人脸识别技术在机场应用的研究

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摘 要：人脸识别，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物特征识别技术。近年来，随着处理器和图像采集设备性能提升和成本日渐降低，使人脸识别技术应用于实际生产生活成为可能。本文通过对人脸识别技术的分析和研究，提出了人脸识别技术在机场应用的场景，为人脸识别技术在民航业的应用提供思路。

关键词：人脸识别；机场；安检；服务

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）05-0022-02

1 人脸识别概述

人脸识别，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物特征识别技术。常用的生物特征有：人脸识别、虹膜识别、指纹识别、声音识别等，人脸识别以其自然性、可接受性、采集方便、成本低廉等优势受到了人们的青睐，发展迅速，随着统计学习方法的发展，使人脸识别在生物特征识别技术中占据了重要的位置。

人脸识别技术作为多学科领域的、具有挑战性的难题，它涉及了人工智能、機器学习、模式识别、心理学、光学、计算机视觉、视频图像处理等诸多学科的内容[1]。许多模式识别的经典理论和方法都是针对人脸识别研究而提出，后来又被应用于其它学科领域。因此人脸识别技术的研究是以上诸多学科的融会贯通，是一个交叉研究的平台。

人脸识别通常要用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，包括人脸图像采集、人脸定位、人脸识别预处理、身份确认以及身份查找等，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部的一系列检测验别。近年来，人脸识别硬件的进化速度很快，处理器和图像采集设备性能提升和成本日渐降低，镜头模组的更高分辨率、更小体积、更低功耗等，都意味着几乎所有的智能设备原则上都已具备安装和部署人脸识别的技术基础和可能性，数码相机、摄像机、拍照手机的不断普及极大地拓展了人脸识别技术的使用空间。由此可见，人脸识别不仅具有非常重要的科研意义，同时也具有非常广泛的应用意义。

2 人脸识别研究背景

2.1 人脸识别研究内容

人脸识别技术是基于人的脸部特征，对输入的人脸图像或者视频，判断其是否存在人脸，如果存在，则进一步给出每个脸的位置、大小和各个主要面部器官的位置信息，并根据这些信息，进一步提取每个人脸中蕴涵的身份特征，并将其与已知的人脸进行对比，从而识别每个人脸的身份[2]。从人脸识别的流程中可以看出，人脸识别主要包含人脸检测、预处理、特征提取，匹配与识别几个方面，从这几个方面入手，人脸识别的研究内容主要包括：人脸检测和跟踪、特征点定位、特征提取、特征匹配等。

2.2 国内外研究现状

人脸识别的研究始于20世纪60年代，80年代后随着计算机技术和光学成像技术的发展得到提高，90年代后期，一些商业性的人脸识别系统进入了市场，但是，这些技术和系统离实用化还有一定的距离，性能和准确性也差强人意。

根据人脸识别技术发展阶段的不同，可以将其粗略地划分为三个阶段：

第一阶段，人脸识别算法的研究基本集中于基于人脸几何特征的方法，以及基于人脸模板的识别方法。但由于这两种方法对图像的清晰度要求比较高，普适性不好，因此在现实应用中，容易产生偏差，经常出现误检、漏检。

第二阶段，主要是基于统计理论和基于代数特征的识别方法的研究。其中基于代数特征的识别算法应用非常广泛[3]。

第三阶段，随着高性能计算机的发展及人民对人脸识别算法的不断摸索，人脸识别的方法有了较大的突破，目前已有多种机器全自动识别系统的成功案例。

目前，国内外很多研究机构在人脸识别方面取得了卓越的成果。其中位于美国的麻省理工学院（MIT）的人工智能实验室以及媒体实验室、卡耐基梅隆大学（CMU）的机器人研究所、耶鲁大学、密西根州立大学（MSU）等机构对人脸识别方法的发展都做出了不可磨灭的贡献。此外，德国、韩国、英国、日本、新加坡等研究机构及搞笑对人脸识别的研究也做出了突出的贡献。

相对于国外来说，国内机构对人脸检测识别的研究起步将对较晚，但在众多研究学者的努力下，国内的人脸检测识别领域也取得了不错的成绩，其中以清华大学提出的对肤色检测方面的算法改进，以及哈尔滨工业大学实现的多级结构的人脸检测与跟踪系统尤为突出。相信在不久的将来，这一研究领域的研究和产品开发工作将处于世界的前列。

总之，人脸识别技术有着非常广阔的应用前景，自动的人脸识别系统在各种不同的领域中的应用必将对人们的生活产生深远的影响。

3 人脸识别在机场行业的潜在应用

中国民航客流近年来持续2位数增长，在未来20年时间里，民航客流还将持续高增长，机场繁忙程度将不断加剧，“一证通关”的实现，会对机场的未来发展带来较大的影响。

3.1 提升机场安检质量与效率

机场安检工作包括对旅客、机组人员和民航工作人员的行李物品及人身的检查，对货主的货物和邮件进行检查，还包括对民用航空器的监护和候机楼隔离区、行李分检装卸区、货物存放区、航空器活动区和维修区的监护工作。

不管对于旅客或货主的身份辨别，还是机场员工以及机组人员的身份辨别，都需要经过机场安检体系的证件检查程序。仅凭安检员肉眼人工识别证件的真伪，工作量大，错误率也高[4]。人脸识别技术的引入可以很好地解决这一问题。

位于安检口的摄像头在捕捉人脸图像后，系统会自动将旅客证件照片与之核对，识别旅客身份，其准确率远高于人眼识别，即使旅客换了发型、化了浓妆也没关系。

在登机口的安检二次复查也可以由原来的人工复查确认升级为自助登机。在安检信息系统中融入人脸识别技术，联动闸机设备，旅客登机复查的头像与安检验证记录的图像进行比对，身份得到确认后，可直接开启闸机门登机。

在廊桥端的最后一次乘客身份确认是安检的最后一道关，可以在廊桥固定端处进行人脸抓拍，自动将抓拍到的图像与本航班的旅客在安检入口现场的采集的图像进行比对，把非本航班的旅客提前识别出来通知工作人员，提高安检的效率和准确行，把好安检的最后一道关。

目前这种基于人脸识别的快速通关系统在中国香港、中国澳门、新加坡、美国、日本和巴西等地的机场都已投入使用。从2017年1月1日起，各机场开始实施新版《民用航空安全检查规则》，这意味着被社会和行业普遍认为“一证通关”将在民航业开始推行，乘机时只需身份证，无需登机牌，人脸识别技术必将成为“一证通关”的安全保障。

另外，员工通道系统也可以融入人脸识别技术，在工作人员进入员工通道时，系统自动抓取人脸图像与员工信息预留照片进行比对判断是否放行通过。减少安检人员的工作量，提高工作效率。

3.2 多功能智慧航显

多功能智慧航显是基于人脸识别技术开发的航显系统。它为旅客提供更人性化的服务，能主动识别当前旅客身份，突出显示该旅客的航班信息及状态，并提供个性化的信息。还能与导航技术相结合为旅客提供当前位置到登机口的地图导航。另外，还可以为旅客提供所需的各种实时信息，如气象报告，旅游导航，新闻报道等。多功能智慧航显全面提高了机场的服务品质，使旅客的出行更加便利。

3.3 根据人流量统计，合理配备机场资源

基于人脸识别的运动目标的监测和跟踪统计技术可以统计出视频图像中的客流量。这一技术可以应用于机场安检通道人流量控制，根据各安检通道的客流量，安检部门可以合理配置安检人员，也可以作为是否开通新的安检通道的依据。这一技术与移动APP相结合，还可以自动为旅客推荐客流量少的安检通道，解决安检通道大面积拥挤排队的问题。

另外，客流量统计可以用于统计旅客到港数，利用大数据分析技术，可以识别出常旅客和VIP旅客，从而更有针对性地提供服务。

3.4 改变服务模式，提升VIP服务质量

机场贵宾厅和航空公司的VIP會员，由于人数多，目前都是分人管理，人员离职后，下一任职员很难在短时间内接受相应工作。人脸识别VIP技术，可以准确的识别会员的身份，通过调取会员的以往兴趣爱好、消费习惯，提前做好准备工作[5]。航空公司的乘务员在VIP会员进入机舱后，不必再问VIP会员想喝什么饮料、看什么报刊，而是直接就把VIP会员喜欢的饮料和报刊送到面前。目前这一功能已经通过人脸识别智能眼镜得以实现。

3.5 创新机场商业模式

通过人脸识别统计功能，可以知道旅客的购物习惯和喜好，通过与移动端的互连，在旅客进入候机楼就可以向旅客的移动设备推送相关商品的打折促销信息，并提供旅客从当前地点到相关店铺的路线信息。

另外人脸识别技术也可以与广告牌结合，手机观看者的信息，通过预测分析学的相关理论，识别出哪些人是潜在购买者，并采用多目标优化推荐算法，将旅客感兴趣的商品列表反馈到他的移动设备。

3.6 实时定位精准寻人

乘机时常见的一个情况就是登机时间已经到了，但个别旅客迟迟未到，飞机上的旅客都不得不苦苦等待，几名地勤人员拿着扩音器到处寻找，航班也因此延误，这种情况不仅耽误了其它旅客的出行时间，也是对紧缺的机场资源的一种不必要的浪费。基于人脸识别的实时定位和广播系统，可以根据旅客安检时留存的人脸识别的图像，精准定位到任意旅客在候机楼内所处的位置，并使用离他最近的广播系统对其进行广播，还可以呼叫离他最近的工作人员直接去找他。这一技术的应用对于节约机场资源，提高正点率有很大的帮助。另外，如果机场有人走失，这一技术也能迅速定位寻人。

4 “人脸识别”发展展望

人脸识别技术已经比较成熟，应用范围广泛，识别技术的准确率也日益提升。人脸识别已不再是遥不可及，束之高阁的技术研究，找准技术与业务的契合点，可以有效提高生产效率，提升服务水平。

目前，人脸识别技术在银川机场的八个应用场景已部署完成，其中安检人证合一比对，自助登机，出入口安防布控都已投入使用，收效甚佳。其它的应用也在逐步启用的过程中，需求与技术需要进一步调整融合。

人脸识别是一种成熟的人体生物识别技术，但与机场的业务结合还只是在起步阶段，对已使用的系统，要不断调整适应。未来，可以深入发掘关联业务领域，打造出更高效、更便捷、更人文的产品，为集团安全保障及整体经济效益增长作出积极贡献。

参考文献

[1]苏大伟.人脸识别技术在安全保卫工作中的应用及发展趋势研究[J].无线互联科技，2015，（21）：135-137.

[2]田珊.基于人脸识别的大数据分析在商业中的运用[J].技术创新，2016，（23）：13-14.

[3]胡大涛.人脸识别系统在机场安检中的应用[J]，计算机与网络，2016，（16）：33-34.

[4]张楠，陈新，王洪信.人脸识别技术与应用[J].科学技术，2014，（09）：21-22.

[5]张翠平.人脸识别技术综述[J].中国图像图形学报，2000，（11）：885-894.