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智慧园区人脸识别

背景

1.1 项目背景

人脸识 别是一项热门的计算机技术研究领域,是一种 基于人的脸部特征信息进行身份辨识的生物认证技术,系统自 动在图像视频中跟踪和检测人脸,进而对 检测到的特征信息进行一系列相关技术处理,并与预 留的目标人脸信息进行比对,判断其 相似度进而智能识别被测人的身份。随着深 度神经网络技术在人脸识别上的应用使得这项技术发展至今,技术已经成熟,需要在 架构设计上对技术进行应用化平台化设计,以支持快速化识别,大规模化应用,以满足 各行业实际应用需求。
相较其 他识别技术具有本质的区别:
1) 非强制性:用户不 需要专门配合人脸采集设备,几乎可 以在无意识的状态下就可获取人脸图像,这样的取样方式没有“强制性”。
2)非接触性:没有侵犯性,不会令人反感,用户不 需要和设备直接接触就能获取人脸图像;
3) 并发性:在实际 应用场景下可以进行多个人脸的分拣、判断及识别;
4) 事后追踪能力强,简单易用,普通操 作人员即可进行判断核实。而普通 人一般不具备对于指纹、虹膜的判断能力。
 

系统设计

2.1 系统功能与结构

    系统结 构主要由前端摄像头、数据处理芯片、数据传输设备,后端计算系统,显示操作终端等组成:

图:系统结构总图
1)、前端摄像头:前端采 用高清网络摄像头,实现图像采集。
2)、数据处理芯片:负责数据采集,人脸检测、处理以及特征提取、接收人 脸服务器人脸名单,并且把 人脸图像数据和人脸特征数据传到后处理服务器。
3)、后处理服务器:接收数 据处理芯片传回的特征数据,并且存 储人脸图像数据;对部分 前端得分较低的人脸重新计算特征;与数据库数据比对,进行人脸识别;启动门禁及提示系统;名单管理;系统管理等。
各个分散式处理单元,组合灵活,扩展方便,处理单 元相互独立实现各自的检测,又可通 过人脸服务器相互联系,通过数 据中心实现人脸数据共通。实现检 测信息的综合统计分析,并共同 实现全面的检测,充分满足先进性、可行性、技术成熟、风险低、可扩展性。

2.2 主要技术指标

1、人脸识别速度要求:
l 识别时间:≤1s/次
2、人脸增删速度要求:
l 增删时间:≤800ms/次
3、误别率:
l 误识率:≤ 0.01%
4、拒识率:
l 拒识率:≤0.1%
5、后台最大名单数量:
l 后台最大名单数量:≤1000,000条
6、人脸特征匹配速度:
l 人脸特征匹配速度:>5亿次/秒
7、人脸角度适应范围:
l 人脸角度适应范围:上下俯仰±15°,左右旋转±45°,平面旋转±10
8、人脸识别最小尺寸:
l 人脸识别最小尺寸:>45×45像素的人脸可被识别
9、其他性能指标要求:
l 系统稳定性:系统要求实现7×24小时*365天连续稳定运行。
l 人脸距 摄像头最大距离:2米
l 人脸图像存储容量:>1000,000条
l 识别记录存储容量:>5亿条
l 系统温度适应范围:-20℃~60℃
l 系统湿度适应范围:5%~90%

2.3 系统特点

2.3.1 识别真实性

识别真 实性泛指人脸活体检测。为防止 恶意者伪造和窃取他人的人脸特征用于身份认证,人脸识 别系统需具有活体检测功能,即判断 提交的生物特征是否来自有生命的个体。
因此识 别真实性指标可以从以下几方面量化:
人脸假体类型 系统检测能力
手机、PAD照片 能够排除
手机、PAD视频 能够排除
各种材质打印照片 能够排除

2.3.2 识别唯一性

    识别唯 一性泛指人脸识别准确率。即要求 保障人脸识别结果与真人信息保持一致。主要性 能指标为误识率:≤ 0.01%

2.3.3 识别稳定性

极稳的 运行主要体现在硬件、软件、系统三个方面。
硬件方面:人脸活体检测、特征提 取采用专用的人脸处理单元。该处理 单元独立于道闸本身的硬件,使用标 准接口与道闸链接,因此不 会对道闸的运行造成任何风险。同时,人脸图像处理,也不会 因为道闸本身的配置而导致运行不稳定。
软件方面:前端设 备集成状态监控,保障设 备稳定平稳运行。监控状 态通过控制数据流传输到人脸服务器或者下发到处理模块,实现模块控制、错误反馈等功能。
系统方面:后台系统考虑可靠性、高可用性,双系统部署,负载均衡,保障系统稳定运行。

2.3.4 识别高效性

极速的体验,特指用户、维护人 员在使用过程中,设备整体运行快速,操作便捷。本方案设计从硬件、软件、系统方 面保障了极速的用户体验。
专用的人脸处理单元,极速完 成人脸活体验证、特征提取,并请求 人脸服务器进行比对。
人脸识别服务器,使用压缩的特征检索,通过软 件和算法的优化,极速完 成海量人脸业务。
数据中 心采用先进的设计理想,保障毫 秒级的检索能力,满足极速的用户体验。
人脸处理单元、人脸服务器、数据中 心等功能设计完备、各自提 供非常友好的界面、并通过 他们实现整个系统与操作、维护、管理等 使用者的友好交互、便捷操作界面。

2.3.5 系统的简洁性

在道闸改造中,只需极小的空间,即可完成安装。本方案 将算法处理与业务处理剥离。在道闸前端只需安装:摄像头、人脸识 别处理单元两个模块。
摄像机头,采用海 康威视高清摄像头,小巧便于安装。
人脸识别处理单元,采用高 集成图形处理芯片,体积小,功率小,自带散热,可以极小的空间,方便安 装在机具箱体中。

2.3.6 异质人脸识别

所谓异质人脸图像,就是不同方式、不同来 源获得的不同质量的人脸图像。采用以往的算法,计算机 难以对异质图像进行直接比对识别,导致图 像识别遇到障碍。
然而,一般情况下,不同场景、不同设 备采集的人脸图像,又常常 获取到的都是异质人脸图像。异质人 脸图像识别在设备推广使用中有非常重要的作用。
长城团 队从基础理论创新入手,提出并 改进了无监督深度学习网络,利用伪造和识别网络,设计出 具备双层异构特性的神经网络,得到高识别率算法,适用于异质人脸识别。

2.3.7 高精度人脸识别

近年来,基于深 度学习的特征向量法在应用中取得了长足进步。长城团 队创新的无监督式,深度学习人脸算法,具备对 无效样本的拒学能力,可以更有效,更海量 地利用人脸资源。该算法 提取的特征码与中心数据库人脸进行匹配,完成人脸唯一性验证。

图 异质人脸识别——无监督深度学习
不同于 现有的有监督标注学习方法,长城团 队采用无监督的学习技术,加入自 动假体生成机制,在算法 训练中不断识别假体,从而得 更具鲁棒性的算法模型。该算法在LFW等世界 公开人脸测试库中,识别率均超过99%,在各项应用中,表现优异。

2.4 系统优势

2.4.1 公司在 人脸识别产品中的优势

1、在银行 等大型国有行业中,有自己的产品,并有实施案例
2、产品具备跨平台能力,基于linux长时间稳定运行
3、自主知识产权算法
 

硬件参数与选型

3.1 高清摄像头规格参数

    备注
品牌 海康  
像素 500W  CMOS  
最高分辨率 5M(2560X1920,12.5fps)  
实时图像输出 3M(2048X1536,25fps)  
视频压缩技术 ROI、SVC等  
WIFI 支持  
输入输出音频 支持  
照射距离 10-30米  
红外 高效红外灯, ICR红外滤片式自动切换,日夜监控  
三防 IP67级防尘防水,防爆设计  
电子功能 支持背光补偿,数字宽动态(防眩光),自动电子快门,支持多 种智能报警功能  
 

3.2 采集卡I型规格参数

    备注
品牌 NVIDA  
GPU 192 个 CUDA® 核心  
CPU ARM Cortex-A15四核2.3 GHz  
内存 2 GB x16 内存  
FLASH 16 GB 4.51 eMMC  
封装尺寸/类型 23x23 FCBGA
16x16 S-FCCSP
15x15 FC PoP
 
工艺 28 纳米  
外设接口 1 个半迷你 PCIE 插槽
1 个完整尺寸 SD/MMC 连接器
1 个完整尺寸 HDMI 端口
1 个 USB 2.0 端口、Micro AB
1 个 USB 3.0 端口、A
1 个 RS232 串行端口
1 个 SATA 数据端口
媒体接口 1 个带 Mic In 和 Line Out 的 ALC5639 Realtek 音频编解码器
网络接口 1 个 RTL8111GS Realtek 千兆位以太网局域网
外观

3.3 采集卡II型规格参数

    备注
GPU 高性能5 核 Mali450  
CPU ARM Cortex A53 处理器4 核 2.0GHz  
内存 1GB DDR3  
FLASH 8GB EMMC Flash  
工艺 28 纳米  
视频解码 编码格式:H.264,MAIN/HIGH PROFILE @LEVEL 5.1
分辨率:最大可达4K/60fPs/H.265、4K/H.264
编码模式:CBR/VBR
封装格式:TS、MP4、MKV、WMV、AVI、MOV、iSO、dat、RM/ RMVB、FLV/F4V
平均码率:本地播放--最大平均码率40Mbps,峰值码率80Mbps;
外设接口 USB2.0*2;micro SD卡接口,蓝牙
媒体接口 MINI CVBS、HDMI2.0; HDR、CEC和HDCP2.2; 支持4K*2K @60最大分辨率输出
网络接口 一个RJ45 10/100BaseT 网络接口;无线网络
支持802.11b/g/n(2.4GHz)
外观

3.4 GPU加速卡规格参数

    备注
品牌型号 NVIDIA TITAN X  
显存类型 GDDR5X  
显存容量 12G  
显存位宽 384Bit  
显存频率 7012MHz  
显存带宽 336.5GB/s  
核心频率 1417MHz  
制造工艺 16纳米  
外观

3.5 千兆以 太交换机规格参数

    备注
固定端口 24×10/100/1000Base-T  
电源 可插拔双电源
支持直 流或者交流供电
 
包转发率 102Mpps  
交换容量 256Gbps  
扩展插槽 两个扩展插槽
分别支 持上行插卡和堆叠卡
 
外形尺寸mm 442×420×43.6  
外观
 

追求卓越、勇于创新

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