以利用該項技術，7×24小時，全年不休。

　　穿墻而過?

　　美國媒體據(jù)此報道，這種技術未來將實現(xiàn)從室外，穿過墻的阻隔，對室內(nèi)的人們進行拍照和識別，由此帶來隱私等方面的擔憂。

　　這種擔心其實大可不必，雖然紅外熱成像有部分穿透能力，可以穿透煙霧、霧霾，也可以穿過一些透光的材質(zhì)，比如透明的塑料袋、透明玻璃等。而要對人臉進行識別，一個小小的眼鏡都可能影響到識別的效果，有研究表示，紅外線對玻璃的透射性較差，對戴眼鏡的人臉并不容易識別。而一件厚衣服就可以阻隔紅外熱成像，更不用說完全不透光的墻壁了。