人臉識(shí)別技術(shù)在高校中的應(yīng)用

人臉識(shí)別技術(shù)在高校中的應(yīng)用

人臉識(shí)別技術(shù)是利用分析和比較人類視覺特征信息來識(shí)別身份的技術(shù)手段。隨著人臉識(shí)別技術(shù)的不斷發(fā)展，除了人臉考勤、人臉鑰匙這種人們所熟知的應(yīng)用以外，將人臉識(shí)別技術(shù)與數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，將成為人臉識(shí)別技術(shù)的另一大應(yīng)用領(lǐng)域，此外，利用人臉識(shí)別進(jìn)行手機(jī)解鎖及計(jì)算機(jī)登錄認(rèn)證、社保技術(shù)啟用人臉識(shí)別技術(shù)規(guī)范領(lǐng)取人資格、機(jī)場(chǎng)利用人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行安檢等等，可以說人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。但是，作為新興的一種生物識(shí)別技術(shù)，人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展還不是十分完善，要與其他生物識(shí)別技術(shù)比拼，最終占領(lǐng)廣闊的市場(chǎng)還需要一定的時(shí)間，本文意在通過檢索和分析與人臉識(shí)別技術(shù)相關(guān)的中國專利申請(qǐng)，展現(xiàn)人臉識(shí)別技術(shù)在中國專利申請(qǐng)中的分布情況和發(fā)展趨勢(shì)，作為相關(guān)企業(yè)或個(gè)人確定今后的生產(chǎn)研究方向的參考。1專利申請(qǐng)及指紋檢測(cè)由于專利申請(qǐng)的地域性限制，本次數(shù)據(jù)采集的樣本集為1985年至2013年3月提交到中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局并被公開的專利申請(qǐng)，具體到數(shù)據(jù)庫即為國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索和服務(wù)系統(tǒng)的CNABS（中文專利文摘）數(shù)據(jù)庫。由于人臉識(shí)別技術(shù)屬于新興技術(shù)，沒有專屬分類號(hào)，大部分的專利申請(qǐng)與指紋識(shí)別一起被對(duì)應(yīng)到國際專利分類號(hào)（IPC）為G06K9/00（用于閱讀或識(shí)別印刷或書寫字符或者用于識(shí)別圖形，例如指紋的方法或裝置），而且當(dāng)其與其他技術(shù)結(jié)合時(shí)，也有可能被分到其他的分類號(hào)下，因此，在這里國際專利分類號(hào)僅輔助限定作用，樣本的獲取主要通過檢索關(guān)鍵詞“人臉識(shí)別”及其擴(kuò)展詞獲得。在CNABS數(shù)據(jù)庫中，通過檢索獲得了相關(guān)度較強(qiáng)的專利申請(qǐng)文件共計(jì)2614件。另外，需要說明的是，由于專利申請(qǐng)具有18個(gè)月的法定公開期限，因此，除了基于申請(qǐng)人要求提前公開的申請(qǐng)，申請(qǐng)日介于2011年10月到現(xiàn)在的專利申請(qǐng)可能還未公開，因此，時(shí)間處于這一階段的樣本數(shù)據(jù)可能不夠全面，為了嚴(yán)謹(jǐn)起見這部分?jǐn)?shù)據(jù)在下面的分析中僅作為參考。2中國人臉識(shí)別技術(shù)在中國發(fā)展階段比較首先對(duì)樣本數(shù)據(jù)按照申請(qǐng)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，具體分布如圖1所示。從圖中可以很容易地看出，在2000年之前，人臉識(shí)別技術(shù)的相關(guān)專利申請(qǐng)量非常少，每年的申請(qǐng)量只有個(gè)位數(shù)；2001—2004年，專利申請(qǐng)量有了明顯的增加，但是增長的幅度不大，年申請(qǐng)量未超過100件；2005—2012年，專利申請(qǐng)量進(jìn)入了快速增長期，年申請(qǐng)量從2005年的130件，迅速增長到了2011年的406件，增長了將近3倍，考慮到因未滿18個(gè)月而未被公開的專利申請(qǐng)，可以肯定實(shí)際增長數(shù)值應(yīng)該不止這么多。這3個(gè)階段非常明顯地反映了人臉識(shí)別技術(shù)在中國的發(fā)展過程，第1階段（1993—2000年）專利申請(qǐng)量較低，標(biāo)志著人臉識(shí)別技術(shù)在中國剛剛萌芽；第2階段（2001—2004年），專利申請(qǐng)量有了明顯的增加，說明該技術(shù)已經(jīng)有了一定的發(fā)展，但是由于技術(shù)較新，還未引起廣大廠家的重視；到了第3階段（2005—至今），申請(qǐng)量可以用激增來形容，這說明隨著技術(shù)的進(jìn)步，特別是相關(guān)領(lǐng)域，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)以及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了人臉識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，人們接受度的不斷提升，該技術(shù)已經(jīng)引起了相關(guān)行業(yè)的重視，將其作為可獨(dú)立發(fā)展的一個(gè)方面，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時(shí)期。另外，與相關(guān)技術(shù)如圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)的年申請(qǐng)量相比，人臉識(shí)別技術(shù)的年申請(qǐng)量還是相當(dāng)?shù)偷?。因此，可以預(yù)期的是，作為一門新興的熱門技術(shù)，在未來的幾年，人臉識(shí)別技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)量依然會(huì)保持強(qiáng)勁的增長勢(shì)頭，這也預(yù)示著人臉識(shí)別技術(shù)將會(huì)更快更好地發(fā)展。3專利類型和數(shù)量對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)的類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在第2階段（2001—2004年）共有專利申請(qǐng)176件，其中，發(fā)明專利申請(qǐng)共計(jì)158件，約占總量的90%，實(shí)用新型專利申請(qǐng)共計(jì)18件，約占總量的10%；在第3階段（2005—至今）共有專利申請(qǐng)2377件，其中，發(fā)明專利申請(qǐng)共計(jì)1950件，約占總量的80%，實(shí)用新型專利共計(jì)427件，約占總量的20%。專利類型和數(shù)量的變化如圖2所示。由此可見，該領(lǐng)域始終是以具有創(chuàng)新水平的發(fā)明專利申請(qǐng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，從另一個(gè)側(cè)面也反映出，該領(lǐng)域具有更高的技術(shù)含量。另一方面，實(shí)用新型專利數(shù)量的增加，也說明隨著人臉識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，其系統(tǒng)化、產(chǎn)品化和市場(chǎng)化的程度越來越高。4中國企業(yè)專利申請(qǐng)量分布下面對(duì)在中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交人臉識(shí)別相關(guān)專利的申請(qǐng)人進(jìn)行分析，首先，在涉及的2614件專利申請(qǐng)中，屬于中國申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)有2054件，約占總量的78%；日本申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)307件，約占總量的12%；美國申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)100件，約占總量的4%；法國申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)53件，約占總量的2%；其他國家專利申請(qǐng)量較少，總數(shù)為100件，約占總量的4%，如圖3所示。從數(shù)量上來看，國內(nèi)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量占很大的部分，由此看出國內(nèi)申請(qǐng)人在人臉識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域投入的研發(fā)精力非常之大。能夠更好地把握最新科技，并結(jié)合中國國情以及實(shí)際需求狀況而推出有針對(duì)性的人臉識(shí)別系統(tǒng)，也是國內(nèi)申請(qǐng)人在該領(lǐng)域有較大優(yōu)勢(shì)的一個(gè)重要原因。當(dāng)然也不能排除由于中國科技發(fā)展迅速，很多國際企業(yè)紛紛在中國設(shè)立研發(fā)基地，并以國內(nèi)申請(qǐng)人的身份進(jìn)行申請(qǐng)的原因。其次，人臉識(shí)別技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)人中，申請(qǐng)量排名前10的申請(qǐng)人分別是：北京中星微電子有限公司（74件，約占總量的2.8%）、漢王科技股份有限公司（72件，約占總量的2.7%）、鴻海精密工業(yè)股份有限公司（70件，約占總量的2.7%）、鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司（63件，約占總量的2.4%）、上海銀晨智能識(shí)別科技有限公司（52件，約占總量的2%）、索尼株式會(huì)社（52件，約占總量的2%）、上海交通大學(xué)（49件，約占總量的1.9%）、中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所（32件，約占總量的1.2%）、清華大學(xué)（30件，約占總量的1.1%）和三星電子株式會(huì)社（29件，約占總量的1.1%）。其他申請(qǐng)量超過20件的申請(qǐng)人有：佳能株式會(huì)社、西安電子科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、索尼公司、富士膠片株式會(huì)社、皇家飛利浦電子股份有限公司、華南理工大學(xué)和華晶科技股份有限公司。前10名申請(qǐng)人申請(qǐng)量分布參見圖4。從圖4可以看出，排名前7家的公司申請(qǐng)量相差并不是很大，有齊頭并進(jìn)之勢(shì)，而排名靠后的3家申請(qǐng)人的申請(qǐng)量，實(shí)際與未進(jìn)入前10的那幾家申請(qǐng)量也相差不大。另外，前10名申請(qǐng)量之和在申請(qǐng)總量中所占的比重不到1/5，反映出人臉識(shí)別領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的集中度不高，并未出現(xiàn)壟斷的局面，而是呈現(xiàn)多家競爭的態(tài)勢(shì)，由于不同申請(qǐng)人對(duì)于該行業(yè)發(fā)展的促進(jìn)作用，更加有利于技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。而排名前10的申請(qǐng)人中企業(yè)占據(jù)7個(gè)位置，反映出該行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)較高，實(shí)際應(yīng)用能力較強(qiáng)，可以預(yù)見的是，將來必然能夠較大范圍地應(yīng)用到社會(huì)實(shí)踐之中，方便百姓的工作和生活。值得關(guān)注的是，排名前10的申請(qǐng)人中，除去企業(yè)之外，上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所和清華大學(xué)等高等院校的相關(guān)申請(qǐng)量也已經(jīng)位居前列；另外，西安電子科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、華南理工大學(xué)等多所科研院校的該領(lǐng)域相關(guān)申請(qǐng)量，雖然沒有進(jìn)入前10的行列，但也名列前茅，可見人臉識(shí)別領(lǐng)域的研究方向在高等院校的科研項(xiàng)目中受到很大的關(guān)注和重視，是相關(guān)領(lǐng)域科技發(fā)展的趨勢(shì)之一，而科研院校這種相對(duì)偏理論的申請(qǐng)人所提交申請(qǐng)量的大幅度增加，表明人臉識(shí)別技術(shù)在理論方面有很大的發(fā)展?jié)摿?，而且具有很好的?shí)踐前景。5技術(shù)上的企業(yè)申請(qǐng)下面通過分析申請(qǐng)量靠前的申請(qǐng)人的專利技術(shù)來把握一下目前的發(fā)展?fàn)顩r，首先是企業(yè)申請(qǐng)人，以北京中星微電子有限公司、漢王科技股份有限公司及索尼株式會(huì)社為例。5.1與應(yīng)用相結(jié)合的人臉識(shí)別技術(shù)北京中星微電子有限公司（74件，約占總量的2.8%），其申請(qǐng)主要可以分為如下3類：1）單純涉及圖像識(shí)別、人臉檢測(cè)及人臉跟蹤的方法：主要是通過提取特征值的方法獲得相關(guān)參數(shù)，然后通過查表比對(duì)等方式匹配出識(shí)別結(jié)果，特別是針對(duì)人臉關(guān)鍵器官外輪廓特征點(diǎn)定位與跟蹤的方法及裝置，例如雙眼區(qū)域定位（CN101196998A）、人臉眼角與嘴角定位與跟蹤（CN101216882A）、人臉特征點(diǎn)定位方法及裝置（CN101350063A）、最大臉檢測(cè)和跟蹤（CN101196997A）等，另外也包括識(shí)別對(duì)象的年齡、性別、表情、姿態(tài)等算法。2）與人臉識(shí)別相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)處理：例如基于人臉檢測(cè)的視頻壓縮容錯(cuò)方法及編解碼方法（CN101257635A;CN101316366A）、基于人臉檢測(cè)的圖像保存方法（CN101266650A）、用于人臉檢測(cè)的圖像亮度調(diào)節(jié)控制方法和裝置（CN101271523A）等。3）與應(yīng)用相結(jié)合的人臉識(shí)別技術(shù)，身份識(shí)別類的有電子警察系統(tǒng)以及應(yīng)用于電子警察系統(tǒng)的信息識(shí)別方法（CN101436348A）、自動(dòng)門鈴（CN101183477A）、基于網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)掛號(hào)方法及其系統(tǒng)（CN101221672A）等，控制類的有即時(shí)通信軟件的用戶界面控制方法及系統(tǒng)（CN200810117299A）、實(shí)現(xiàn)視力保護(hù)的顯示器（CN101192270A）等，信息獲取的有信息自動(dòng)索取的控制方法和裝置（CN101286201A）、電子設(shè)備使用狀況的判定方法和系統(tǒng)（CN101290539A）等?？傮w來看，北京中星微電子有限公司的申請(qǐng)全部為發(fā)明專利申請(qǐng)，說明其在研發(fā)方面投入的精力較多，技術(shù)含量相對(duì)也較高，且第3類數(shù)量最多，數(shù)量接近總數(shù)的一半，說明與應(yīng)用結(jié)合的人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)到了實(shí)用的階段。5.2專利分類申請(qǐng)漢王科技股份有限公司（72件，約占總量的2.7%），其專利申請(qǐng)既包括發(fā)明專利申請(qǐng)，又包括實(shí)用新型專利申請(qǐng)和外觀專利申請(qǐng)相結(jié)合，其中實(shí)用新型專利申請(qǐng)主要是與應(yīng)用結(jié)合的系統(tǒng)，例如基于人臉和掌紋識(shí)別的智能門鎖（CN202431068U）、人臉識(shí)別智能鎖具（CN202417058U）等，說明該公司比較了解專利保護(hù)的相關(guān)規(guī)定，有側(cè)重地進(jìn)行分類申請(qǐng)，并通過不同的申請(qǐng)類型對(duì)內(nèi)部技術(shù)和外觀提供了全面的保護(hù)。另外，除了人臉識(shí)別算法的相關(guān)申請(qǐng)以外，該公司還提交了與人臉識(shí)別相關(guān)的光學(xué)元件及攝像元件申請(qǐng)，例如用于人臉識(shí)別的紅外濾光片及制作方法（CN101470225A）、斜坡式圖像獲取裝置及人臉識(shí)別系統(tǒng)（CN101615243A）、雙攝像頭人臉識(shí)別裝置和方法（CN101639891A）等，以及與其他生物識(shí)別技術(shù)結(jié)合的人臉識(shí)別技術(shù)申請(qǐng)，例如掌紋和人臉融合識(shí)別的身份認(rèn)證方法及裝置（CN102332093A）、紅外人臉識(shí)別和指紋識(shí)別的雙重身份認(rèn)證設(shè)備（CN201207195Y）等。5.3圖像拍攝設(shè)備索尼株式會(huì)社（52件，約占總量的2%），作為世界知名的圖像設(shè)備生產(chǎn)商，該公司在圖像處理領(lǐng)域有著深厚的技術(shù)積累和雄厚的技術(shù)力量，因此，該公司專利申請(qǐng)的一大特點(diǎn)是與圖像處理設(shè)備相結(jié)合，例如通過檢測(cè)笑臉來進(jìn)行自動(dòng)拍攝的成像設(shè)備（CN101325658A），通過確定對(duì)象的臉部位于自動(dòng)對(duì)焦點(diǎn)處，來執(zhí)行適合于臉部的自動(dòng)對(duì)焦、自動(dòng)曝光及自動(dòng)白平衡的圖像拍攝設(shè)備（CN101335837A），可以檢測(cè)臉部特征及臉部表情的成像裝置（CN101369307A）等等。另外，該公司的申請(qǐng)以算法為主，例如通過統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)來選擇用于識(shí)別個(gè)人的特征點(diǎn)和特征的人臉圖像處理設(shè)備、方法及計(jì)算機(jī)程序（CN101377814A），根據(jù)面部方向生成基于面部圖像中面部預(yù)定特征位置的統(tǒng)計(jì)分布的權(quán)重分布，評(píng)價(jià)面部圖像的每個(gè)預(yù)定區(qū)域以確定該區(qū)域是否是面部的預(yù)定特征，并根據(jù)權(quán)重分布和評(píng)價(jià)值識(shí)別面部預(yù)定特征的信息處理設(shè)備、方法和程序（CN101533472A），將臉部圖像投影到三維模型的表面上，再變換成二維圖像，通過生成的二維圖像與目標(biāo)圖像進(jìn)行比較來識(shí)別目標(biāo)圖像中包含的臉部圖像處理裝置和方法（CN101604387A）等等。由此可見，作為國內(nèi)企業(yè)申請(qǐng)人代表的中星微電子有限公司、漢王科技股份有限公司的申請(qǐng)比較偏重于應(yīng)用領(lǐng)域的研究，而作為國外企業(yè)申請(qǐng)人代表的索尼株式會(huì)社則比較偏向于人臉識(shí)別算法的研究，且與其產(chǎn)品結(jié)合比較緊密。5.4實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)其次是高校及科研機(jī)構(gòu)申請(qǐng)人，以上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所及清華大學(xué)為例，作為中國的知名學(xué)府，上海交通大學(xué)和清華大學(xué)在人臉識(shí)別技術(shù)的研究方面也走在了行業(yè)的前沿，并且與企業(yè)申請(qǐng)人不同的是，他們提出的專利申請(qǐng)更加偏重于算法研究方面，例如利用降維方法進(jìn)行人臉姿態(tài)估計(jì)的方法（CN101021900A）、基于幾何保存的人臉子空間識(shí)別方法（CN101038622A）、基于稀疏貝葉斯回歸的人臉姿勢(shì)識(shí)別方法（CN101079103A）、基于切信息的人臉識(shí)別方法（CN101079104A）、基于流形學(xué)習(xí)的人臉識(shí)別方法（CN101079105A）、基于級(jí)聯(lián)分類和哈夫圓變換的人眼狀態(tài)檢測(cè)方法（CN101127076A）、基于相關(guān)向量機(jī)和提升學(xué)習(xí)的多人臉跟蹤方法（CN101231703A）、基于受限玻爾茲曼機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉姿態(tài)識(shí)別方法（CN1952953A）、基于各向異性雙樹復(fù)小波包變換的人臉識(shí)別方法（CN101271521A）、基于人臉全自動(dòng)定位的三維人臉識(shí)別方法（CN101320484A）、制作超低分辨率人臉模擬像的方法（CN101739676A）、結(jié)合形狀特征的稀疏表示人臉識(shí)別方法（CN101819628A）、復(fù)雜背景圖像中的魯棒人臉檢測(cè)方法（CN1731417A）等。而作為科研單位代表的中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所，則非常注重研究內(nèi)容與實(shí)用性的結(jié)合，例如基于局部描述子的人臉快速檢測(cè)方法（CN101055617A）、用于人臉識(shí)別的高效提升訓(xùn)練方法（CN101075291A）等，并且有一些申請(qǐng)是與企業(yè)合作共同提出的，例如基于視頻流的三維人臉動(dòng)作檢測(cè)和跟蹤方法（CN101499128A）、圖像采集裝置及應(yīng)用該裝置的人臉識(shí)別系統(tǒng)和方法(CN101226587A）、基于圖像比的光照變化下的人臉識(shí)別方法（CN1855118A）、基于生物護(hù)照