人臉識(shí)別技術(shù)升級(jí) 聚焦眼部戴著口罩也能認(rèn)出你

3月6日，在中國中鐵科學(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”。他們沒有摘下口罩或帽子，僅在屏幕前簡短停留，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。

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)等需要鑒別入場人員身份信息的場所，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，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)人員趙陽說，按照安全生產(chǎn)要求，過去施工工地已經(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？原來的人臉識(shí)別算法，是根據(jù)面部特征關(guān)鍵點(diǎn)來進(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。”趙陽說，口罩會(huì)使原有的人臉識(shí)別算法模型失效，使機(jī)器無法識(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，難以滿足復(fù)工復(fù)產(chǎn)要求。”趙陽說，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過加強(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，二是人臉配對(duì)。”趙陽說，識(shí)別的流程是，人臉機(jī)先從視頻圖像中找出人臉，然后通過人臉上的眼睛、鼻子、嘴巴、眉毛等面部的特征，經(jīng)過一定算法，在人員數(shù)據(jù)庫識(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)立刻將檢測出的人臉配對(duì)，鑒別出員工身份，同時(shí)語音報(bào)出測量的體溫，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)測溫頭。

戴口罩后如何提高識(shí)別通過率？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。”趙陽說。

“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，通過訓(xùn)練眼部關(guān)鍵點(diǎn)的模型，來提升模型在口罩遮擋下的人臉識(shí)別率。”趙陽說，在人臉遮擋環(huán)境下，可通過識(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。”趙陽說，當(dāng)前通過大量訓(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。”趙陽說，當(dāng)開啟口罩與安全帽檢測功能時(shí)，設(shè)備配有沒戴口罩自動(dòng)語音提示；若沒戴安全帽，采集設(shè)備上則會(huì)出現(xiàn)“請佩戴安全帽！”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。”趙陽說。

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，通過添置硬件設(shè)備，增加新的功能。”趙陽說，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)過后臺(tái)分析，在不改變原有設(shè)備情況下，通過技術(shù)的提升，能夠?qū)崿F(xiàn)身份識(shí)別、安全帽佩戴檢測、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)簡單例子，在未來我們或許不再看到道路上如小鳥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。”趙陽說。

為讓新的智慧工地平臺(tái)系統(tǒng)持續(xù)適用于更加復(fù)雜的場景應(yīng)用，趙陽團(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等其他識(shí)別功能，同時(shí)開發(fā)系統(tǒng)接口，使其可無縫銜接當(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。”趙陽說。