一、背景介绍
计算机视觉技术在当前人工智能发展进程中已然达到较高成熟度,一系列基础算法与应用场景获得广泛实践与验证。在算法层面,图像处理、目标检测、语义分割等多个领域的技术不断突破,准确率与效率持续提升。在应用上,人脸识别、车牌识别、医学图像分析等已步入商业化应用阶段,被广泛应用于安防监控、智能驾驶、医疗辅助诊断等领域,大幅提升效率并创造新的应用形式。
基于此,结合公司规划与业务需求,我们决定在人脸识别领域进行自主研发与应用。具体来看,公司主要面临以下应用需求:
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业务背景:主要应用于一些智能终端设备上,在进行权限验证和流程控制上需要进行人脸识别验证
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平台架构:平台整体架构以云+端的模式,一个云平台部署在地市或者省厅,下属分局和派出所等场所部署N个终端设备,每台设备配置双目摄像头,连接云端平台,实现人脸相关功能。
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部署架构:平台主要部署在地市和省厅,平台系统整体并发量并不算特别高,一般地市也就在20 ~ 30 QPS。但需要部署在专网,所以人脸服务需可做本地私有化部署,无法使用SaaS服务。
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功能需求:软件平台包括人脸库的管理,和人脸数据采集。终端设备主要包括人脸识别、人脸比对(1:1和1:N)、活体检测。
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人脸底库:根据实际部署需求,底库从万级到千万级不等。具体根据项目规模来。
通过自主研发,我们不仅能充分考量业务场景的特点,实现针对性的技术创新与效率优化,也能随时针对算法与模型进行调整升级,为公司整体技术实力与核心竞争力的提升奠定坚实基础。
本文将介绍如何使用 Dlib 库和深度学习来实现人脸识别,如何利用预训练网络和OpenCV库进行图像处理。OpenCV 库将用于执行一些简单的图像处理任务,例如将图像转换为灰度、调整图像大小等,从而轻松地在各种场景中应用人脸识别技术。
我们将使用 Dlib 提供的预训练网络。该网络已在超过 300 万张图像的数据集上进行了训练。该网络称为 ResNet-34。
二、人脸识别概述
人脸识别是一种通过分析个人面部特征来识别或验证身份的技术。它在验证个人身份、寻找失踪人员、识别罪犯等方面发挥着重要作用。该技术利用已知人脸的数据库,将其与未知人脸进行比较,以找到匹配并预测其身份。
为了实现这一目标,人脸识别采用了多种算法,包括特征脸、局部二进制模式和深度学习等。本文将深入探讨如何运用深度学习方法来进行人脸识别,以提高准确性和效率。通过学习这些技术,您将能够更好地理解人脸识别的原理和应用,并在实际场景中应用它们。无论是保障安全、提升便捷性还是推动科技创新,人脸识别都具有广阔的前景和潜力。
三、人脸识别步骤
人脸识别一般分为以下4步:
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人脸检测:人脸识别流程的第一步是检测图像中的所有人脸。通过使用不同的人脸检测器(如Haar级联、HOG或基于深度学习的检测器),我们可以检测图像中的人脸。本文我们将使用 Dlib 提供的 HOG 人脸检测器实现。
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面部对齐(可选):使用面部标志来对齐或标准化面部,以提高识别系统的准确性。本文将跳过此步骤。
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面部编码:将面部图像传递给模型,并提取面部特征。
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人脸识别:将提取的人脸特征与已知人脸特征的数据库进行比较,尝试找到匹配。常用的算法包括K最近邻(KNN)、支持向量机(SVM)和随机森林等。
四、人脸识别算法及基本原理?
基于深度学习的人脸识别算法是建立在卷积神经网络(CNN)的基础上的。这些算法中的一种被称为孪生网络,它由两个或多个相同的子网络组成。每个子网络共享相同的权重和参数。这种架构使得模型能够比较输入图像并找到它们之间的相似性,这对于人脸识别非常重要。

目前,有许多先进的孪生网络架构被用于人脸识别,其中一些包括:
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VGG-Face:基于VGGNet的人脸识别模型,具有较高的准确性和鲁棒性。 -
Dlib的基于ResNet的人脸识别模型:使用ResNet架构,该模型在人脸识别领域表现出色。 -
FaceNet:通过将人脸图像映射到高维空间中的特征向量来实现人脸识别。 -
OpenFace:采用深度神经网络进行人脸识别,具有较高的准确性和鲁棒性。 -
Facebook DeepFace:Facebook开发的人脸识别系统,利用深度学习技术实现高精度的人脸识别。 -
DeepID:通过多层神经网络学习人脸特征,实现准确的人脸识别。 -
ArcFace:采用角度余弦损失函数来提高人脸识别的准确性。 -
SFace:结合了判别性特征学习和度量学习的人脸识别算法,具有较高的鲁棒性和准确性。
在本文中,我们将使用Dlib基于ResNet-34架构的人脸识别模型。该模型通过深度学习技术实现了对人脸的准确识别,并在实际应用中取得了良好的效果。通过研究和理解这些基于深度学习的人脸识别算法及其工作原理,我们可以更好地应用它们于实际场景,并推动人脸识别技术的发展和创新。
在网络训练过程中,该模型使用了三个图像进行输入:
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"锚点"图像:这是给定的人物图像,作为训练的基准。
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"正样本"图像:这是与锚点图像相同人物的图像,用于训练网络识别相似人物。
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"负样本"图像:这是不同人物的图像,用于训练网络区分不同人物。
通过将这三个图像输入到网络中,网络会为每个图像生成一个128维的嵌入向量。
在训练过程中,神经网络使用损失函数来衡量嵌入向量之间的距离。如果相似人物的嵌入向量(即锚点和正样本图像)之间的距离较大,或者两个不同人物的嵌入向量(即锚点和负样本图像)之间的距离较小,则网络会受到惩罚。
通过这种训练方式,网络逐渐学习生成更接近的嵌入向量来表示相同人物的图像,同时将不同人物的图像生成更远离的嵌入向量。这样,网络就能够通过嵌入向量的距离来判断图像之间的相似性,从而实现准确的人脸识别。通过不断优化网络的训练过程,可以提高人脸识别算法的准确性和鲁棒性,使其在实际应用中更加可靠和有效。
一旦网络训练完成,我们可以利用它为新图像生成嵌入向量。这些嵌入向量可用于训练人脸识别分类器,而分类器可以采用各种机器学习算法,如K最近邻(KNN)、支持向量机(SVM)和随机森林等。在本文中,我们将使用K最近邻算法。
然而,需要说明的是,我们并不需要从头开始训练模型,因为我们可以使用一个预训练好的模型。因此,我们的任务是获取这个预训练好的模型,并利用它为我们自己的数据集生成特征(也称为嵌入向量)。接着,我们将这些特征存储在数据库或文件中。
当我们获得一张新的图像时,我们会检测图像中的人脸,并从图像中提取出人脸区域,然后将其输入到模型中。模型会生成一个128维的嵌入向量。
最后,我们使用K最近邻算法计算这个新人脸嵌入向量与我们数据库中所有人脸嵌入

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