遠(yuǎn)距離人臉識(shí)別系統(tǒng)分析

遠(yuǎn)距離人臉別系統(tǒng)分析基主視的FRAD系統(tǒng)一套基于多攝像機(jī)追蹤架構(gòu)的遠(yuǎn)距離控的人臉圖像采集原型系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用固定的攝像進(jìn)行可靠的人體檢測(cè)和追蹤采卡爾曼濾波器對(duì)人體位置進(jìn)行追蹤確保預(yù)測(cè)出攝像機(jī)能夠采集到人臉圖像的位置體蹤系統(tǒng)可同時(shí)處理視場(chǎng)內(nèi)的多個(gè)目標(biāo)先擇統(tǒng)會(huì)選擇一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行圖像采集時(shí)像機(jī)將逐一快速對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)確保能夠采集到視場(chǎng)所有目標(biāo)的人臉圖像后采用商業(yè)人臉識(shí)別器進(jìn)行人臉圖像處理。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)的人體定位距離可達(dá)～米人臉圖像采集距離可達(dá)15～20米該系統(tǒng)的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新是將生物特征識(shí)別與可靠的地面人體追蹤器結(jié)合起來(lái)時(shí)人一旦進(jìn)入攝像機(jī)視場(chǎng)內(nèi)，追蹤器就能夠鎖定該目標(biāo)直到目標(biāo)走出攝像機(jī)視場(chǎng)。在應(yīng)用中，攝像機(jī)采集到的人臉圖像和識(shí)別結(jié)果會(huì)與存儲(chǔ)于內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的追蹤目標(biāo)ID進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這樣可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)累積識(shí)別信息許目標(biāo)選擇系統(tǒng)選擇還未識(shí)別的追蹤目標(biāo)系具有多個(gè)可配置運(yùn)行模式括動(dòng)冊(cè)和基于網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)注冊(cè)數(shù)據(jù)共當(dāng)標(biāo)從一個(gè)攝像機(jī)區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)攝像機(jī)區(qū)域后，允許重復(fù)目標(biāo)識(shí)別1.系統(tǒng)的用計(jì)（1）件該系統(tǒng)可由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成個(gè)點(diǎn)由一對(duì)和攝機(jī)構(gòu)成攝像機(jī)置于標(biāo)準(zhǔn)的架高工作臺(tái)上，攝像機(jī)通過(guò)串口VISCATM接口連接，其中WFOV攝像機(jī)分辨率為×30Hz（NTSC定角度攝機(jī)分辨率為1280×，，其角度、轉(zhuǎn)向和放大倍數(shù)由計(jì)算機(jī)控制。（2）體檢和蹤在WFOV靜攝像機(jī)視場(chǎng)中檢測(cè)并追蹤移動(dòng)的人體，由于攝像機(jī)是靜止的，所以該系統(tǒng)采用了背景差分法檢測(cè)移動(dòng)目標(biāo)對(duì)一個(gè)像素的每一個(gè)顏色分量分布采用了自適應(yīng)的參數(shù)模型何建模不符的素都將被認(rèn)定為前景像素追的過(guò)程中焦距攝像機(jī)的方向和位置等內(nèi)外參數(shù)都通過(guò)一個(gè)計(jì)算過(guò)程得出參數(shù)通過(guò)真實(shí)坐標(biāo)與WFOV攝像機(jī)視頻幀映射得到假一人在行走計(jì)算視頻中包含整個(gè)人體的可行區(qū)域那些能夠匹配可行區(qū)域的前景像素簇即為檢測(cè)到的人體。人體檢測(cè)過(guò)程在FOV視中以10Hz的頻率進(jìn)行其采用了卡爾曼濾器使得系統(tǒng)對(duì)于瞬時(shí)干擾更加穩(wěn)定并且卡爾曼濾波器提供了追蹤目標(biāo)的速度，這樣就可以預(yù)測(cè)目標(biāo)的前行位置。（3）控器PTZ控器主要是對(duì)攝機(jī)的平移、旋轉(zhuǎn)、放大倍數(shù)的控制。在具體操作時(shí)，根據(jù)WFOV攝機(jī)畫(huà)面對(duì)攝像機(jī)畫(huà)面進(jìn)行計(jì)算，首先NFOV攝機(jī)處于原始位置，即平移和傾斜角度°放大倍數(shù)為，采用點(diǎn)對(duì)應(yīng)估算和NFOV攝機(jī)面中同一點(diǎn)的位置關(guān)系攝機(jī)經(jīng)過(guò)進(jìn)一計(jì)算，以確定平移、傾斜和放大設(shè)置對(duì)其畫(huà)面的影響。在這個(gè)計(jì)算的過(guò)程中分精確和重要的部分是攝像機(jī)的放大點(diǎn)大就是當(dāng)放大倍數(shù)改變時(shí)真實(shí)世界坐標(biāo)不變的點(diǎn)常一幅圖像的中心踐表明確切的放大點(diǎn)根據(jù)設(shè)備的不同而不同對(duì)距離物體采用高大倍數(shù)時(shí)使小的放大點(diǎn)偏移也會(huì)影響抓拍目標(biāo)的準(zhǔn)確性。在該計(jì)算過(guò)程中，一旦在視中確定了目位置和區(qū)域尺寸，就直接確定了平、傾斜和放大倍數(shù)的置，這會(huì)使得目標(biāo)圖像填滿(mǎn)整個(gè)NFOV的畫(huà)面。（4）標(biāo)選對(duì)于目標(biāo)的選擇，一般在低分辨率的WFOV視頻中可能會(huì)檢測(cè)和追蹤到多個(gè)目標(biāo)，因此該系統(tǒng)采取了優(yōu)先選擇機(jī)制選擇目標(biāo)，自動(dòng)控制NFOVPTZ攝像機(jī)采集目標(biāo)的高分辨率人臉圖像標(biāo)先選擇基于目標(biāo)歷史記錄和當(dāng)前狀態(tài)于一個(gè)被追蹤的目標(biāo)都有一個(gè)1

用于優(yōu)先選擇的目標(biāo)記錄記包括過(guò)去目標(biāo)被檢測(cè)的次數(shù)臉像采集的次數(shù)和人臉識(shí)別的成功次數(shù)過(guò)體追蹤中的卡爾曼濾波器可以確定以下幾個(gè)參數(shù)標(biāo)到攝像機(jī)節(jié)點(diǎn)間的距離、方向余弦和目標(biāo)的速度余弦是指目標(biāo)行走方向與攝像機(jī)方向夾角的余弦，表明了目標(biāo)正臉與攝像機(jī)節(jié)點(diǎn)間的角度表1用于計(jì)算目標(biāo)得分的參數(shù)使用以上信息對(duì)被追蹤目標(biāo)進(jìn)行評(píng)分分最高的將被選為人臉圖像采集對(duì)象分得出主要是將每一參數(shù)乘以一個(gè)系數(shù)結(jié)果進(jìn)行省略處理再相加得最終的評(píng)分，如表1所為一組參數(shù)和系數(shù)。例如，目標(biāo)的方向余弦以系數(shù)10，然后限定于內(nèi)再與其它分?jǐn)?shù)相加就得到評(píng)分。類(lèi)似地，目標(biāo)的速度（）以10，限定[0,20]范圍內(nèi)，目標(biāo)移動(dòng)得快意味著會(huì)更快離開(kāi)覆蓋區(qū)域，所以增加了優(yōu)先選擇的分?jǐn)?shù)。而采集次數(shù)、成功采集人臉圖像的次數(shù)和成功識(shí)別人臉的次數(shù)的系數(shù)都為負(fù)數(shù)將對(duì)優(yōu)先選擇減分少系統(tǒng)重復(fù)采集統(tǒng)各個(gè)參限定了范圍避免任何一個(gè)單獨(dú)的參數(shù)過(guò)大而影響優(yōu)先選擇分?jǐn)?shù)?？傊?，優(yōu)先選擇過(guò)程是在挑選行進(jìn)速度快、面向攝像機(jī)的目標(biāo)。在實(shí)際中，目標(biāo)選擇機(jī)制使得系統(tǒng)能夠從一個(gè)目標(biāo)向另一個(gè)目標(biāo)移動(dòng)未出現(xiàn)過(guò)的的臉圖像。一旦選定了目標(biāo)追器中的卡爾曼濾波將預(yù)測(cè)出目標(biāo)在下0.5～1.0秒人臉位置，然后攝機(jī)將調(diào)解放大倍等參數(shù)指向該位置到目標(biāo)經(jīng)過(guò)這做法為系統(tǒng)留有完成平移、傾斜和放大設(shè)置的時(shí)間，當(dāng)目標(biāo)經(jīng)N攝像機(jī)畫(huà)面時(shí)目標(biāo)的人臉和上身將通過(guò)攝機(jī)視頻畫(huà)面的中，然后由基于N視圖像的人臉檢測(cè)模塊進(jìn)行人臉檢測(cè)和采集。一旦完成采集，系統(tǒng)將馬上開(kāi)始選擇新目標(biāo)，即系統(tǒng)大約每隔2秒示攝像機(jī)采集一幅新的人臉圖像。除了選擇目標(biāo)和確定NFOV攝機(jī)指向的位置外，系統(tǒng)還必須擇N攝機(jī)的放大倍數(shù)放大倍數(shù)與成功采集人臉幾率間存在一個(gè)平衡放大倍數(shù)可獲得高分辨率的人臉圖像但任何目標(biāo)追蹤上的差錯(cuò)將使人臉采集成功率大大降低系采用了一種自適應(yīng)的放大倍數(shù)選擇方法果個(gè)標(biāo)從沒(méi)被成功采集過(guò)人臉圖像么初始采集人臉圖像分辨率的目標(biāo)設(shè)定為雙眼間個(gè)素。然后，每次以某分辨率成功采集人臉圖像后，其分辨率目標(biāo)值將提高20%如果系統(tǒng)重復(fù)采集該目標(biāo)圖像分率將逐漸提高人臉圖像的分辨率目標(biāo)值和人的距離決定了NFOV攝機(jī)的放大倍數(shù)。攝像機(jī)具有自動(dòng)和手動(dòng)對(duì)模式攝機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦功能偶爾會(huì)出現(xiàn)對(duì)焦不準(zhǔn)模糊的情況不過(guò)利用目標(biāo)置和距離兩個(gè)數(shù)據(jù)可以解決這個(gè)問(wèn)題使中獨(dú)特的攝像機(jī)設(shè)備和典型的目標(biāo)距離使得焦距相對(duì)較遠(yuǎn)使用時(shí)不必知道非常精確的目標(biāo)距離，只有當(dāng)焦距調(diào)整超過(guò)幾米的可調(diào)閾值范圍內(nèi)時(shí)才需要調(diào)整攝像機(jī)的焦距。（5）臉檢和切2

在人臉檢測(cè)和剪切方面，目標(biāo)鎖定程序指示NFOV攝機(jī)續(xù)監(jiān)視NFOV像機(jī)視頻流中的人臉圖像，采用匹茲堡模式識(shí)別檢NFOV視中每一幀的人臉。這個(gè)過(guò)程的運(yùn)行頻率為10Hz圖刷屏率相同保持時(shí)操作在一幀圖像中檢測(cè)到了多個(gè)人臉，系統(tǒng)只選擇最靠近圖像中心的人臉能是選定的目標(biāo)將目標(biāo)人臉圖像剪切下來(lái)，異步傳輸至人臉識(shí)別器，同時(shí)告知目標(biāo)鎖定器人臉采集完畢，然后更新目標(biāo)記錄。（6）臉識(shí)當(dāng)人臉識(shí)別器接收到新的剪切人臉圖像后統(tǒng)創(chuàng)建人臉采集記錄并存儲(chǔ)該圖像臉識(shí)別器根據(jù)圖像采集的時(shí)間詢(xún)問(wèn)目標(biāo)鎖定器，以確定人臉圖像來(lái)自哪個(gè)追蹤目標(biāo)ID。目標(biāo)鎖定器保存一個(gè)追蹤目標(biāo)的時(shí)間記錄作為ID號(hào)，人臉采集記錄與之相關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)可以以10Hz的頻率采集人臉圖像，但是人臉識(shí)別每幅圖通常需要0.5～秒的時(shí)間，這主要取決于算法。一般情況下，識(shí)別與采集并不同步，所以人臉識(shí)別是異步進(jìn)行的。在處理環(huán)節(jié)中復(fù)應(yīng)用人臉識(shí)別器識(shí)別最新采集的未識(shí)別圖像果儲(chǔ)于人臉圖像采集記錄中，未處理的人臉圖像在30秒后被丟棄。人臉識(shí)別次數(shù)和結(jié)果存于目標(biāo)記錄中的人臉圖像采集記錄中，并顯示于程序中。人臉識(shí)別結(jié)果傳遞至目標(biāo)鎖定器以更新目標(biāo)記錄，人臉識(shí)別結(jié)果同時(shí)被GUI使用以標(biāo)注WFOV視中被追蹤目標(biāo)的名字。本系統(tǒng)配有可選的自動(dòng)注冊(cè)功能可以利用每一個(gè)追蹤目標(biāo)的目標(biāo)記錄一個(gè)可配置的基于規(guī)則的過(guò)程目標(biāo)是利用采集到的未注冊(cè)且適于注冊(cè)的人臉圖像進(jìn)行自動(dòng)注冊(cè)動(dòng)注冊(cè)目標(biāo)必須具有至少一幅質(zhì)量超過(guò)人臉識(shí)別匹配閾值的人臉圖像采用至少4幅同的人臉圖像進(jìn)行識(shí)別的結(jié)果均為失敗過(guò)程可幫助確保用于自動(dòng)注冊(cè)的人臉圖像確實(shí)是未知圖像。性評(píng)為了測(cè)試該生物特征監(jiān)控系統(tǒng)的性能驗(yàn)?zāi)７陆煌ㄟ\(yùn)輸樞紐中心的情況統(tǒng)安置于室內(nèi)和室外的固定位置。室內(nèi)測(cè)試在一個(gè)很長(zhǎng)（寬大約9米）的走廊內(nèi)進(jìn)行照為來(lái)自窗戶(hù)的自然光和屋頂?shù)膸讉€(gè)日光燈個(gè)走廊與機(jī)場(chǎng)航站樓相似圖1所此的光照情況隨著時(shí)間和天氣而變化晴天氣的很亮到陰雨天或夜晚的昏暗進(jìn)行室外測(cè)試時(shí)，攝像機(jī)分別朝向和背對(duì)太陽(yáng)，試驗(yàn)進(jìn)行6天經(jīng)不同的變化在驗(yàn)過(guò)程中被試目標(biāo)以自然的方式步行穿過(guò)走廊或室外區(qū)域。表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)第一項(xiàng)試驗(yàn)將評(píng)估人體檢測(cè)和人臉圖像采集的性能2所示為采集數(shù)據(jù)中直方圖為初始人體檢測(cè)和初始人臉采集的距離管被測(cè)目標(biāo)的行為是可控的此程中出現(xiàn)了其他非測(cè)試人員括攝機(jī)視場(chǎng)中靜止不動(dòng)的人員些測(cè)試人員甚至并不知曉3

正在進(jìn)行測(cè)試在部的466次驗(yàn)中只1例體檢測(cè)失敗和8例人臉采集失敗因是該目標(biāo)或其臉部以某種方式被遮擋。表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)表3為人體檢測(cè)人檢測(cè)和人臉識(shí)別的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差們以看到人體檢測(cè)和人臉采集的平均范圍大約是人臉識(shí)別的兩倍由人臉識(shí)別算法需要高分辨率人臉圖像，這也是現(xiàn)有人臉識(shí)別算法的局限性。結(jié)通用公司的人體生物特征監(jiān)控系統(tǒng)的主要是通過(guò)目標(biāo)追蹤選和自動(dòng)攝機(jī)控制進(jìn)行人臉圖像采集標(biāo)是采集高分辨率人臉圖像通