人臉識別發展史

人臉識別是指利用分析比較人臉視覺特徵信息進行身份鑒別的計算機技術，其可以定義為：輸入查詢場景中的靜圖像或者視頻，使用人臉資料庫識別或驗證場景中的一個人或者多個人，通常也被稱為面部識別、人像識別。人臉識別技術擁有一個不算漫長的歷史，該技術研究最早可追溯到 19 世紀法國人Galton的工作。現代研究始於20世紀60年代末70年代初，並隨著科學技術而發展。自90年代以來一直是研究熱點，各種演算法層出不窮，相關雜誌上發表的有關論文數以千計。

國內在這方面的研究起步於20世紀80年代，受到了國家 863計劃的大力扶持，發展很快。2000年以來，每年一屆的「中國生物識別學術會議」極大地推動了包括人臉識別在內的生物識別技術水平的發展。

從技術角度來說，人臉識別經歷了三大階段：

第一階段（1950s-1980s），人臉識別被當作一個一般性的模式識別問題，主流技術基於人臉的幾何結構特徵。

第二階段（1990s），人臉識別迅速發展，出現了很多經典的方法，例如Eigen Face, Fisher Face和彈性圖匹配，此時主流的技術路線為人臉表觀建模。

第三階段（1990s末期到現在），人臉識別的研究不斷深入，研究者開始關注面向真實條件的人臉識別問題。

主要包括以下四個方面的研究：1）提出不同的人臉空間模型，包括以線性判別分析為代表的線性建模方法，以Kernel方法為代表的非線性建模方法和基於3D信息的3D人臉識別方法。2）深入分析和研究影響人臉識別的因素，包括光照不變人臉識別、姿態不變人臉識別和表情不變人臉識別等。3）利用新的特徵表示，包括局部描述子（Gabor Face, LBP Face等）和深度學習方法。4）利用新的數據源，例如基於視頻的人臉識別和基於素描、近紅外圖像的人臉識別。

人臉識別技術的難點

雖然人臉識別技術經歷了較長的研究階段，但至今還是被認為是生物特徵識別技術中較為困難的研究課題之一，其原因在於： 1.背景環境的複雜多樣

在進行人臉識別前需要先對監控場景中的人臉進行定位，即人臉檢測。人臉檢測的正確與否直接影響人臉識別性能。當監控場景的背景較為複雜時，人臉檢測率也會隨之降低，因此能夠適應複雜背景環境的人臉檢測演算法是人臉識別技術的難點之一。 2.光照條件的複雜多變

在智能視頻監控系統的實際應用中，會由於監控環境光線的變化造成檢測到的人臉圖像存在不同的陰暗變化，如圖1所示。FRVT2006測試表明，不同光照條件下人臉識別雖然在性能上比FRVT2002有顯著提高，但是還沒在根本上克服光照對識別率的影響。

圖：光線變化對採集到的人臉影響示意圖 3.人臉表情的多樣性

在實際應用過程中，人臉的表情隨時都可能發生變化。下圖給出了部分表情變化的人臉圖像。從下圖可以看出，當人的表情發生變化時，可能會引起人臉輪廓以及紋理的變化，同時由於面部肌肉的牽引，面部的特徵點的位置也會隨之改變。不同的表情引起面部的變化都不同，此外，不同的人的相同表情影響也不相同，因此很難用統一的標準來精確劃分各種表情對不同人的影響。

圖：人臉表情變化多樣性示意圖 4.採集人臉的角度多樣性

人臉的角度多樣性主要是指由於拍攝角度的不同導致檢測到的人臉圖像的旋轉，包括平面旋轉和深度旋轉。圖3列出了部分不同角度拍攝的人臉圖像。從下圖可以看出，與表情變化對人臉圖像的影響相同，拍攝角度的變化同樣會導致人臉輪廓的變化，除此之外，由於角度的變化，可能會導致人臉的部分特徵無法被正確提取，進一步導致人臉的錯誤識別。

圖：採集人臉的角度多樣性示意圖 5.遮擋問題 即使是非人為故意遮擋，在實際應用時檢測到的人臉圖像也經常會出現如帽子、眼鏡等遮擋物，除了這些，鬍子以及劉海的變化也直接影響人臉的特徵提取。當人臉圖像發生遮擋時，人臉的很多信息會丟失，導致人臉識別演算法出錯或失效。

傳統人臉識別系統的步驟

人臉識別系統主要包括四個組成部分：人臉圖像檢測、人臉識別預處理、人臉特徵提取以及特徵匹配與識別。 1.人臉圖像檢測

人臉圖像檢測是人臉識別過程的關鍵環節之一。人臉檢測是指對於任意一幅給定的圖像，採用一定的策略對其進行搜索以確定其中是否含有人臉，如果有，則返回檢測到的人臉圖像的位置、大小以及姿態。人臉檢測主要利用人臉圖像的直方圖特徵、顏色特徵、模板特徵、結構特徵以及haar特徵等。 2.人臉圖像預處理

預處理是指在進行人臉識別前，為了提高識別率，通過圖像處理技術對檢測得到的人臉圖像進行的一系列圖像質量提高。這些處理主要包括灰度校正、雜訊過濾、光線補償、直方圖均衡化、歸一化等。 3.人臉特徵提取

人臉特徵提取是對人臉進行特徵建模的過程，提取方法主要分為兩大類：基於知識的表徵方法和基於代數特徵或統計學習的表徵方法。目前人臉識別技術中使用的人臉特徵主要包括視覺特徵、人臉圖像變換係數特徵，人臉圖像代數特徵等。其中基於知識的表徵方法主要是根據人臉五官的形狀描述以及它們之間的距離特性來獲得有助於人臉分類的特徵數據，其特徵分量通常是使用特徵點間的歐幾里得距離、曲率或角度等。基於幾何特徵的表徵方法是指利用人臉五官之間的結構關係的幾何描述進行人臉表徵的方法。 4.人臉匹配與識別 匹配與識別是指利用上一步提取到的人臉特徵，與樣本庫中存儲的特徵模板進行搜索匹配，在這個過程中，需要預先定義一個閾值，當相似度超過該閾值，則輸出匹配結果。

手機人臉識別產業鏈

人臉識別方法大致可以分為兩類：基於2D人臉圖像的人臉識別和基於3D人臉圖像的人臉識別。其中2D人臉識別是通過2D攝像頭平面成像，無法接收物理世界中的第三位信息（尺寸和距離等幾何數據），即使演算法及軟體再先進，在有限的信息接收狀態下，，安全級別終究不夠高，通過照片//視頻/化妝/人皮面具等方式可以很容易進行破解，無法滿足智能手機安全級別的需求。

3D人臉識別則是通過3D攝像頭立體成像，能夠識別視野內空間每個點位的三維坐標信息，從而使得計算機得到空間的3D數據並能夠復原完整的三維世界，並實現各種智能的三維定位。簡單的說就是機器獲取的信息多了，分析判斷的準確性有了極大的提升，人臉識別功能可以分辨出平面圖像/視頻/化妝/皮面具/雙胞胎等狀態，適合金融領域和智能手機等安全級別要求高的應用場景。

1、三種主流的3D成像技術

（1）結構光（Structured Light）：結構光投射特定的光信息到物體表面後，由攝像頭採集。根據物體造成的光信號的變化來計算物體的位置和深度等信息，進而復原整個三維空間。

（2）TOF（Time Of Flight，飛行時間）：通過專有感測器，捕捉近紅外光從發射到接收的飛行時間，判斷物體距離。

（3）雙目測距（Stereo System）：利用雙攝像頭拍攝物體，再通過三角形原理計算物體距離。

在這三種技術當中，哪種技術更適合智能手機的應用呢？

由上圖可知，三種技術當中只有雙目視覺不適合昏暗環境使用，也就是說我們的智能手機在夜間無法實現人臉識別解鎖，首先就被排除了。

下面再來看看TOF技術和結構光技術。

TOF技術具有響應時間更快，抗光照表現尚可，深度信息精確度高、識別距離遠等優勢，但是其也有著解析度低、成本高、功耗高、模塊太大的劣勢。

而結構光技術優勢則在於低光下表現良好，解析度更高，成本、功耗適中，主要缺點是易受陽光影響，識別距離短，相應時間稍慢的缺點。

不過就應用於智能手機上的人臉識別功能，結構光技術應該是要比TOF技術更有優勢。因為通過智能手機的前置3D系統來進行面部識別這種應用場景本身識別的距離就很近，所以不存在需要支持更遠的識別距離的問題。另外結構光相比TOF技術，短距離的精度更高，也更適合用在手機前置攝像頭上。而且其解析度、相應時間已經足以應對手機端面部識別的需求（採用TOF技術的Project Tango手機是後置3D系統，其作用也不是主要用於面部識別）。

另外，就兩種技術所產生的深度圖來看，TOF深度圖會存在多重反射產生的噪音、邊緣精細度過低、時域濾波導致滯後等問題。而結構光的深度圖則只有邊界線清晰度略低的問題。最後，由於是用在智能手機這樣的消費類移動設備上，所以成本、功耗也都是需要考慮的因素。

所以總的來說，如果是手機前置3D面部識別系統，結構光技術相比TOF技術更具優勢。傳聞蘋果iPhone 8的3D面部識別系統將會採用結構光技術。

國內人臉識別技術廠商

目前，國際巨頭Apple、Microsoft、Facebook/Oculus、Intel、Google等早已瞄準3D成像人臉識別技術，近年來收購了十數家這個領域的創業公司並且勢頭不減。過可惜的是，上述大公司無一例外都在為自己的產品構建核心技術門檻，為內部生態服務，至少目前不會致力於成為深度感測器和技術服務的專業供應商。

不過可以看到這一技術的研究和開發多為國外公司，國內計算視覺方面的公司或創業團隊屈指可數，技術上的壁壘相當大。

1. 曠視科技

這家公司最近可謂是風頭正盛，支付寶的刷臉支付應用以及小米最新發布的note 3人臉識別解鎖功能都是選用了曠視科技的人臉識別方案。據悉，Note 3 的整個刷臉解鎖過程只需 500 毫秒，這種非接觸式的解鎖方式從體感上更是快過指紋解鎖。曠視科技全名叫做北京曠視科技有限公司，其代表產品為Face++，是新一代雲端視覺服務平台，提供一整套世界領先的人臉檢測、人臉識別、面部分析的視覺技術服務。

曠視科技的團隊很年輕、很極客范，基本上是一群85後。公司三位創始人都來自於清華大學，其中一位創始人印奇擁有美國哥倫比亞大學3D相機方向博士學位背景，他曾在微軟亞洲研究院工作過四年時間，研發出了微軟當時核心的人臉識別系統，最後被廣泛應用在微軟Xbox和Bing等產品中。，Face++在人臉檢測FDDB評測、人臉關鍵點定位300-W評測和人臉識別LFW評測上，接連拿下了這三項的世界第一。其中尤為值得一提的是，在最重要的互聯網圖片人臉識別（Face recognition）LFW中，Face++團隊更是力壓Facebook人臉團隊，在極難識別的互聯網新聞圖片上，獲得了97.27%的準確率。

如今，曠視(Face++已經把人臉識別技術滲透到金融、安防、保險、零售、地產、共享出行等各行各業當中，其中也包括手機產業。服務客戶包括360搜索、世紀佳緣、美圖秀秀、美顏相機、聯想、神州智聯等。

2、雲從科技

雲從科技創辦於2015年4月，是一家從中科院重慶研究院孵化的專註於計算機視覺與人工智慧的企業。創始人周曦，本科和研究生畢業於中國科學技術大學，隨後到美國伊利利諾伊大學（UIUC）攻讀博士，師從被譽為「計算機視覺之父」的Thomas Huang（黃煦濤）教授，在 2007-2011 年期間，帶領UIUC團隊六次斬獲世界模式識別大賽冠軍。

成立2年來，雲從科技已經獲得兩輪融資（全部為人民幣架構），天使輪融資6000萬元，A輪融資近2億元。2016年銷售額近億元，2017年上半年就銷售過億元。

雲從的客戶已經有上百家，客戶群體主要集中在金融、公安和商業。截至目前，雲從科技在銀行市場佔有率達到一半以上，核心原因是其拿下了國內60%的總行訂單。

3、奧比中光

奧比中光是人臉識別技術的硬體提供商，代表產品為3D結構攝像頭。這家公司來頭也不小，由手機晶元廠商台灣聯發科投資，奧比中光的相關人士表示，目前全球能量產結構光方案3D攝像頭的，只有四家公司：蘋果，英特爾，微軟以及奧比中光。

作為2014年深圳市孔雀計劃第一名，奧比中光所推出的3D深度攝像頭Astra、Astra Pro、Astra mini早在2015年已經完成量產，並在2016年獲得聯發科的戰略入股。可實現人臉識別、手勢識別、人體骨架識別、三維測量、環境感知、避障、跟隨、三維地圖重建等數十項功能，可廣泛運用於電視、手機、機器人、無人機、VR/AR、智能家居安防、汽車駕駛輔助等領據悉，支付寶人臉支付的硬體採用的便是奧比中光的產品。

4、科大訊飛

據官方資料介紹， 科大訊飛股份有限公司成立於1999年，是一家專業從事智能語音及語言技術、人工智慧技術研究，軟體及晶元產品開發，語音信息服務及電子政務系統集成的國家級骨幹軟體企業。2008年，科大訊飛在深圳證券交易所掛牌上市，股票代碼：002230。

雖說是國內十大人臉識別技術，不過小編查詢官網中的「核心技術」一欄，並沒有找到關於人臉識別。

不過在2014年12月21日，深圳舉行的訊飛人臉識別發布會上，香港中文大學湯曉鷗教授表示：「科大訊飛聯手香港中文大學多媒體實驗室，已經基於最新的技術突破製作出完整的一套人臉圖像處理系統SDK,包括人臉檢測，人臉關鍵點對準，人臉識別，表情識別，性別識別，年齡估計等各種基礎技術包，全力助推刷臉時代到來。」有資料顯示，科大訊飛將在今年9月份推出人臉識別。

5、漢王科技

據官方介紹，漢王科技股份有限公司成立於1998年，是全球文字識別技術與智能交互產品引領者，多年來，通過不斷自主創新，在手寫識別、光學字元識別(OCR)、筆跡輸入等領域擁有多項具有自主知識產權的核心技術，綜合技術水平在國內外均處於領先地位，手寫漢字識別獲得國家科技進步一等獎，OCR獲得國家科技進步二等獎。

據資料顯示，漢王科技於2008年就已開發出全球第一款嵌入式人臉識別機。2014上半年，將人臉識別安檢系統產品安裝在了天安門城樓上。

不久前漢王科技披露：公司的人臉識別系統正在積極拓展與地方政府及鐵路局的合作，配合當地政府實現在社區、酒店、火車站等場所對人臉識別需求的實現。去年央視《新聞聯播》對銀川市政府應用生物識別技術打造智慧政務平台進行了專題報道，該項目中所使用的人臉識別技術，正是由漢王科技所提供。今年5月，杭州市國稅局實現人臉生物識別比對技術開展「刷臉」辦稅，幕後助力者仍是漢王。

技術授權方面，漢王已經和華碩、海爾、長虹、海信、平安銀行等多家企業簽署技術授權合同，將人臉識別技術推廣應用到了智能家電、筆記本、移動終端等應用平台。

6、歐比特

早在2014年8月份，歐比特就停牌發布公告，公司擬通過發行股份及支付現金作價5.25億元購買廣東鉑亞信息技術股份有限公司100%股權。其中鉑亞信息的業務主要圍繞人臉識別和智能視頻分析兩大核心技術開發產品和提供服務。核心競爭力主要在人臉識別領域，是大規模靜態人臉比對和動態視頻人臉識別領域的領先企業之一。

歐比特藉此進入人臉識別安防領域。

據資料顯示，鉑亞信息安防智能集成類產品實現營業收入10648.47萬元（+47.88%），佔到總營業收入的67%。鉑亞信息在上半年繼續完善核心演算法，提升人臉識別與智能視頻分析技術，參與了「智慧荊門」智慧交通項目。鉑亞信息成了歐比特一顆金鑰匙。

7、川大智勝

川大智勝在2013年11月獲得國家重大項目「高速高精度結構光三維測量儀器開發與應用」，主要研發三維人臉測量儀器、三維人像識別軟體、三維測量儀器、可視化場景三維測量儀器等，並於2015年2月定增募集資金加碼三維人臉識別項目,投入資金為1.76億元。

川大智勝前不久在接受機構調研時透露，在人臉識別方面，公司已啟動首批十多種應用產品的開發，預計下半年或明年初投入市場。

據介紹，目前公司的人臉識別產品主要針對公共安全等領域，處在示範階段，暫未形成正式訂單。在運營模式方面，公司的人臉識別產品更多是以產品模式來做，但在某些重點行業，剛開始以項目方式做示範應用系統。

8、航天信息

據官方資料顯示，航天信息股份有限公司是由中國航天科工集團公司控股、以信息安全為核心技術的IT行業高新技術國有上市公司，於2000年11月1日成立，2003年7月11日在A股市場成功掛牌上市（SHA：600271），是中國IT行業最具影響力的上市公司之一。

在人臉識別技術方面，航天信息承擔了國家重點科技攻關項目中的人臉識別技術課題。北京航天金盾科技有限公司聯合清華大學丁曉青團隊展開合作，為公安部提供人臉識別檢索方面的技術服務。在分析、吸收國外先進人臉識別技術的基礎上，目前已成功研發了人像比對綜合應用系統（TH-IDvs）。運用TH-IDvs視頻監控人臉識別技術，公安部門只需將某省或某市當前戶籍與身份證的照片進行兩兩比對，就能找出「同證不同人」、「同人不同證」等非法戶籍身份。

9、高新興

資料顯示，高新興科技集團股份有限公司（簡稱「高新興」）是國內智慧城市建設運營商，成立於1997年，註冊資金18402萬，2010年上市。高新興以平安城市、智慧交通、通信監控、金融安防、移動物聯五大核心業務。

在高新興有關主管接受媒體的一次採訪中表示，公司的人臉識別的應用有巡邏機器人、視頻結構化平台、門崗一體機設備、動態人臉布控系統。目前在商業大廈、武警支隊、廣州火車站進行人臉識別系統上都有部署。

10、賽為智能

據官方資料顯示，深圳市賽為智能股份有限公司成立於1997年，2010年1月在深圳證券交易所上市，是專業的智慧城市投資、建設、運營綜合服務商。公司致力於智慧城市頂層設計、大數據分析，擅於提供智慧交通、智慧建築、智慧醫療、智慧教育、智慧農業、智慧數據中心等行業整體解決方案，企業實力位居國內行業前列。

賽為智能在一次兩年前的採訪中表示，公司研發的人臉識別技術主要應用於公共安全方面，是1:N的比對。如要將該技術應用於實名認證1:1比對，可在我們原有的人臉識別庫上增加針對1:1的實名認證應用即可，可以根據市場需求進行應用層系統的開發。公司人臉識別支付在技術上沒有問題，但是現在還沒有改造到民用的層次。人臉識別要求攝像頭的精度很高，導致成本很高，仍要繼續調研立項。目前高清的相機主要通過外部採購。

目前，賽為智能研發項目人臉識別產品已驗收結項，將有效提高公司現有集成項目的盈利水平。

11、漢鼎股份

漢鼎股份是中國領軍的智慧城市綜合服務商，將互聯網基因和金融基因融入到智慧城市產業中是漢鼎最大的經營特色。互聯網金融和互聯網生活兩大生態圈強力推動智慧城市產業發展，構建漢鼎特色的生態系統。

12、上海普天

據官方資料顯示，上海普天郵通科技股份有限公司是國務院國資委所屬中國普天集團旗下的上市公司之一，前身是創立於1951年的華東郵電器材廠，是國內最早的通信設備製造企業之一。1981年更名為郵電部上海通信設備廠。1993年7月進行股份制改制。同年10月18日，公司A股在上海證券交易所掛牌交易；1994年10月20日，B股上市。

在2015年的一次交通展會上，上海普天展示了「刷臉檢票系統」，表示首批客戶覆蓋影院。

13、佳都科技

佳都科技是國內唯一一家同時掌握自動售檢票系統、屏蔽門系統、綜合監控系統、視頻綜合監控系統等四大核心技術產品的服務提供商。公司在廣州軌道交通領域具有絕對優勢的市場地位，並先後中標成都、青島、天津、長沙、武漢等地項目，進軍全國市場。預計軌交業務未來將保持50%以上增速。

2015年3月30日公告，佳都科技與中山大學信息科學與技術學院簽署《共建「視頻圖像智能技術聯合實驗室（二期）」協議》。聯合實驗室植根於圖形圖像智能分析領域的前沿領域展開研究，特別是在人臉識別（人臉圖像採集、檢測、預處理、特徵提取、匹配識別等核心技術），車牌、車標、車型識別，圖像大數據處理、預警和追蹤偵測等技術領域開展持續研發，並探索相關技術的產品化、產業化進程。

2015年4月15日，中科院、佳都科技、傑翱資本、雲從公司戰略合作簽約儀式暨人臉識別核心技術發布會召開，包括當地政府、產業資本以及近30家賣方機構參加。

2015年10月，現金出資2億元收購廣東華之源信息工程有限公司51%股權。人臉識別再獲重要軌交入口。此次收購為公司的人臉識別技術在軌交領域的應用鋪設了渠道,公司可將人臉識別技術與軌交通信系統和視頻監控進行有效協同,進一步增加公司人臉識別技術的應用場景,卡位人流量巨大的軌交入口。廈門地鐵招標的通信系統和視頻監控項目已經明確提出人臉檢測、人臉跟蹤、人臉比對等需求,並要求接入廈門市110視頻監控平台,這是華之源獲得的第一個地鐵應用訂單,後續軌交的人臉識別應用將在佳都的引領下持續出來。

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