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  4. 各大巨頭布局人臉識別,紅外LED方案為何最優?

    2018-04-03 13:42:55 發表

    從指紋識別到虹膜識別,生物識別被更多的消費電子廠商采用,大家對于技術的探討進入白熱化,但其實技術的比較意義不大,市場才能說明一切。

    從指紋識別到虹膜識別,生物識別逐步進入消費電子產品設備,全球生物識別市場預計 2020 年將達 250 億美元,其中目前增速最快的為臉部識別,在應用場景不斷增加的情況下,臉部識別極有可能是下一個消費設備創新的大方向,而在技術上紅外線 LED 窄帶濾波有望成為核心要素。

    臉部識別可能脫穎而出

    從指紋識別到虹膜識別,生物識別被更多的消費電子廠商采用,大家對于技術的探討進入白熱化,但其實技術的比較意義不大,市場才能說明一切。

    根據前瞻產業研究院統計,2007 年至 2013 年 6 年期間,生物識別技術的全球市場規模年均增速為 21.7%,這在全球大部分行業增長率不到 5% 的對比下實屬罕見。2015 年生物識別技術全球市場規模將達到130 億美元,2020 年將達到 250 億美元,5 年內年均增速約 14%。

    全球生物識別行業市場規模(億美元)

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    自 2015 年到 2020 年,各細分行業市場規模增幅分別為:指紋(73.3%)、語音(100%)、人臉(166.6%)、虹膜(100%)、其他(140%)。眾多生物識別技術中,人臉識別在增幅上居于首位,預計到 2020 年人臉識別技術市場規模將上升至 24 億美元。我們預計在智能設備滲透臉部識別的情況下,市場規??赡艽蟠蟪鲱A期。

    全球生物識別細分行業市場占比

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    五大生物識別各有特點,但是從市場占有率看,指紋識別之后最可能脫穎而出的預計是臉部識別。從商業角度看,支付寶、券商、銀行為主的金融服務機構已經在 2015 年開始大量采用臉部識別開戶、轉帳、付款等,以中國招商銀行為例,臉部識別能夠實現手機端超過 50 萬的轉帳,可見對于其安全性的認同。

    1. 指紋識別是目前應用最為廣泛的生物識別技術,技術成熟且成本低廉,廣泛應用于出勤、門禁等身份識別;但容易復制,且指紋磨損后影響識別精準度。

    2. 虹膜識別利用人眼圖像中虹膜區域的特征(環狀物、皺紋、斑點、冠狀物)形成特征模板,透過比較特征參數完成識別。該方法識別精準度高、不易仿造但相關設備價格昂貴。

    3. 語音識別透過分析語音的惟一特性進行身份驗證,其設備距離范圍大、安裝簡易,但識別準確度低,可能被錄音欺騙,且易受背景音、身體狀況、情緒等因素影響。

    4. 簽名識別是基于行為特征的生物識別技術,透過分析筆跡、壓力、書寫速度進行身份驗證。但簽名可仿造性高,且簽名工具、情緒等均可對簽名識別造成干擾。

    5. 臉部識別與其他生物識別方式相比,優勢在于自然性、不被察覺性等特點。自然性即該識別方式同人類進行個體識別時所利用的生物特征相同,人類也透過觀察比較人臉、聲音等資訊對其他個體進行區分和確認。因此,指紋識別、虹膜識別等均不具有自然性。不被察覺的特點使該識別方法不易使人抵觸,利用可見光即可獲取人臉圖像資訊,而指紋識別或虹膜識別需利用電子壓力傳感器或紅外線采集指紋、虹膜圖像,在采集過程中身份資訊即有可能被仿造。

      生物識別類別比較

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      業界巨頭紛紛布局

      任何的技術創新都能在專利和收購中提前知曉, 臉部識別進入智能設備這不僅僅是一種猜測,業界巨頭已經長期積極布局臉部識別

      1.蘋果公司先后收購 Polar Rose、Prime Sense、Perceptio、Faceshift、Emotient、Turi 等臉部識別相關技術公司。2.三星公司于 2010 年 12 月 29 日申請臉部識別設備、算法及機器可讀媒體專利;于 2004 年 6 月 19 日申請圖像識別特征提取的設備及演算法專利。

      3.華為公司申請至少 10 項臉部識別相關專利,如,確定人臉圖像中人臉的身份標識的方法、裝臵和設備。

      4.Google 先后收購臉部識別系統公司 PittPatt 和 Viewdle 后,截至 2016 年 6 月共申請 21 項臉部識別相關專利。

      5.Facebook 收購 Tel Aviv 后已于 2014 年上線臉部識別軟件 DeepFace。

      6.亞馬遜(Amazon)、微軟(Microsoft)亦分別申請 7 項及 6 項臉部識別專利。

      怎么辦到人臉識別

      人臉識別主要分為人臉檢測和人臉比對兩部分。其工作流程為:

      1. 圖像采集:透過采集傳感器(如鏡頭)采集人臉圖像。 2. 人臉定位及提?。?/span>然后對采集到的數據進行處理,去除采集數據中的噪聲和環境因素,抽取樣本中能夠表征個人身份的特征資訊。 3. 特征對比:再把這些特征資訊與數據庫中已有的資訊進行對比。 4. 輸出結果:最后根據比對的相似程度來判斷是否匹配。

      人臉識別流程

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      目前人臉識別市場的解決方案主要包括:2D 識別、3D 識別、熱感識別,目前市場上主流的識別方案是采用鏡頭的 2D 方案。2D 臉部識別是基于平面圖像的識別方法,但由于人的臉部并非平坦,因此 2D 識別在將 3D 人臉資訊平面化投影的過程中存在特征資訊損失。

      3D 與 2D 臉部識別的結果對比

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      3D 識別使用三維人臉立體建模方法,可最大程度保留有效資訊。因此 3D 人臉識別技術的演算法比 2D 演算法更合理并擁有更高精準度。熱傳感識別技術使用一個三層的 BP(back-propagation)前饋神經網做為分類器,在使用熱感資訊的同時使用不會被發型、呼吸等環境因素影響的關鍵臉部幾何資訊,如鼻梁角度、臉頰面積等影響,以增強識別精準度。

      臉部識別創新的熱感識別模式

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      從目前的發展看,主要分為商業系統、主流軟件、演算法等,我們認為設備的集成化應用需要整套解決方案,大廠商在這方面具有優勢。臉部識別的組件部分主要涉及:軟件部分為數據庫、演算法;硬件部分為鏡頭模組、集成設備、傳感器、芯片、IC、硬件接口電路、液晶顯示屏幕、儲存器等;以及整合軟硬件廠商的系統服務商。其中演算法為產業鏈核心環節,同時也是技術壁壘最高的環節。從目前中國設計臉部識別的公司看,主要還是提供鏡頭演算法等,硬件的價值可能被忽視。

      臉部識別的主要商業系統、主流軟件、主流演算法

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      紅外線 LED 窄帶濾波有望成為核心要素

      傳統的臉部識別技術主要基于可見光圖像的臉部識別,但這種方式有著難以克服的缺陷,近紅外線臉部識別系統能夠徹底解決環境光照影響問題。傳統可將識別在環境光照發生變化時,識別效果會急劇下降,無法滿足實際系統的要。比如,拍照時遇到側光時出現的“陰陽臉”現象,就可能無法正確識別。

      解決光照問題的方案有三維圖像人臉識別和熱成像人臉識別。但目前這兩種技術還遠不成熟,識別效果不盡人意?;诮t外線圖像的人臉識別核心技術和系統,在不同光線條件下,能夠拍攝不受環境光照變化影響的近紅外線人臉圖像,加上領先的演算法,能夠取得很高的識別率。

      不受環境光影響的近紅外線人臉圖像

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      近紅外線人臉識別包括兩部分:主動近紅外線人臉成像設備和相應的光照無關人臉識別演算法。使用強度高于環境光線的主動近紅外線光源成像,配合相應波段的光學濾片,可以得到環境無關的人臉圖像,人臉圖像只會隨著人與鏡頭的距離變化而單調變化。

      在此圖像上采用一些特定的特征提取方式,如:局部二元模式(Local Binary Pattern,LBP)特征,可以進一步消除圖像的單調變化,得到完全和光照無關的特征表達。近年來,近紅外線人臉識別在實際生活中已經有了諸多應用,例如“深圳-香港生物護照自助通關系統”、“澳門-珠海生物護照自助通關系統”、“北京機場 T3 航站大樓自助通關系統”等,均有很好的效果。

      主動近紅外線人臉成像設備能為人臉識別提供不受環境光影響的、高品質的人臉圖像,所謂的高品質包括圖像亮度合適、均勻、對比度合適、不存在過度曝光等。主動近紅外線人臉成像設備一般包括以下項目:

      在相應波段強度高于環境光的主動近紅外線光源,一般為高功率 850nm 和 940nm 紅外 LED;

      能夠接收近紅外線的鏡頭,通常為 CCD 圖像傳感器。CCD 具有體積小、重量輕、失真度小、功耗低、可低壓驅動、抗沖擊、抗振動、抗電磁干擾強的優點,因此被廣泛應用于各種圖像采集系統。在人臉識別系

      統中的 CCD 基本上是矽襯底的,其光譜響應范圍為 400nm~1100nm,該范圍也就是窄帶濾光片要考慮的光譜范圍;

      窄帶濾光片,置于攝影頭鏡頭外,允許近紅外線通過的同時過濾環境光。主要用來隔離干擾光,透過信號光,充分突顯有用資訊,減少干擾,為后續的圖像處理和識別奠定基礎。

      技術上紅外線 LED 窄帶濾光片有望成為核心因素。目前有些方案采用隔離可見光透過紅外線的紅外線玻璃做為濾光片,然而普通的紅外線玻璃 只是隔離了可見光和紫外光,并沒有隔離干擾光中處于紅外波段的部分。因此想得到良好的抗干擾效果,必須采用窄帶濾光片。

      普通吸收型顏色濾光片與窄帶濾光片曲線比較

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      850nm LED 的光譜分布

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      窄帶濾光片的選取需要考慮多個光學指標,包括頻寬、中心波長、截止波長、截止深度、峰值透過率、產品厚度等。從近期鏡頭與 AR 的發展看,中國的光學公司成為主力供應商,反映中國的光學實力足夠消費電子及特殊顯示的需求,窄帶濾光模組預計國際大客戶仍會采用中國供應商。

      窄帶濾光片的選取

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      (Source:網絡、安信證券研究中心)

      一款典型850 窄帶濾光片產品及其曲線圖

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