三维人脸识别系统在监狱出入口管理系统中的应用教程.doc

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1、三维人脸识别系统在监狱出入口管理系统中的应用【摘要】为切实增强监狱监管区的进出控制和保障监狱的安全管理，本文提出了一种以三维人脸识别系统为应用基础的监管区出入口管理系统。由于三维模型比二维图像含有更丰富的信息，所以识别精度得到很大提高，同时，GA-FRS-H1型三维人脸识别系统采用了先进的匹配检索算法，在提高识别精度的同时亦保证了识别的快速性。自主开发的监狱出入口管理软件系统将三种鉴别信息（即三维人脸模型信息、身份证信息和二维彩色人脸照片信息）匹配、绑定起来存于后台数据库中，方便识别和查阅。该出入口管理系统的应用将有利于进出监狱人员的规范有效管理，保障监狱安全。【关键词】三维人脸识别

2、监狱出入口管理系统　　引言　　监狱是国家的刑罚执行机关，也是关押罪犯的主要场所。由于其本身的特殊性，对安全管理有着特殊的要求。监狱AB门是进出监狱监管区的必经之地，必须进行严密监管。传统的AB门进出都是采用IC卡与值班干警肉眼识别相结合的方法，这种方法存在一定的弊端，值班人员夜间疲劳、值班人员责任心等各种因素均很大程度上影响着监狱监管安全[1]。监狱外来人员繁多、成分复杂，传统的人工管控方式逐渐满足不了监狱的高安全性要求，所以采用新的现代化技术防范手段对提升AB门的监管力度有着重大而深远的意义。　　近年来，生物识别技术得到了越来越多人的认同。由于每个人的生物特征与他人相比，具有在一定

3、时期内不变的稳定性和唯一性，不易进行伪造和假冒，所以利用生物识别技术进行身份认定更安全、准确、可靠。作为人类生物特征中最重要的一种，人脸反映了很多人类个体重要的信息，是人们区分不同个体最直接的辨别对象，因而人脸识别自出现以来就受到了研究人员的高度重视，目前已成为基于生物特征识别技术的身份认证中最主要的方法之一[2]。人脸识别以非接触的方式获取识别对象的人脸图像，成功获取人脸图像后，计算机自动将其与数据库图像比对，完成识别过程。与其他生物特征识别技术相比，人脸识别技术具有主动性、非侵犯性和隐蔽性等许多优点，因此更加适用于各种安全防卫工作[3]。在这种背景下，采用先进的人脸识别技术，针对

4、监狱高安全级别单位，推出监狱人脸识别出入口管理解决方案，有效控制进出人员的真实身份，具有重要意义[4]。　　二维人脸识别起步较早，并已经取得了巨大的成功，目前已在多个领域使用[5]。然而，二维人脸识别也存在着一些缺陷，主要有以下几点[6-9]：①光照：光照强度的变化和光照不均匀都会对二维成像带来影响。②脸部姿态和表情：人的脸部姿态和表情的变化是影响人脸识别的主要因素。③遮挡物：眼镜、接听电话等面部遮挡物会显著增大二维人脸图像辨识的难度。由于上述原因，二维人脸识别技术的易用性和可靠性大为降低，三维人脸识别也正是在这种形势下提出的。三维人脸数据的优点在于带有人脸的原始几何信息，不受光照和

5、表情等因素的影响[10]。目前，三维人脸识别已经成为了国际人脸识别领域研究的热点。　　一、国安光电GA-FRS-H1型三维人脸识别系统　　三维人脸识别是指将采集获得的待识别对象的脸部三维形状数据作为识别依据，与库中已知身份的脸部三维形状数据进行匹配，然后得出待识别对象身份的过程[11]。三维人脸识别流程可以抽象成四个模块，如图1所示。图1三维人脸识别流程　　1.数据获取模块　　数据获取模块主要是获取三维人脸数据，并对应人脸识别单元。人脸识别单元本质上是一台近红外结构光三维扫描仪，扫描仪投射出结构光束，照射到人脸表面，由于人脸的凸凹不平而产生相应畸变，这些畸变后的光束再反射回扫描仪。三

6、维人脸扫描仪会准确记录下这些畸变，将其转换成三维点云数据，传递到数据处理模块。　　2.数据处理模块　　数据处理模块对数据进行去噪处理，采用基于点云数据的三角曲面插值理论和方法，对采集到的点云数据进行曲面拟合和优化重构，并进行光滑和优化处理，以及人脸切割及姿态归一化等步骤，得到三维人脸模型。　　3.特征提取模块　　特征提取模块主要提取脸部的特征信息，提取原则为信息尽量从人脸刚性部位（鼻梁、额头、下巴、眼角等）提取，因此首先提取脸部的特征点(内眼角，鼻尖，鼻根等)，在此基础上提取出四条特征线，分别为过对称面的侧影线、眼睛下侧的水平曲线、鼻尖区域曲线以及嘴唇中间水平曲线，如图2所示。由于面

7、部特征是通过空间曲线信息构成的，对光线的依赖自然就消失了。在几乎没有光线的情况下仍然正常工作。图2脸部曲线特征信息　　4.检索识别模块　　检索识别模块将获取的三维脸模同三维人脸模型库中的脸模比对、识别，在这一模块中，良好的寻优算法是决定系统工作快速性的关键。　　二、监狱三维人脸识别出入口管理系统需求　　监狱作为一个高安全的特殊区域，门的控制和管理至关重要。为规范监狱AB门进出，一般可以将进出监狱监管区的人员分成四种：服刑人员的家属和朋友、车辆驾驶员、公安干