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人臉信息技術(shù)應(yīng)用新熱點淺析
摘要：用機器進行人臉圖像處理的研究至今已經(jīng)有四十多年的歷史了。在此期間，人們提出了許多具備一定應(yīng)用前景的算法，商業(yè)市場上也出現(xiàn)了許多有實用價值的產(chǎn)品。本文分為三個部分，第一部分簡要介紹人臉信息技術(shù)的相關(guān)背景知識;第二部分簡單分析人臉信息技術(shù)專利申請的整體情況;第三部分對近年來人臉信息技術(shù)的主要應(yīng)用熱點進行分析。
關(guān)鍵詞：人臉;算法;專利;圖像處理
一、人臉信息技術(shù)
所謂的人臉信息技術(shù)主要包括人臉檢測和人臉識別兩大部分。
1.1 人臉檢測
人臉檢測是指在圖像上檢測人臉是否存在，若有則應(yīng)判斷出人臉的位置及大小。在各種應(yīng)用的推動下，進入上個世紀九十年代后，人臉檢測技術(shù)逐漸得到了各國研究人員的重視，各種更加有效的算法不斷提出。這十幾年的發(fā)展歷程大致可分為兩個階段：1999 年以前，基于各類知識特征的方法是主導(dǎo)，這類方法直觀易懂、實現(xiàn)簡單，但最大的問題是魯棒性不強;1999年以后，基于統(tǒng)計學(xué)習(xí)的算法占據(jù)了主流地位，隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、SVM、概率模型等算法的提出，基于統(tǒng)計學(xué)習(xí)的算法在魯棒性上得到了很大提高，效率上也可基本滿足實時應(yīng)用的需要。隨著相關(guān)研究的深入，人臉檢測技術(shù)在可控環(huán)境下(光照均勻、姿態(tài)端正、背景簡單)，已能獲得可供實用的檢測率。
1.2 人臉識別
計算機人臉識別技術(shù)是一門應(yīng)用技術(shù)， 它涵蓋信號處理、數(shù)字圖像處理、計算機視覺、模式識別等多門學(xué)科的理論知識。由于計算機人臉識別技術(shù)的核心內(nèi)容是由已知人臉來確定未知人臉的歸屬問題， 因此， 它更應(yīng)該認為是模式識別的范疇。
它基本上可分為兩個方面：
一是回答“是不是某人? ”的問題， 它是給定一幅待識別人臉圖像， 判別它是否是某人的問題， 也就是通常所說的身份驗證(A uthentication)， 它是個“ 一對一” 的兩類分類問題;
另一個是回答“ 是誰? ” 的問題， 它是給定一幅待識別人臉圖像， 判斷它是誰的問題， 通常所說的人臉識別就是個“ 一對多”的分類問題。
對計算機人臉識別方法的研究主要有兩大方向：
一是基于人臉圖像部件特征的識別方法;
二是基于人臉圖像整體特征的識別方法。主要包括基于特征臉的識別，基于最佳鑒別矢量集的人臉識別，基于Bayesian臉的人臉識別，基于傅里葉不變特征的人臉識別，基于彈性圖匹配的人臉識別以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉識別等。
近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，移動終端設(shè)備、交互式家庭影音設(shè)備的不斷升級換代，人臉信息技術(shù)有了更為廣闊的應(yīng)用平臺和創(chuàng)新空間。
二、人臉信息技術(shù)專利的整體分析
全球?qū)＠暾埩口厔荩?/p>
經(jīng)過檢索，截止到2014年12月31日，在德溫特專利數(shù)據(jù)庫(DWPI)中共檢索到7176項基于人臉信息技術(shù)的專利申請。
早期階段，從1995年至2004年，每年的專利申請量都不大，筆者認為，主要是由于早期計算機硬件，特別是攝像頭技術(shù)還不發(fā)達，盡管研究人員在算法支持方面已經(jīng)做出了很多的努力，但人臉信息技術(shù)還沒有得到較好的應(yīng)用平臺。從2005年開始，該領(lǐng)域申請量出現(xiàn)持續(xù)快速地增長，并在2008年達到最高峰。這個過程正是中國專利申請量迅速上升的階段，后面的統(tǒng)計分析也將證明，中國是該領(lǐng)域的非常重要的專利產(chǎn)出國。到了2010年，該領(lǐng)域的專利申請量又有了小幅的回落，但盡管如此，該領(lǐng)域的申請量近年來還是保持著較高的，穩(wěn)定的數(shù)量。并且由于專利申請公開的時延性，導(dǎo)致近幾年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)并不完整。
根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，隨著以移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了大量的，各種形式的人機交互技術(shù)，而許多的人機交互技術(shù)正是基于人臉信息技術(shù)實現(xiàn)的，因此人臉信息技術(shù)的應(yīng)用必將越來越廣，對該技術(shù)的研發(fā)將保持持續(xù)的熱度，該領(lǐng)域的專利申請量也將繼續(xù)保持穩(wěn)步增長的狀態(tài)。
三、人臉信息技術(shù)專利應(yīng)用新熱點
隨著硬件設(shè)備的不斷升級，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人臉信息技術(shù)有著更廣闊的應(yīng)用平臺與創(chuàng)新空間，近年來該領(lǐng)域的專利申請也呈現(xiàn)出許多新的創(chuàng)新熱點。鑒于在人臉信息技術(shù)領(lǐng)域，日韓企業(yè)的申請量占主導(dǎo)地位，優(yōu)勢明顯，我們接下來將以索尼和三星電子三兩大公司為例，分析這三家公司申請日在2010年至2014年間該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請，結(jié)合各公司的整體發(fā)展戰(zhàn)略，淺析人臉信息技術(shù)中的新熱點。
3.1 表情識別
在算法層面，主要是在檢測到的人臉基礎(chǔ)上，對人臉進行特征提取，得到反映表情特征的關(guān)鍵信息，對得到的表情特征向量進行分類，從而得到所屬表情類別。在應(yīng)用層面，典型的表情識別技術(shù)應(yīng)用如下：
以申請CN201310059339為例(發(fā)明名稱：圖像處理設(shè)備和方法以及程序，申請人：索尼公司)，該圖像處理設(shè)備包括臉部檢測單元，所述臉部檢測單元根據(jù)輸入圖像檢測臉部;評估值計算單元，所述評估值計算單元針對由臉部檢測單元檢測到的臉部的每一種臉部表情計算表示臉部表情的程度的評估值;和控制單元，所述控制單元基于由臉部檢測單元檢測到的臉部的每一種臉部表情的人的數(shù)量和由評估值計算單元計算出的臉部的每一種臉部表情的評估值，改變用于提取圖像的基準(zhǔn)，從而容易地提取包括少數(shù)人具有的臉部表情的圖像。本申請主要解決的問題為，即使當(dāng)多個被圖像捕捉的人的臉部表情不同時也獲得具有高滿意程度的圖像。
以申請CN201310393418為例(發(fā)明名稱：將音頻和/或圖像與臉部特征和表情相關(guān)的系統(tǒng)和方法，申請人：索尼公司)，系統(tǒng)先識別出至少一個觀看者的表情，指令使處理器將標(biāo)識內(nèi)容的元數(shù)據(jù)與觀看者的至少一個表情關(guān)聯(lián)。該申請可為內(nèi)容提供商提供更有效的手段以確定他們提供的內(nèi)容是否使觀看者滿意和/或確定觀看者對他們的內(nèi)容的反應(yīng)的種類。由于照相機與諸如計算機和電視機(TV)的整合已經(jīng)為內(nèi)容提供商提供了利用此整合實現(xiàn)諸如此類目的的機會，此類目的包括有針對性的廣告投放、提高觀看者對節(jié)目的滿意度等等。
3.2 身份分組
身份分組是通過提取到的人臉特征信息，根據(jù)特征信息得到到對應(yīng)的身份分組，在此基礎(chǔ)上再提供進一步的應(yīng)用服務(wù)。
以申請CN 201210318981為例(發(fā)明名稱：以言語方式進行交流的面部響應(yīng)電視設(shè)備，申請人：索尼公司)，本發(fā)明所教導(dǎo)的電視設(shè)備以個性化的會話方式與用戶進行言語交流。該交流是響應(yīng)于攝像機收集的圖像信息進行的，其中，該攝像機與電視中執(zhí)行圖像處理(例如，包括面部辨認)以識別靠近電視的個人觀看者和觀看者群組的計算機相連接。該系統(tǒng)不僅確定人是否位于電視裝置附近，而且實際上對這些人的身份進行確定，并且交互地利用此信息來生成個性化的言語輸出。
3.3 基于人臉位置進行圖像裁剪
以申請CN201410003848為例(發(fā)明名稱：用于在具有相機的裝置中處理圖像的設(shè)備和方法，申請人：三星電子株式會社)，本申請?zhí)峁┮环N當(dāng)使用具有相機的便攜式終端或相機裝置進行拍攝時通過識別人的臉部區(qū)域并以識別的臉部區(qū)域為中心設(shè)置裁剪區(qū)域來裁剪人物照片的設(shè)備和方法。本申請還提供了一種在照片中包括多于一人的情況下，通過設(shè)置裁剪區(qū)域來裁剪照片，從而每個人的臉包括在裁剪區(qū)域中的設(shè)備和方法。
3.4 根據(jù)人臉位置確定人體其他部分的位置及姿勢
由于人臉特性相對于身體其他部位更為突出，更易于檢測，因此在圖像中檢測到人臉后，可以根據(jù)人臉與身體其他部位的位置關(guān)系，確定人體其他部位的位置及姿勢。
具體應(yīng)用示例如下：
以申請CN 201210318981為例(發(fā)明名稱：以言語方式進行交流的面部響應(yīng)電視設(shè)備，申請人：索尼公司)，通過檢測圖像的面部區(qū)域、根據(jù)面部區(qū)域的位置設(shè)置至少一個動作區(qū)域、將與至少一個動作區(qū)域相對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)與檢測信息進行比較以便確定是否已經(jīng)執(zhí)行預(yù)定動作、以及當(dāng)確定已經(jīng)執(zhí)行預(yù)定動作以及接收合作控制信息時基于合作控制信息而實行預(yù)定處理，實施設(shè)備以及方法。本申請?zhí)峁┑姆椒�，先對人臉進行檢測，在檢測到人臉位置的基礎(chǔ)上，再確定如人手之類的其他身體部位的位置，從而降低目標(biāo)識別的計算量。
四、結(jié)語
眾所周知，近幾年來，索尼與三星電子在核心產(chǎn)品線上發(fā)展戰(zhàn)略各有側(cè)重，相對于三星電子在移動終端設(shè)備方面表現(xiàn)出的強勁勢頭，索尼的核心產(chǎn)品線更廣泛，包括數(shù)碼相機，游戲機，影音產(chǎn)品等。而無論是移動終端設(shè)備，數(shù)碼相機還是游戲機，人臉信息技術(shù)都得以廣泛的應(yīng)用，人臉信息技術(shù)出現(xiàn)的新熱點，一定程度上反映了兩家公司在產(chǎn)品線研發(fā)布局上的思路。對于上述幾種新熱點應(yīng)用方向，筆者比較了兩家公司在DWPI庫中關(guān)于各方向的申請量，從相關(guān)數(shù)據(jù)中不難發(fā)現(xiàn)，索尼和三星電子兩家公司對于上述熱點技術(shù)的側(cè)重還是略有不同，索尼公司在涉及圖像運動檢測方面申請量更大，而三星公司在表情識別方面的申請更多。筆者認為，這也從側(cè)面反映出兩家公司的研發(fā)重點，由于索尼公司在數(shù)碼相機和游戲機方面的表現(xiàn)更為突出，相應(yīng)地，在這兩種產(chǎn)品上應(yīng)用較多的運動檢測和運動跟蹤的申請更多;而表情識別技術(shù)更廣泛地應(yīng)用于移動終端設(shè)備，因此三星公司在這方面的專利申請更多。
綜上所述，科研人員在算法和應(yīng)用層面都不斷取得突破性的進展，人臉信息技術(shù)在未來有著廣闊的發(fā)展前景，人臉信息技術(shù)的專利分析是計算機視覺，安防系統(tǒng)，通信技術(shù)等領(lǐng)域科研人員都值得關(guān)注的課題。
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