采用CBIR、Internet和無線通訊技術(shù)的手機(jī)人臉識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

人臉識(shí)別特指利用分析比較人臉視覺特征信息進(jìn)行身份鑒別的計(jì)算機(jī)技術(shù)。它屬于生物特征識(shí)別技術(shù)，是對(duì)生物體（一般特指人）本身的生物特征來區(qū)分生物體個(gè)體。人臉識(shí)別的優(yōu)勢(shì)在于其自然性和不被被測(cè)個(gè)體察覺的特點(diǎn)。 目前，人臉識(shí)別技術(shù)已趨成熟，不同類型的商用系統(tǒng)已投入使用。但是這種技術(shù)也存在一定的不確定性，由于不同個(gè)體之間的區(qū)別不大，所有的人臉的結(jié)構(gòu)都相似，甚至人臉器官的結(jié)構(gòu)外形都很相似。這樣的特點(diǎn) 人臉類似性

對(duì)于利用人臉進(jìn)行定位是有利的，但是對(duì)于利用人臉區(qū)分人類個(gè)體是不利的。針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)融合CBIR技術(shù)與手機(jī)通信技術(shù)的便攜式人臉識(shí)別系統(tǒng)。它不僅具有一般的人臉識(shí)別系統(tǒng)確認(rèn)和查證的功能，而且充分利用了無線通訊的優(yōu)勢(shì)，可被廣泛應(yīng)用在電腦或網(wǎng)絡(luò)安全、訪問控制、門禁和考勤、戶證管理、公安追逃、出入境邊檢、機(jī)場(chǎng)安檢、駕照或護(hù)照等重要證件的身份認(rèn)證等多種不同的安全領(lǐng)域。

1 CBIR技術(shù)

CBIR（Content Based Image RetrievaI）是指直接采用圖像內(nèi)容進(jìn)行圖像信息的查詢，目的是在給定查詢圖像的前提下，依據(jù)其內(nèi)容信息或指定的查詢標(biāo)準(zhǔn)，在圖像數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行內(nèi)容上一致或相似性匹配，最終提供符合查詢條件的相應(yīng)圖像。

1.1 CBIR的基本原理

CBIR一般由圖像標(biāo)引系統(tǒng)和圖像檢索系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。圖像標(biāo)引系統(tǒng)索引圖像文件并按設(shè)計(jì)要求設(shè)置檢索標(biāo)目即檢索點(diǎn)，形成一個(gè)按設(shè)計(jì)功能提供顏色、紋理、形狀和對(duì)象等不同圖像底層視覺特征的檢索入口。

1.2 CBIR的主要檢索內(nèi)容

CBIR的主要檢索內(nèi)容有顏色、紋理、形狀和對(duì)象等。顏色特征包括圖像顏色分布、相互關(guān)系和組成等；紋理是指圖像紋理結(jié)構(gòu)、方向、組合及對(duì)稱關(guān)系等；形狀是指圖像輪廓組成、形狀、大小等；對(duì)象包括圖像子對(duì)象的關(guān)系、數(shù)量、屬性和旋轉(zhuǎn)等。

1.3 CBIR的特點(diǎn)

CBIR可以直接從圖像中抽取特征和語義，檢索過程與語義提取直接相連，使得檢索過程更加有效，適應(yīng)性更強(qiáng)；用相似匹配（Similar Match）代替精確匹配（Exact Match）；用戶可以通過瀏覽選擇示例或自己繪制圖形來查詢，并可不斷改進(jìn)檢索式，細(xì)化檢索過程；提供基于客觀屬性（關(guān)鍵詞）的檢索，基于內(nèi)容的檢索。

1.4 CBIR技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)

在CBIR領(lǐng)域，經(jīng)過十幾年的理論研究，產(chǎn)生了許多比較成熟的算法和一些有價(jià)值的系統(tǒng)?，F(xiàn)普遍采用低層次的圖像信息來實(shí)現(xiàn)圖像內(nèi)容查詢。為進(jìn)一步提高檢索的準(zhǔn)確性，CBIR系統(tǒng)采用相似度算法，計(jì)算用戶提交結(jié)果與索引數(shù)據(jù)庫中記錄的相似度大小，提取出滿足閾值的信息作為結(jié)果并按照相似度降序的方式輸出，并在同一次檢索過程中不斷地與用戶進(jìn)行交互。

2 基于CBIR技術(shù)的Web應(yīng)用實(shí)例

上述“基于CBIR技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)”中的系統(tǒng)主要利用圖像的顏色、紋理、形狀等進(jìn)行相似度比較，多數(shù)是基于圖像的底層視覺特征進(jìn)行檢索的，沒有完整的 Web實(shí)現(xiàn)方案，距離普遍使用相去甚遠(yuǎn)。

該服務(wù)是結(jié)合客戶端的運(yùn)行軟件和服務(wù)器端的處理功能而實(shí)現(xiàn)的?？蛻舳塑浖噪娔X網(wǎng)絡(luò)瀏覽器Firefox和IE的客戶端軟件形式對(duì)外公開。當(dāng)用戶瀏覽網(wǎng)站并顯示含有人物面部圖像的靜態(tài)圖像時(shí)，上述客戶端軟件就會(huì)在人物面部產(chǎn)生一個(gè)小標(biāo)志。點(diǎn)擊該標(biāo)志，就能檢索出面部與該人物類似的圖像。假如該人物的名字已經(jīng)登記到PolarRose數(shù)據(jù)庫，還可確認(rèn)其名字。如果選擇的人物尚未登記名字，用戶還可自行登記名字或更正錯(cuò)誤的名字。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于Internet的普及、CBIR技術(shù)的日趨成熟及其Web實(shí)現(xiàn)方案的成功實(shí)踐，提出CBIR、Internet和無線通訊技術(shù)三位一體的設(shè)計(jì)思想，以實(shí)現(xiàn)一種新型的以手機(jī)為載體的移動(dòng)人臉識(shí)別系統(tǒng)，如圖1所示。

該系統(tǒng)的工作原理和人臉識(shí)別過程如下：用戶通過智能手機(jī)自身的拍照功能對(duì)需要確認(rèn)的人物進(jìn)，行面部特征拍攝，將圖片以手機(jī)短信形式發(fā)送至服務(wù)器，服務(wù)器將其與數(shù)據(jù)庫中存貯的圖像進(jìn)行“基于內(nèi)容的”匹配處理后，再將匹配程度高的圖片信息以短信形式發(fā)送回手機(jī)用戶，用于進(jìn)行人物確認(rèn)。

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行流程

首先建立CBIR技術(shù)支持的人物面部圖像數(shù)據(jù)庫，在人物面部圖像數(shù)據(jù)庫中要對(duì)面部特征進(jìn)行提取和標(biāo)引等有序化處理，進(jìn)而建立存貯面紋編碼的面部特征庫。在此基礎(chǔ)和前提的支持下，用戶將手機(jī)拍攝的圖像通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至服務(wù)器，對(duì)接收到的圖像進(jìn)行面部特征提取，而后在特征庫內(nèi)進(jìn)行匹配檢索，將相似度高的圖片信息用SMS形式回發(fā)至手機(jī)用戶，用于身份確認(rèn)。

3.2 系統(tǒng)開發(fā)工具及運(yùn)行環(huán)境

開發(fā)工具：Microsoft制作發(fā)行的Visual Studio2008 Tearn Suite系統(tǒng)；操作系統(tǒng)：Windows 2003 Serv-er；應(yīng)用服務(wù)器：JRun 4.0，JRun是一款Macromedia公司開發(fā)的Java應(yīng)用服務(wù)器，提供快速可靠的J2EE兼容平臺(tái)，如果希望在Web應(yīng)用中添加服務(wù)器端 Java功能，那么JRun將是最為明智的正確選擇。

3.3 系統(tǒng)模塊說明

（1）數(shù)據(jù)庫

圖像數(shù)據(jù)庫1：利用Spider網(wǎng)絡(luò)蜘蛛程序抓取網(wǎng)頁中的人物圖像及其說明文字存入圖片數(shù)據(jù)庫1，用以彌補(bǔ)專業(yè)圖像庫數(shù)量上的不足。

圖像數(shù)據(jù)庫2：由專業(yè)圖像及其注釋組成，目的是為用戶提供權(quán)威性的解釋。

圖像特征庫1：提取圖像數(shù)據(jù)庫1中的圖像面部特征，將面紋編碼存入圖像特征庫1。

圖像特征庫2：用來存放圖像數(shù)據(jù)庫2中圖像的面紋編碼。

“面紋編碼”是根據(jù)臉部的本質(zhì)特征和形狀來工作的，它可以抵抗光線、皮膚色調(diào)、面部毛發(fā)、發(fā)型、眼鏡、表情和姿態(tài)的變化。

（2）圖像特征提取器

特征向量法是先確定眼虹膜、鼻翼、嘴角等面像五官輪廓的大小、位置、距離等屬性，然后再計(jì)算出它們的幾何特征量，這些特征量形成一描述該面部的特征向量；面紋模板法是在庫中存貯若干標(biāo)準(zhǔn)面像模板或面像器官模板，在進(jìn)行比對(duì)時(shí)，將采樣面像所有像素與庫中所有模板采用歸一化相關(guān)量度量進(jìn)行匹配。

（3）索引器

Index是一個(gè)圖像整序模塊，它對(duì)圖像數(shù)據(jù)庫和圖像特征庫進(jìn)行分類索引。對(duì)圖像數(shù)據(jù)庫進(jìn)行索引是優(yōu)化數(shù)據(jù)庫組織結(jié)構(gòu)和提高系統(tǒng)工作效率的有效方法，實(shí)際上它是對(duì)圖像的面紋編碼進(jìn)行有序化處理，可以有效縮小檢索范圍，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

（4）GUI

圖形用戶界面（Graphical User Interface，簡(jiǎn)稱 GUI）是指采用圖形方式顯示的計(jì)算機(jī)操作用戶界面。與早期計(jì)算機(jī)使用的命令行界面相比，圖形界面對(duì)于用戶來說在視覺上更易于接受。這種面向客戶的系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的目的是優(yōu)化產(chǎn)品的性能，使操作更人性化，減輕使用者的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，使其更適合用戶的操作需求，本系統(tǒng)的GUI主要涉及網(wǎng)絡(luò)查詢部分和手機(jī)部分。

（5）主要接口

手機(jī)通過基站與系統(tǒng)服務(wù)器的連接，主要通過CMPP或SGIP協(xié)議實(shí)現(xiàn)。CMPP和SGIP（在CD-MA上是ETIP）協(xié)議分別是解決中國移動(dòng)和中國聯(lián)通提供的短消息互聯(lián)網(wǎng)接人方案，它們規(guī)定信息資源站實(shí)體與互聯(lián)網(wǎng)短信息網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用層接口協(xié)議。CMPP和SGIP可以為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)提供服務(wù)。

4 結(jié) 語

本文所述人臉識(shí)別系統(tǒng)成功地融合并應(yīng)用了CBIR技術(shù)、Internet技術(shù)和手機(jī)通信等現(xiàn)有的技術(shù)成果，其獨(dú)創(chuàng)性在于將短信息服務(wù)與手機(jī)拍照功能和基于 CBIR技術(shù)的Web識(shí)別系統(tǒng)有機(jī)地容為一體，這樣的一種具有很大的人性化的系統(tǒng)即保證了社會(huì)的安全，也對(duì)于檢驗(yàn)者有著保護(hù)隱私的作用，在CBIR技術(shù)提供了更大的應(yīng)用空間。