2022新思科技科普類短視頻欄目《了不起的芯片》全新上線!新思科技一直致力于打造“人人都能懂”的行業(yè)科普視頻,傳播更多芯片相關(guān)小知識(shí),解答各類科技小問(wèn)題。每周3分鐘,多一些“芯”知識(shí)。
這一期,我們聊一聊人臉識(shí)別的那些事兒。
▲點(diǎn)擊觀看視頻作為目前主流身份認(rèn)證方式之一的人臉識(shí)別,伴隨著智能手機(jī),進(jìn)入到了許多人的日常生活中。然而,疫情來(lái)臨后,口罩也成為無(wú)法缺少的必備品,就連科技發(fā)展,也不可避免將其裹挾其中。最近,甚至有手機(jī)商開始拓展出了戴著口罩進(jìn)行識(shí)別的功能。 但戴著口罩進(jìn)行的人臉識(shí)別是否還依舊準(zhǔn)確?讓我們先來(lái)了解一下人臉識(shí)別的原理。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),人臉識(shí)別可分為四個(gè)部分:圖像采集、圖像預(yù)處理、特征提取和匹配。 首先,攝像頭采集系統(tǒng)識(shí)別范圍內(nèi)的圖像,并通過(guò)光線補(bǔ)償、灰度校正、噪聲過(guò)濾等方法進(jìn)行自動(dòng)圖像修正。隨后圖像被提交到預(yù)識(shí)別單元,在這里,一些專用的快速算法會(huì)檢測(cè)圖像中是否有人臉,并提取圖像中的人臉。如果有需要,這一步還會(huì)進(jìn)行活體檢測(cè)(所以手機(jī)解鎖是不能用照片蒙混過(guò)關(guān)的)。 隨后,圖像處理算法對(duì)修正過(guò)的人臉圖像提取特征。傳統(tǒng)的識(shí)別方式會(huì)采用平面識(shí)別構(gòu)建二維人臉數(shù)據(jù),目前最新的方式則是立體識(shí)別,在這一步的算法也會(huì)吃進(jìn)其他傳感器獲得的信息。無(wú)論使用哪種算法,最終提取到的特征就是一串簡(jiǎn)短的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)會(huì)把這簡(jiǎn)短的數(shù)據(jù)提交給下一級(jí)進(jìn)行匹配。有些算力強(qiáng)大的設(shè)備自己就能做匹配,另一些設(shè)備則通過(guò)安全通路把這段數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。 最后,系統(tǒng)會(huì)將提取到的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配。進(jìn)行匹配的方法就是進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算,看看提取到的特征數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中已有數(shù)據(jù)的“相似度”。通常系統(tǒng)會(huì)設(shè)定一個(gè)閾值,當(dāng)相似度超過(guò)這一閾值,就能得到匹配的結(jié)果。 可以說(shuō),特征點(diǎn)決定了匹配結(jié)果,因此,人臉識(shí)別的關(guān)鍵點(diǎn)就在于提取到的特征點(diǎn)。戴口罩的時(shí)候也是一樣,系統(tǒng)通過(guò)采集人臉特征點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別,只不過(guò)能夠采集的面部信息有限,識(shí)別算法需要更加“努力”地使用沒(méi)有被口罩遮蔽的部分,主要就是眼睛以及一部分鼻子附近的特征。精確度自然是無(wú)法與全臉識(shí)別的精確度相比的。要想提高準(zhǔn)確度,除了改善采集時(shí)的物理環(huán)境,就只能在特征提取的時(shí)候下功夫。 當(dāng)然,由于特征提取方式的不同,改善措施也會(huì)有相應(yīng)調(diào)整。 對(duì)于平面識(shí)別系統(tǒng)而言,為了盡量采集剩余人臉的特征,需要攝像頭有較高的分辨率。在算法方面,疫情開始不久后,算法科學(xué)家們就已經(jīng)開始集中攻克“識(shí)別戴口罩的人臉”這一難題,通過(guò)專門設(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及針對(duì)口罩遮蔽的訓(xùn)練方法,已經(jīng)能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題。(Loey M, Manogaran G, Taha M H N, et al. A hybrid deep transfer learning model with machine learning methods for face mask detection in the era of the COVID-19 pandemic[J]. Measurement, 2021, 167: 108288.)
上圖:一種針對(duì)口罩遮蔽的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,在通用圖像識(shí)別網(wǎng)絡(luò)(Resnet50)的基礎(chǔ)上對(duì)分類操作進(jìn)行增強(qiáng)。 對(duì)于立體識(shí)別系統(tǒng)而言,由于深度方向上的傳感器本來(lái)就采集了比平面之外的“額外信息”,因此對(duì)設(shè)備升級(jí)的要求不高。例如同一款智能手機(jī),只需要進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí),更新軟件,就具備了口罩識(shí)別解鎖的能力。 總體來(lái)看,戴口罩時(shí)人臉識(shí)別的準(zhǔn)確度目前是無(wú)法超越正常人臉識(shí)別的,而要想改善這一情況,或是專心升科技,或是砸錢買裝備。我們也期待未來(lái)某一天,虹膜識(shí)別等技術(shù)能夠得到大規(guī)模的應(yīng)用,到那時(shí),或許就算戴著口罩,也能百分百認(rèn)證成功了!
原文標(biāo)題:【了不起的芯片】人臉識(shí)別:我不只看臉
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