美国军方首次实现黑夜人脸识别技术 准确率超80%
在最近的IEEE计算机视觉应用冬季会议上，美国陆军研究实验室的研究人员能够在黑暗中使用复杂的神经网络和一系列算法来识别人脸。目前，该技术的识别准确率超过80%。
人脸识别对我们来说并不陌生。从手机上的人脸解锁到机场使用的人脸扫描登机系统，人脸识别技术已经逐渐进入人们的日常生活。与此同时，人脸识别技术也被应用于警察执法和安全领域。2018年春节，郑州铁路警察使用的警用眼镜据说配备了人脸识别功能，并帮助警方抓获了7名嫌疑人。
从技术角度来看，人脸识别通常要经过几个过程。首先，必须获得一幅图像，然后提取图像中的特征，然后将待识别人脸提取的特征与数据库中的所有图像进行匹配，以回答“这是谁？”当白天有足够的光照时，这个过程工作得很好，然而，当晚上没有光照或光照不足时，人脸识别变得困难。
使用普通相机不可能获得人脸信息。在晚上，只有红外成像技术可以用来获得红外图像。然而，由于不同的成像方法，同一个人的可见光图像和红外图像之间存在许多差异。如何将红外人脸图像与存储在数据库中的可见光图像进行比较和验证？这是美国陆军研究实验室希望解决的问题。如果这个问题得到解决，它可以实现7×24小时的人脸识别，而不受逃犯的光照和实时监控的影响。
从红外图像到可见光图像
在电影《铁血战士》中，施瓦辛格跳入水中保持体温与周围环境一致，试图屏蔽红外信号源，避免被热像仪探测到。红外热成像，根据热力学零度以上的所有物体都发射红外线的原理，感应出红外线，然后呈现出肉眼可见的图像。红外热像仪可以检测人体自身发出的热辐射，并根据不同部位的温度差异形成图像。
在黑暗的环境中，红外热像仪可以“看到”任何有温度的物体，几乎所有美国军方的夜视设备都使用红外热像仪技术。目前，红外热成像设备已广泛部署在美国军用飞机、地面车辆、瞭望塔和检查站。就在最近，红外相机已经成为可穿戴设备。
使用这些红外成像设备，夜间自动人脸识别，对监控名单上的可疑人员进行实时检测和捕获是美国军方的真正需求。
然而，红外人脸图像反映了人脸的温度分布，红外人脸图像中人脸器官的边缘轮廓和细节特征是模糊的，这与可见光成像有很大的不同，两者之间的比较困难。
左:红外成像正面右:可见成像正面
美国陆军研究实验室的本杰明·李根提出了一种新的图像合成方法，该方法利用卷积神经网络和一系列算法将红外人脸图像合成为可见光图像。在给定的红外人脸图像中，首先利用卷积神经网络从整体和局部提取特征，然后根据提取的特征估计相应的可见光图像。最后，通过局部和全局优化，生成合成可见光图像。合成的图像不是完美的可见光图像，它看起来更像是一个“草图”。
基于卷积神经网络的图像识别过程
这个“草图”真的能与数据库中的图像进行比较和验证吗？研究人员选择了一个包含60个人的可见和红外面部图像的数据库，其中30个人的图像用于训练神经网络，另外30个人的图像用于验证。结果表明，采用该方法后，人脸识别的正确率高于80%。
然而，由于这种方法可以将红外人脸图像转换成可见光图像，然后识别它们，因此不需要定制现有的人脸识别系统或更新软件和硬件。
在美国陆军研究实验室发布的信息中，研究员本杰明·s·里根说:“目前，大多数生物特征人脸数据库只包含可见的人脸图像。我们开发的技术可以将红外人脸图像与现有的生物特征人脸数据库进行匹配。”
在今年3月举行的美国电气和电子工程师学会计算机视觉应用冬季会议上，美国陆军研究实验室的研究人员介绍了这项技术的细节，并使用红外热成像摄像机和运行该算法的笔记本电脑进行了实时演示，向人们展示了从人的红外面部图像生成合成视觉图像的过程。这项研究在会议上获得了最佳论文奖。
7×24 7x24
然而，如果该技术要进入使用阶段，它仍然需要继续提高其准确性。目前，在正常情况下，国际权威人脸识别数据库测试的准确率已经超过99%，与该技术达到的80%的准确率相比，仍难以进入实用阶段。
然而，该技术一旦付诸实践，将会扩大人脸识别的应用范围，提高人脸识别系统的性能。目前，限制人脸识别性能的因素之一是光照的变化。为了减少或消除光照对人脸识别的影响，研究了可见光人脸识别方法中的各种补偿措施。人体脸红的外部图像基本不受环境光的影响，不需要采取任何补偿措施。许多研究表明，环境光的变化对红外图像的采集和图像质量影响很小。与可见光人脸识别相比，人脸的姿态和是否化妆对红外人脸图像的影响也相对较小。
现有的具有夜视功能的人脸识别系统有可能在未来全年7×24小时使用这项技术。
穿过墙壁？
美国媒体在此基础上报道称，这项技术将在未来用于在室内、室外和墙壁上拍照和识别人，从而带来隐私问题。
这种担心实际上是不必要的。虽然红外热成像具有部分穿透能力，但它可以穿透烟雾和一些透明材料，如透明塑料袋、透明玻璃等。然而，要识别人脸，即使是一副小眼镜也会影响识别效果。一些研究表明，红外线对玻璃的透射性很差，戴眼镜的人不容易认出面孔。厚衣服可以阻挡红外热成像，更不用说完全不透明的墙壁了。