人臉識別公交電梯提供小區(qū)改造新思路 背后算法該如何選型？

近日，杭州臨安某小區(qū)“公交電梯”的新聞引發(fā)大量討論，它為老舊小區(qū)修建電梯的籌資問題提供了全新思路，小區(qū)居民像乘坐公交一樣按次付費(fèi)。值得關(guān)注的是，該公交電梯采用了人臉識別支付，通過身份驗(yàn)證既方便了居民使用，也規(guī)避了不付費(fèi)的“搭便車”行為。每戶家庭需要提前在后臺系統(tǒng)中錄入照片并設(shè)立儲值賬戶，搭乘時(shí)無需刷卡或掃碼，掃臉即可支付。如果一家數(shù)人同時(shí)乘坐電梯回家，只收取一人費(fèi)用；如果電梯里有未錄入的陌生面孔，電梯會發(fā)聲提示。

可以發(fā)現(xiàn)在這個(gè)全新的應(yīng)用場景中，人臉識別的作用可謂一舉多得，同時(shí)人臉識別終端廠商也將收獲一塊新的增量市場。但需要注意的是，電梯獨(dú)有的環(huán)境也對人臉識別方案提出了諸多限制主要體現(xiàn)在非自然光照、需要活體檢測、多人臉識別及離線環(huán)境等多個(gè)方面。

因此，模擬實(shí)際場景，筆者實(shí)測了市面上多款開放、開源算法,并推薦來自虹軟視覺開放平臺的免費(fèi)人臉識別算法ArcFace SDK，接下來我們就結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景與功能需求進(jìn)行一一分析。

1.滿足離線環(huán)境運(yùn)行和支持多人臉識別

電梯內(nèi)部通常缺乏無線網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)的安裝也存在一定障礙。傳統(tǒng)電梯不需要網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，但公交電梯由于加入了人臉識別功能，如何在無網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)該需求將是方案落地的重點(diǎn)。

目前市場上的人臉識別算法可分為云端API和離線SDK兩大類，API僅提供在線調(diào)用接口，必須聯(lián)網(wǎng)才能使用。而且哪怕是有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，也需要考慮暫時(shí)性的網(wǎng)絡(luò)波動對用戶體驗(yàn)的影響。SDK則完全本地運(yùn)行，可離線使用，不受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境影響，響應(yīng)速度快，而且人臉數(shù)據(jù)儲存在本地，無需與服務(wù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，人臉數(shù)據(jù)的安全性更高。

在公交電梯這一應(yīng)用場景下，筆者認(rèn)為SDK是更好的選擇。而虹軟視覺開放平臺的ArcFace SDK是業(yè)內(nèi)非常知名的離線人臉識別算法，很好地滿足了普通硬件邊緣端計(jì)算推理，擁有人臉檢測、人臉比對、人臉屬性、活體檢測、遮擋下的人臉識別等全棧能力，最大的特點(diǎn)在于可以免費(fèi)商用，而且算法集成簡單高效。

同時(shí)，公交電梯需要同時(shí)檢測全部乘客的人臉，確認(rèn)是否全為本單元業(yè)主并進(jìn)行扣費(fèi)，如果無法同時(shí)檢測多張人臉，就會拖慢啟動速度，進(jìn)而影響乘坐體驗(yàn)。

ArcFace 算法的優(yōu)勢在于通過對算力分配進(jìn)行優(yōu)化平衡，可以在難以感知的極短時(shí)間內(nèi)同時(shí)檢測、識別多張人臉，1:N支持萬人級人臉場景，讓業(yè)主無需額外等待就能乘坐電梯。

2.解決電梯內(nèi)復(fù)雜光照對人臉識別的影響

我們知道，很多人臉識別算法在脫離實(shí)驗(yàn)室環(huán)境后就無法重現(xiàn)高識別率。這一現(xiàn)象的一個(gè)重要原因就是在實(shí)際應(yīng)用中，人臉識別會遭遇逆光、暗光、強(qiáng)光等復(fù)雜光線的干擾，從而出現(xiàn)大量的誤識和拒識，極大的影響產(chǎn)品體驗(yàn)。

事實(shí)上，電梯就是其中的典型場景，一般情況下電梯內(nèi)是無自然光照的，光源主要來源于頂燈，而自上而下的打光會在人臉上形成陰影。因此，在復(fù)雜光線下算法是否依舊有良好的魯棒性，也是我們選擇人臉識別算法時(shí)的重要考慮因素。

在該問題的解決上，最新版本的ArcFace4.0人臉識別算法實(shí)現(xiàn)了較好效果。通過對多項(xiàng)算法模型進(jìn)行了全面升級，ArcFace4.0不僅算法精度顯著提升，在復(fù)雜光照和角度下也有良好表現(xiàn)。實(shí)際測試中，無論在強(qiáng)光、弱光、黑夜、背光下，還是正臉、側(cè)臉等多角度人臉中，ArcFace4.0都能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)及快速人臉識別。

3活體檢測防范假臉攻擊

公交電梯本質(zhì)上是一個(gè)無人值守場景，尤其還涉及支付環(huán)節(jié)，因此防范假臉攻擊的活體檢測是必備的防御手段。目前主流的活體檢測方案分為靜默式和配合式兩種，通行類場景通常只使用靜默式，無需用戶進(jìn)行額外動作，而是直接基于算法甄別紙張照片、屏幕成像、人臉面具等偽造人臉攻擊，速度更快，用戶體驗(yàn)更好。

技術(shù)路線上又分為RGB單目活體、IR雙目紅外活體、3D Depth這三種，防范能力和使用成本成正比。

ArcFace SDK的活體檢測方案是IR雙目紅外活體，既能通過分析采集摩爾紋、成像畸形、反射率等人像破綻，從而獲得多維度的甄別信息，又能基于紅外成像原理抵御了屏幕和紙張照片類成像的攻擊，在平衡成本和防攻擊效果上實(shí)現(xiàn)了較好的均衡，應(yīng)用在公交電梯上是很合適的方案。

早在2016年4月，浙江省建設(shè)廳、發(fā)改委、公安廳等9部門就聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于開展既有住宅加裝電梯試點(diǎn)工作的指導(dǎo)意見》，但實(shí)際執(zhí)行一直存在難題，如今應(yīng)用了人臉識別算法的“公交電梯”為老舊小區(qū)電梯改造提供了全新思路，在廣闊的潛在市場和政策支持下將大有可為。