20、热红外人脸识别技术的现状与挑战

热红外人脸识别技术的现状与挑战

1. 引言

计算机人脸识别技术从三十多年前诞生至今，已从高度可控的场景逐渐向更贴近现实的场景转变。在这个过程中，姿态、光照、遮挡和面部表情等因素，成为了标准人脸识别问题中不可忽视的部分。为了让自动人脸识别技术能够应对各种不受约束的观察条件，人们开发了许多方法来处理这些复杂因素。其中，热红外图像技术，无论是单独使用还是与其他模式结合，都被认为是解决光照变化问题的一种有效途径。

光照条件在注册和测试阶段的变化，是基于可见光谱的人脸识别面临的主要问题之一。由于可见光相机在某一图像位置所感测到的辐射与物体反照率和入射光的乘积成正比，光照的变化会对物体外观产生显著影响，这使得在多种光照条件下对同一个人的面部外观分布进行建模变得非常困难。虽然已经有多种技术被用于解决光照对可见光人脸识别的影响，但这些技术大多是基于在室内受控光照条件下采集的数据库进行验证的。

热红外图像技术为解决光照问题提供了新的思路。其主要优势在于，环境光照的变化对人脸热红外图像外观的影响很小甚至可以忽略不计。因此，通过选择热红外成像这种新的成像模式，可以避免因光照变化而导致的外观差异。不过，热红外成像也并非完美无缺。面部的热辐射不仅受环境温度和风力条件的影响，还与受试者的代谢活动有关。此外，大多数眼镜镜片在热红外波段是不透明的，这意味着很大一部分人在热红外图像中会出现面部部分遮挡的情况，这是任何可部署的热红外人脸识别系统都必须解决的重要问题。

2. 热红外图像的现象学

热红外图像在人脸识别中具有光照不变性的潜力，这一点在过去已经得到了认可。例如，在不同光照条件下同时采集的可见光和长波红外（LWIR）图像中，可以明显观察到可见光图像的外观变化很大，而LWIR图像