人臉識(shí)別技術(shù)升級(jí) 戴著口罩也能認(rèn)出你

3月6日，研發(fā)人員戴口罩進(jìn)行人臉識(shí)別檢測(cè)。受訪者供圖

3月6日，在中國(guó)中鐵科學(xué)研究院門禁口，員工們戴著口罩和安全帽，排隊(duì)陸陸續(xù)續(xù)“刷臉打卡”。他們沒(méi)有摘下口罩或帽子，僅在屏幕前簡(jiǎn)短停留，員工信息及體溫狀況就出現(xiàn)在了屏幕上，工作人員也實(shí)現(xiàn)了安全、快速入場(chǎng)。

在人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展的當(dāng)下，人臉識(shí)別已經(jīng)不是一件新鮮事。但新冠肺炎疫情下，在建筑工地、學(xué)校機(jī)關(guān)等需要鑒別入場(chǎng)人員身份信息的場(chǎng)所，人員在佩戴口罩、安全帽后，實(shí)現(xiàn)人臉快速識(shí)別并同步檢測(cè)體溫，成為一項(xiàng)全新的技術(shù)成果。戴口罩進(jìn)行人臉識(shí)別的技術(shù)難點(diǎn)在哪里？現(xiàn)有成果如何提供“一手抓防疫、一手抓生產(chǎn)”的解決方案？未來(lái)該技術(shù)還有怎樣的應(yīng)用空間？3月6日，記者采訪了相關(guān)科研人員。

全員口罩 身份識(shí)別面臨新挑戰(zhàn)

“滴，體溫?cái)?shù)據(jù)正常！”復(fù)工后，在四川成都青白江區(qū)，肩負(fù)成都地鐵隧道管片生產(chǎn)重任的中鐵八局橋梁公司的復(fù)工人員，正在車間門口掃碼企業(yè)自主研發(fā)的“每日疫情統(tǒng)計(jì)小程序”，實(shí)現(xiàn)人員疫情防控信息實(shí)時(shí)跟蹤。進(jìn)入復(fù)工高峰期以來(lái)，借助云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等，施工人員體溫門禁系統(tǒng)、渣土車遠(yuǎn)程管理、人員無(wú)線定位、視頻監(jiān)控等諸多“黑科技”正有力促進(jìn)“一手抓防疫、一手抓生產(chǎn)”的有序推進(jìn)。

“疫情發(fā)生后，復(fù)工現(xiàn)場(chǎng)的管理也出現(xiàn)諸多新的技術(shù)需求，在戴口罩、安全帽的情況下，如何實(shí)現(xiàn)入場(chǎng)人員準(zhǔn)確識(shí)別，就是復(fù)工管理的一個(gè)重點(diǎn)方向。”中國(guó)中鐵科研院技術(shù)中心智慧工地聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研發(fā)人員趙陽(yáng)說(shuō)，按照安全生產(chǎn)要求，過(guò)去施工工地已經(jīng)使用的“智慧工地平臺(tái)系統(tǒng)”，其中一個(gè)重要功能就是對(duì)進(jìn)入工地人員進(jìn)行身份識(shí)別，“但疫情下，戴上口罩、安全帽，還要測(cè)體溫，成為新技術(shù)挑戰(zhàn)。”

這項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)在哪兒？原來(lái)的人臉識(shí)別算法，是根據(jù)面部特征關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)進(jìn)行識(shí)別的，算法納入的關(guān)鍵點(diǎn)越多，識(shí)別的結(jié)果也就越精確。但佩戴口罩后，可供識(shí)別的“關(guān)鍵點(diǎn)”大幅減少。“鼻子以下的面部特征被掩蓋，面部特征關(guān)鍵點(diǎn)減少，機(jī)器之前學(xué)習(xí)的特征判別能力隨之降低。”趙陽(yáng)說(shuō)，口罩會(huì)使原有的人臉識(shí)別算法模型失效，使機(jī)器無(wú)法識(shí)別當(dāng)前的人。同時(shí)，口罩類型較多且遮擋程度不一，也提升了難度。

“針對(duì)人臉識(shí)別的新需求，如果對(duì)已有的智慧工地平臺(tái)進(jìn)行大范圍硬件更改，一方面增加設(shè)備、提高成本，另一方面改造周期較長(zhǎng)，難以滿足復(fù)工復(fù)產(chǎn)要求。”趙陽(yáng)說(shuō)，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)加強(qiáng)軟件算法、升級(jí)系統(tǒng)平臺(tái)，提出了解決方案。

聚焦眼部 優(yōu)化注意力算法模型

“人臉識(shí)別一般分為兩個(gè)步驟，一是人臉檢測(cè)，二是人臉配對(duì)。”趙陽(yáng)說(shuō)，識(shí)別的流程是，人臉機(jī)先從視頻圖像中找出人臉，然后通過(guò)人臉上的眼睛、鼻子、嘴巴、眉毛等面部的特征，經(jīng)過(guò)一定算法，在人員數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別出對(duì)應(yīng)的人。

記者在識(shí)別后臺(tái)管理系統(tǒng)看到，系統(tǒng)的“人員管理”一欄，已經(jīng)錄入了該單位所有工作人員的姓名、部門、工號(hào)、電話等基本信息，以及相對(duì)應(yīng)的個(gè)人高清照片。當(dāng)戴著口罩的員工進(jìn)入辦公樓刷臉時(shí)，系統(tǒng)立刻將檢測(cè)出的人臉配對(duì)，鑒別出員工身份，同時(shí)語(yǔ)音報(bào)出測(cè)量的體溫，而在硬件方面，該設(shè)備僅在原有人臉識(shí)別的平板電腦上，新增了一個(gè)測(cè)溫頭。

戴口罩后如何提高識(shí)別通過(guò)率？前提就是盡可能地增加面部特征關(guān)鍵點(diǎn)。“當(dāng)面部幾乎一半被遮擋后，面部特征關(guān)鍵點(diǎn)就主要集中在了眼睛和眉毛兩個(gè)部位。”趙陽(yáng)說(shuō)。

“我們從算法模型上突圍，采用眼部、眉毛等局部特征與整體人臉特征的融合，并結(jié)合注意力機(jī)制增強(qiáng)眼部特征，通過(guò)訓(xùn)練眼部關(guān)鍵點(diǎn)的模型，來(lái)提升模型在口罩遮擋下的人臉識(shí)別率。”趙陽(yáng)說(shuō)，在人臉遮擋環(huán)境下，可通過(guò)識(shí)別眼部關(guān)鍵點(diǎn)作為一種“注意力模型”，快速掃描全局圖像，獲得需要重點(diǎn)關(guān)注的目標(biāo)區(qū)域眼部，并形成注意力焦點(diǎn)。“而后對(duì)眼部這一區(qū)域投入更多注意力資源，以獲取更多所需要關(guān)注目標(biāo)的細(xì)節(jié)信息，而抑制其他無(wú)用信息。”

采用同樣的原理，在算法層面，針對(duì)基于人臉全局特征及局部特征相結(jié)合的方法，可優(yōu)化現(xiàn)有人臉識(shí)別算法模型，當(dāng)人面部出現(xiàn)其他遮擋時(shí)，也同樣能夠精準(zhǔn)鑒別。“如戴安全帽進(jìn)入施工項(xiàng)目時(shí)，人臉識(shí)別依然有效，就是這么實(shí)現(xiàn)的。”趙陽(yáng)說(shuō)，當(dāng)前通過(guò)大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，戴口罩或戴安全帽人臉識(shí)別率可達(dá)到99.9%。

除了能夠精準(zhǔn)識(shí)別出戴口罩的人，該實(shí)驗(yàn)室人臉識(shí)別系統(tǒng)還特別增加了口罩與安全帽檢測(cè)和提示功能，以保障工程建設(shè)人員的安全。“這是與同類技術(shù)相比，我們技術(shù)成果的特色所在。”趙陽(yáng)說(shuō)，當(dāng)開(kāi)啟口罩與安全帽檢測(cè)功能時(shí)，設(shè)備配有沒(méi)戴口罩自動(dòng)語(yǔ)音提示；若沒(méi)戴安全帽，采集設(shè)備上則會(huì)出現(xiàn)“請(qǐng)佩戴安全帽！”提示。

“主要是升級(jí)了后臺(tái)的算法，其次是盡可能小地對(duì)硬件系統(tǒng)做了改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)新功能的添加。”趙陽(yáng)說(shuō)。

信息增值 挖掘數(shù)據(jù)背后的價(jià)值

其實(shí)在疫情暴發(fā)前，面部遮擋障礙的人臉識(shí)別技術(shù)，已有不同程度應(yīng)用。如在安防領(lǐng)域，大多數(shù)犯罪嫌疑人為了躲避“天眼”等監(jiān)控設(shè)備追蹤，往往會(huì)戴上帽子或口罩，這時(shí)候更精準(zhǔn)化的人臉識(shí)別便可以幫助更好地破案。

“針對(duì)越來(lái)越多的不同識(shí)別情況，一些科研人員正從硬件上想辦法，通過(guò)添置硬件設(shè)備，增加新的功能。”趙陽(yáng)說(shuō)，高精度識(shí)別也是對(duì)大數(shù)據(jù)的深入挖掘。“在當(dāng)前硬件技術(shù)條件下，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)一步挖掘，可以短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多功能。”

他提出，高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)采集的圖片、視頻信息，經(jīng)過(guò)后臺(tái)分析，在不改變?cè)性O(shè)備情況下，通過(guò)技術(shù)的提升，能夠?qū)崿F(xiàn)身份識(shí)別、安全帽佩戴檢測(cè)、反光衣穿戴識(shí)別、車輛信息狀態(tài)展示、危險(xiǎn)源管理、安全區(qū)劃分等，真正實(shí)現(xiàn)信息增值、硬件降成本。

“這種挖掘能力進(jìn)步后，舉個(gè)簡(jiǎn)單例子，在未來(lái)我們或許不再看到道路上如小鳥(niǎo)臥枝頭一樣密密麻麻的電子眼，一個(gè)監(jiān)控設(shè)備加上高超的識(shí)別算法能力，就能解決所有需求。”趙陽(yáng)說(shuō)。

為讓新的智慧工地平臺(tái)系統(tǒng)持續(xù)適用于更加復(fù)雜的場(chǎng)景應(yīng)用，趙陽(yáng)團(tuán)隊(duì)還將進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。“下一步計(jì)劃豐富后臺(tái)管理功能，增加工地防反光背心檢測(cè)等其他識(shí)別功能，同時(shí)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)接口，使其可無(wú)縫銜接當(dāng)前的人力資源管理系統(tǒng)等，使人員一次打卡、網(wǎng)絡(luò)通用。”趙陽(yáng)說(shuō)。