在近期的IEEE計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用冬季會(huì)議上， 美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和一系列算法，能夠在黑夜中進(jìn)行人臉識(shí)別。目前，該技術(shù)的識(shí)別準(zhǔn)確率超過了80%。

　　人臉識(shí)別我們已經(jīng)不陌生，從手機(jī)上的面部解鎖，到機(jī)場(chǎng)使用的掃臉登機(jī)系統(tǒng)，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)開始慢慢進(jìn)入到人們的日常生活中，同時(shí)，人臉識(shí)別技術(shù)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(wù)眼鏡據(jù)稱已經(jīng)配備面部識(shí)別功能，并幫助警方抓獲七名嫌犯。

　　人臉識(shí)別從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，大致要經(jīng)過幾個(gè)流程，首先要獲取圖像，然后對(duì)圖像中的特征進(jìn)行提取，再將待識(shí)別人臉?biāo)崛〉奶卣髋c數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有圖像進(jìn)行匹配，以回答“這是誰(shuí)”的問題。這個(gè)過程在白天光照充足的情況下，運(yùn)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(shí)別變得困難。

　　利用普通攝像頭，無(wú)法獲取人臉信息，在夜間只能利用紅外成像技術(shù)，獲取紅外圖像。但是由于成像方式不同，使得同一個(gè)人的可見光圖像和紅外圖像存在很多差異，如何實(shí)現(xiàn)紅外人臉圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的可見光圖像比對(duì)與驗(yàn)證?這是美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室希望解決的問題，解決了這個(gè)問題就可以實(shí)現(xiàn)7×24小時(shí)，不受光線影響的進(jìn)行人臉識(shí)別，對(duì)在逃嫌疑人進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

　　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(jìn)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(hào)源，避免熱成像儀的偵察。紅外熱成像，根據(jù)熱力學(xué)零度以上一切物體都在發(fā)射紅外線的原理，通過感應(yīng)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(cè)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(guó)軍方的夜視儀幾乎都應(yīng)用了紅外熱成像技術(shù)。目前，紅外熱成像設(shè)備已經(jīng)被廣泛的部署在美國(guó)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(jī)已經(jīng)成為可穿戴式設(shè)備。

　　利用這些紅外成像設(shè)備，在夜間進(jìn)行自動(dòng)化人臉識(shí)別，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控名單中的可疑人員，進(jìn)行抓捕，是美國(guó)軍方的切實(shí)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(xì)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(duì)難度較大。

　　美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)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(luò)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(luò)從整體和局部提取特征，接下來(lái)，從提取出的特征中預(yù)估對(duì)應(yīng)的可見光圖像。最終，通過局部和全局的優(yōu)化，產(chǎn)生一個(gè)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(lái)更像是一幅“素描”。

　　運(yùn)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識(shí)別流程

　　通過這幅“素描”是不是真的可以與數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖像進(jìn)行比對(duì)和驗(yàn)證呢?研究人員選取了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，其中包含來(lái)自60個(gè)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(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其它30人的圖像用于驗(yàn)證，結(jié)果表明，采用了這種方法后，人臉識(shí)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(jìn)行識(shí)別，因此并不需要對(duì)原來(lái)已經(jīng)存在的人臉識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行定制化改造，也不需要軟硬件的更新?lián)Q代。

　　在美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)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(shí)別人臉數(shù)據(jù)庫(kù)僅包含可見光面部圖像，我們所研發(fā)的技術(shù)可以在紅外面部圖像與現(xiàn)有生物識(shí)別人臉數(shù)據(jù)庫(kù)之間進(jìn)行匹配。”

　　在今年3月份舉行的IEEE計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用冬季會(huì)議上， 美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員介紹了此項(xiàng)技術(shù)的詳細(xì)內(nèi)容，并利用紅外熱成像相機(jī)和運(yùn)行算法的筆記本電腦進(jìn)行了實(shí)時(shí)演示，向人們展示了由一個(gè)人的紅外面部圖像產(chǎn)生一個(gè)合成的可視化圖像的過程。該項(xiàng)研究獲得了此次會(huì)議的最佳論文獎(jiǎng)。

　　7×24 全年無(wú)休

　　不過這項(xiàng)技術(shù)如果要進(jìn)入使用階段，還需要繼續(xù)提高準(zhǔn)確度，目前在普通情況下，國(guó)際權(quán)威人臉識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)試的準(zhǔn)確率已經(jīng)突破了99%，相比而言，這項(xiàng)技術(shù)所達(dá)到的80%的準(zhǔn)確率還很難進(jìn)入實(shí)用階段。

　　而一旦該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)入實(shí)用，將擴(kuò)大人臉識(shí)別的適用范圍，并且提高人臉識(shí)別系統(tǒng)的性能。目前限制人臉識(shí)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(duì)人臉識(shí)別的影響，在可見光人臉識(shí)別方法中研究和采用了各種補(bǔ)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(bǔ)償措施，很多研究表明，環(huán)境光照的變化對(duì)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(shí)別相比，人臉的姿態(tài)和人是否化妝對(duì)紅外人臉圖像的影響也相對(duì)較小。

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

　　穿墻而過?

　　美國(guó)媒體據(jù)此報(bào)道，這種技術(shù)未來(lái)將實(shí)現(xiàn)從室外，穿過墻的阻隔，對(duì)室內(nèi)的人們進(jìn)行拍照和識(shí)別，由此帶來(lái)隱私等方面的擔(dān)憂。

　　這種擔(dān)心其實(shí)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(duì)人臉進(jìn)行識(shí)別，一個(gè)小小的眼鏡都可能影響到識(shí)別的效果，有研究表示，紅外線對(duì)玻璃的透射性較差，對(duì)戴眼鏡的人臉并不容易識(shí)別。而一件厚衣服就可以阻隔紅外熱成像，更不用說(shuō)完全不透光的墻壁了。