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人臉識(shí)別技術(shù)基本原理拆解
2022-03-10 11:11:33

人臉識(shí)別產(chǎn)品早已被應(yīng)用到生活的各個(gè)場(chǎng)景之中。但是你了解它的應(yīng)用原理嗎?本篇文章里,作者便將人臉識(shí)別原理進(jìn)行了拆解。感興趣的話就一起看下去吧。

現(xiàn)在AI發(fā)展的如火如荼,我們已逐步進(jìn)入智能時(shí)代。雖然人工智能偏技術(shù)類,學(xué)習(xí)和理解需要一定的技術(shù)背景和數(shù)學(xué)做支撐。但拆開看,其原理、方法、思路并不復(fù)雜,「不懂技術(shù)」的產(chǎn)品經(jīng)理也能理解。

人工智能牽扯很多學(xué)科,知識(shí)點(diǎn)盤根錯(cuò)節(jié),需要具備多學(xué)科的知識(shí)儲(chǔ)備。從學(xué)習(xí)路徑上看,比較適合做成系列,從淺入深,從基礎(chǔ)到應(yīng)用,逐漸深入。但無形中提高了學(xué)習(xí)門檻,降低了學(xué)習(xí)的興趣,導(dǎo)致很難堅(jiān)持。

有感于此,我想以一種輕松、探索的視角,跟大家一起摸索,用簡(jiǎn)單、直白的方式來學(xué)習(xí)AI。這樣,雖然會(huì)有錯(cuò)誤、遺漏等,但學(xué)習(xí)難度會(huì)降低,那就在過程中完善吧,畢竟「模糊的正確大于精確的錯(cuò)誤」。


一、人臉識(shí)別產(chǎn)品

我們從人臉識(shí)別開始,逐步了解其技術(shù)路徑的演變和原理等,今天先從最簡(jiǎn)單的原理講起。

人臉識(shí)別其實(shí)很早就有了,多年前就以人臉考勤的方式出現(xiàn),但由于使用效果不好,用戶體驗(yàn)不佳,逐步被市場(chǎng)淘汰。

而這一波人工智能的火熱,計(jì)算能力、模型等都是其重要推動(dòng)力,但更重要的是產(chǎn)品能夠落地,能夠在實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景中使用。

尤其是人臉識(shí)別,產(chǎn)品在識(shí)別精度、速度、用戶友好度等多個(gè)方面都有明顯提升,用戶和市場(chǎng)的接受度明顯上升。


二、圖像表示

了解人臉識(shí)別,先要從圖像表示講起。

大家都知道,計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和處理的是二進(jìn)制,不管我們輸入的是文本、圖像、聲音,計(jì)算機(jī)都是用一定長(zhǎng)度的二進(jìn)制串進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。

我們先以黑白圖片為例,看看計(jì)算機(jī)是怎么表示的。

計(jì)算機(jī)程序可以將黑白圖片可以表示為灰度圖像。在灰度圖像中,一個(gè)像素使用8個(gè)比特位,從而可以表示256個(gè)灰度階,表示范圍是0-255。其中0代表純黑色,255代表純白色。

一個(gè)字節(jié)可以表示一個(gè)像素,那怎么表示一張圖片呢,用矩陣進(jìn)行表示。

簡(jiǎn)單來說,就是表格,比如可以使用8行8列來表示一張8*8的灰度圖片。

這樣我們就解決了圖像的表示問題,建立了圖像和矩陣的等價(jià)關(guān)系。圖片可以轉(zhuǎn)化為矩陣,通過矩陣也可以恢復(fù)原始圖片。

大家能算出來下面的矩陣表示什么嗎?

人臉識(shí)別的基本原理

對(duì)的,一眼就看出來了數(shù)字1,看來大家都有搞AI的天賦,加油。


三、圖像識(shí)別

通過矩陣表示圖像后,圖像的各種處理就轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,可以使用數(shù)學(xué)的理論和方法進(jìn)行解決,而這正是計(jì)算機(jī)所擅長(zhǎng)的。

我們輸入圖片,希望計(jì)算機(jī)能夠?qū)?nèi)容識(shí)別出來,將結(jié)果輸出。

仍以數(shù)字為例,當(dāng)輸入圖片并用矩陣表示后,通過將灰度值轉(zhuǎn)化為灰度,可以輕松辨識(shí)其所表示的內(nèi)容。

但在計(jì)算機(jī)的世界里,只有0和1。想要通過辨識(shí)矩陣內(nèi)容并將結(jié)果輸出,就必須建立矩陣到結(jié)果的映射。這樣,輸入一張圖片,經(jīng)過處理和計(jì)算后,才能輸出一個(gè)數(shù)字。

很樸素的想法就是將各個(gè)數(shù)字所代表的矩陣提前存放在計(jì)算機(jī)內(nèi),當(dāng)輸入一張圖片后,計(jì)算機(jī)通過計(jì)算,從而找到最適合的數(shù)字進(jìn)行輸出。

舉個(gè)例子,更容易理解一些。比如,計(jì)算機(jī)內(nèi)部已經(jīng)存放了包含數(shù)字1和7以及它們所對(duì)應(yīng)的灰度矩陣。

人臉識(shí)別的基本原理

數(shù)字1

人臉識(shí)別的基本原理

數(shù)字7

當(dāng)新輸入一張圖像后,程序會(huì)自動(dòng)計(jì)算它的矩陣與這些矩陣的相似度。相似度計(jì)算可使用的公式很多,比如可以使用百分比,距離等。

簡(jiǎn)單起見,就使用兩個(gè)矩陣對(duì)應(yīng)元素之差的絕對(duì)值之和或者平方和等,計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速運(yùn)算,找到最相似的矩陣,然后將其所代表的數(shù)字進(jìn)行輸出。

當(dāng)輸入以下內(nèi)容時(shí),經(jīng)過簡(jiǎn)單計(jì)算,可以知道輸出結(jié)果為 7。

人臉識(shí)別的基本原理


四、人臉表示

既然可以用矩陣來表示圖片,人臉也是照片,那么也可以用同樣的方法來進(jìn)行表示,下面的這張人臉可以表示為:

人臉識(shí)別的基本原理

人臉照片

人臉識(shí)別的基本原理

矩陣表示


五、人臉識(shí)別

雖然被叫做人臉識(shí)別,但更準(zhǔn)確的名字應(yīng)該是「人臉比對(duì)」。人臉識(shí)別的背后,是一張待比對(duì)圖片和人臉底庫中的所有照片進(jìn)行比對(duì),從而判別圖片中人員的身份。

一般來說,待比對(duì)照片就是我們?cè)谌粘I钪斜桓鞣N設(shè)備所采集的照片,比如通過人臉識(shí)別考勤機(jī)抓拍的照片。

由于環(huán)境、姿勢(shì)等原因,采集的照片具有很大的差異,導(dǎo)致比對(duì)成功率不高。為了提升比對(duì)的成功率和速度,很多時(shí)候會(huì)同時(shí)抓拍多張人臉進(jìn)行識(shí)別,但每次比對(duì)的時(shí)候輸入照片只有一張。

人臉識(shí)別的基本原理

所謂的人臉底庫就是我們?cè)谙到y(tǒng)中提前錄入的人臉照片,照片和我們的名字一一對(duì)應(yīng)。根據(jù)人臉底庫中照片數(shù)量的不同,可以將人臉比對(duì)分為1:1和1:N,由于數(shù)量不同這兩種方法的計(jì)算量和計(jì)算方法也不盡相同。


1. 1:1

1:1最常見的場(chǎng)景就是人證比對(duì),比如我們?cè)诔烁哞F時(shí)所遇到的這種設(shè)備。

前面的1代表我們從設(shè)備中采集的照片,而后面的1代表身份證中的照片,通過將現(xiàn)場(chǎng)采集的照片和身份證中存放的照片進(jìn)行比對(duì),通過判別持證人是否為本人。

這種情況下只涉及到兩張圖片的比對(duì),計(jì)算量相對(duì)較小。

可能用在火車票安檢等場(chǎng)景中,所以要求的精度較高。

身份證中的照片像素較小,通過市面上的身份證讀卡器讀取出來的照片僅為100*100像素左右,給精度帶來了一定的挑戰(zhàn)。

目前這個(gè)領(lǐng)域相對(duì)成熟,使用場(chǎng)景正在逐步鋪開。


2. 1:N

1:N是1張人臉和底庫中的N張人臉進(jìn)行比對(duì)。

比如在考勤機(jī)中,我們的人臉底庫中包含全公司的所有人臉照片。當(dāng)上班打卡時(shí),考勤機(jī)采集到人臉輸入系統(tǒng),經(jīng)過比對(duì)后輸出員工身份。

這種情況下計(jì)算量相對(duì)較大,時(shí)效性和識(shí)別精度太低又會(huì)影響用戶體驗(yàn),所以廠商一般會(huì)綜合考慮權(quán)衡,在設(shè)備的參數(shù)中標(biāo)注所支持的人臉數(shù)量。

這一波人工智能的發(fā)展,帶動(dòng)了1:N領(lǐng)域人臉識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步,更多的產(chǎn)品能夠在各個(gè)場(chǎng)景中落地。比如智慧城市、智慧家居等。

國(guó)內(nèi)廠商也借著這一波東風(fēng),加快技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品落地,誕生了著名的AI視覺四小龍等獨(dú)角獸。

今天梳理了人臉識(shí)別的基本原理,整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程雖然看起來很簡(jiǎn)單,但技術(shù)卻在基本原理的基礎(chǔ)上持續(xù)完善和進(jìn)步,最終達(dá)到比較好的效果。


丁少恭
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一、根據(jù)《網(wǎng)絡(luò)信息內(nèi)容生態(tài)治理規(guī)定》《中華人民共和國(guó)未成年人保護(hù)法》等法律法規(guī),對(duì)以下違法、不良信息或存在危害的行為進(jìn)行處理。
1. 違反法律法規(guī)的信息,主要表現(xiàn)為:
    1)反對(duì)憲法所確定的基本原則;
    2)危害國(guó)家安全,泄露國(guó)家秘密,顛覆國(guó)家政權(quán),破壞國(guó)家統(tǒng)一,損害國(guó)家榮譽(yù)和利益;
    3)侮辱、濫用英烈形象,歪曲、丑化、褻瀆、否定英雄烈士事跡和精神,以侮辱、誹謗或者其他方式侵害英雄烈士的姓名、肖像、名譽(yù)、榮譽(yù);
    4)宣揚(yáng)恐怖主義、極端主義或者煽動(dòng)實(shí)施恐怖活動(dòng)、極端主義活動(dòng);
    5)煽動(dòng)民族仇恨、民族歧視,破壞民族團(tuán)結(jié);
    6)破壞國(guó)家宗教政策,宣揚(yáng)邪教和封建迷信;
    7)散布謠言,擾亂社會(huì)秩序,破壞社會(huì)穩(wěn)定;
    8)宣揚(yáng)淫穢、色情、賭博、暴力、兇殺、恐怖或者教唆犯罪;
    9)煽動(dòng)非法集會(huì)、結(jié)社、游行、示威、聚眾擾亂社會(huì)秩序;
    10)侮辱或者誹謗他人,侵害他人名譽(yù)、隱私和其他合法權(quán)益;
    11)通過網(wǎng)絡(luò)以文字、圖片、音視頻等形式,對(duì)未成年人實(shí)施侮辱、誹謗、威脅或者惡意損害未成年人形象進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)欺凌的;
    12)危害未成年人身心健康的;
    13)含有法律、行政法規(guī)禁止的其他內(nèi)容;


2. 不友善:不尊重用戶及其所貢獻(xiàn)內(nèi)容的信息或行為。主要表現(xiàn)為:
    1)輕蔑:貶低、輕視他人及其勞動(dòng)成果;
    2)誹謗:捏造、散布虛假事實(shí),損害他人名譽(yù);
    3)嘲諷:以比喻、夸張、侮辱性的手法對(duì)他人或其行為進(jìn)行揭露或描述,以此來激怒他人;
    4)挑釁:以不友好的方式激怒他人,意圖使對(duì)方對(duì)自己的言論作出回應(yīng),蓄意制造事端;
    5)羞辱:貶低他人的能力、行為、生理或身份特征,讓對(duì)方難堪;
    6)謾罵:以不文明的語言對(duì)他人進(jìn)行負(fù)面評(píng)價(jià);
    7)歧視:煽動(dòng)人群歧視、地域歧視等,針對(duì)他人的民族、種族、宗教、性取向、性別、年齡、地域、生理特征等身份或者歸類的攻擊;
    8)威脅:許諾以不良的后果來迫使他人服從自己的意志;


3. 發(fā)布垃圾廣告信息:以推廣曝光為目的,發(fā)布影響用戶體驗(yàn)、擾亂本網(wǎng)站秩序的內(nèi)容,或進(jìn)行相關(guān)行為。主要表現(xiàn)為:
    1)多次發(fā)布包含售賣產(chǎn)品、提供服務(wù)、宣傳推廣內(nèi)容的垃圾廣告。包括但不限于以下幾種形式:
    2)單個(gè)帳號(hào)多次發(fā)布包含垃圾廣告的內(nèi)容;
    3)多個(gè)廣告帳號(hào)互相配合發(fā)布、傳播包含垃圾廣告的內(nèi)容;
    4)多次發(fā)布包含欺騙性外鏈的內(nèi)容,如未注明的淘寶客鏈接、跳轉(zhuǎn)網(wǎng)站等,誘騙用戶點(diǎn)擊鏈接
    5)發(fā)布大量包含推廣鏈接、產(chǎn)品、品牌等內(nèi)容獲取搜索引擎中的不正當(dāng)曝光;
    6)購買或出售帳號(hào)之間虛假地互動(dòng),發(fā)布干擾網(wǎng)站秩序的推廣內(nèi)容及相關(guān)交易。
    7)發(fā)布包含欺騙性的惡意營(yíng)銷內(nèi)容,如通過偽造經(jīng)歷、冒充他人等方式進(jìn)行惡意營(yíng)銷;
    8)使用特殊符號(hào)、圖片等方式規(guī)避垃圾廣告內(nèi)容審核的廣告內(nèi)容。


4. 色情低俗信息,主要表現(xiàn)為:
    1)包含自己或他人性經(jīng)驗(yàn)的細(xì)節(jié)描述或露骨的感受描述;
    2)涉及色情段子、兩性笑話的低俗內(nèi)容;
    3)配圖、頭圖中包含庸俗或挑逗性圖片的內(nèi)容;
    4)帶有性暗示、性挑逗等易使人產(chǎn)生性聯(lián)想;
    5)展現(xiàn)血腥、驚悚、殘忍等致人身心不適;
    6)炒作緋聞、丑聞、劣跡等;
    7)宣揚(yáng)低俗、庸俗、媚俗內(nèi)容。


5. 不實(shí)信息,主要表現(xiàn)為:
    1)可能存在事實(shí)性錯(cuò)誤或者造謠等內(nèi)容;
    2)存在事實(shí)夸大、偽造虛假經(jīng)歷等誤導(dǎo)他人的內(nèi)容;
    3)偽造身份、冒充他人,通過頭像、用戶名等個(gè)人信息暗示自己具有特定身份,或與特定機(jī)構(gòu)或個(gè)人存在關(guān)聯(lián)。


6. 傳播封建迷信,主要表現(xiàn)為:
    1)找人算命、測(cè)字、占卜、解夢(mèng)、化解厄運(yùn)、使用迷信方式治病;
    2)求推薦算命看相大師;
    3)針對(duì)具體風(fēng)水等問題進(jìn)行求助或咨詢;
    4)問自己或他人的八字、六爻、星盤、手相、面相、五行缺失,包括通過占卜方法問婚姻、前程、運(yùn)勢(shì),東西寵物丟了能不能找回、取名改名等;


7. 文章標(biāo)題黨,主要表現(xiàn)為:
    1)以各種夸張、獵奇、不合常理的表現(xiàn)手法等行為來誘導(dǎo)用戶;
    2)內(nèi)容與標(biāo)題之間存在嚴(yán)重不實(shí)或者原意扭曲;
    3)使用夸張標(biāo)題,內(nèi)容與標(biāo)題嚴(yán)重不符的。


8.「飯圈」亂象行為,主要表現(xiàn)為:
    1)誘導(dǎo)未成年人應(yīng)援集資、高額消費(fèi)、投票打榜
    2)粉絲互撕謾罵、拉踩引戰(zhàn)、造謠攻擊、人肉搜索、侵犯隱私
    3)鼓動(dòng)「飯圈」粉絲攀比炫富、奢靡享樂等行為
    4)以號(hào)召粉絲、雇用網(wǎng)絡(luò)水軍、「養(yǎng)號(hào)」形式刷量控評(píng)等行為
    5)通過「蹭熱點(diǎn)」、制造話題等形式干擾輿論,影響傳播秩序


9. 其他危害行為或內(nèi)容,主要表現(xiàn)為:
    1)可能引發(fā)未成年人模仿不安全行為和違反社會(huì)公德行為、誘導(dǎo)未成年人不良嗜好影響未成年人身心健康的;
    2)不當(dāng)評(píng)述自然災(zāi)害、重大事故等災(zāi)難的;
    3)美化、粉飾侵略戰(zhàn)爭(zhēng)行為的;
    4)法律、行政法規(guī)禁止,或可能對(duì)網(wǎng)絡(luò)生態(tài)造成不良影響的其他內(nèi)容。


二、違規(guī)處罰
本網(wǎng)站通過主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和接受用戶舉報(bào)兩種方式收集違規(guī)行為信息。所有有意的降低內(nèi)容質(zhì)量、傷害平臺(tái)氛圍及欺凌未成年人或危害未成年人身心健康的行為都是不能容忍的。
當(dāng)一個(gè)用戶發(fā)布違規(guī)內(nèi)容時(shí),本網(wǎng)站將依據(jù)相關(guān)用戶違規(guī)情節(jié)嚴(yán)重程度,對(duì)帳號(hào)進(jìn)行禁言 1 天、7 天、15 天直至永久禁言或封停賬號(hào)的處罰。當(dāng)涉及欺凌未成年人、危害未成年人身心健康、通過作弊手段注冊(cè)、使用帳號(hào),或者濫用多個(gè)帳號(hào)發(fā)布違規(guī)內(nèi)容時(shí),本網(wǎng)站將加重處罰。


三、申訴
隨著平臺(tái)管理經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富,本網(wǎng)站出于維護(hù)本網(wǎng)站氛圍和秩序的目的,將不斷完善本公約。
如果本網(wǎng)站用戶對(duì)本網(wǎng)站基于本公約規(guī)定做出的處理有異議,可以通過「建議反饋」功能向本網(wǎng)站進(jìn)行反饋。
(規(guī)則的最終解釋權(quán)歸屬本網(wǎng)站所有)

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