記清華大學(xué)蘇光大教授的人臉識別研究：眾里尋“他”
2011-05-12 10:35 中國臺灣網(wǎng)
導(dǎo)讀：如今，蘇光大的人臉識別技術(shù)已被學(xué)術(shù)界打上了“蘇式”標簽，清華大學(xué)在國內(nèi)人臉識別技術(shù)領(lǐng)域也奠定了不可動搖的地位。作為一個有著三十多年“清華史”的清華人，蘇光大以多年的奮斗，詮釋著“行勝于言”的校訓(xùn)，為清華百年華誕奉上了一份厚禮。
蘇光大在工作（2006年）
蘇光大向公安部副部長劉金國等介紹清華人臉識別技術(shù)
“2010年11月7日，內(nèi)蒙古準格爾旗沙圪堵鎮(zhèn)發(fā)生一起兇殺案，一名女售貨員被殺死在鞋店內(nèi)……此案得以成功告破，您開發(fā)的‘人臉識別系統(tǒng)’起了關(guān)鍵作用……”
1月12日，一封來自內(nèi)蒙古準格爾旗公安局的感謝信“飛”至清華大學(xué)，而這封信的抬頭便是“尊敬的蘇光大教授”。事實上，這已經(jīng)不是蘇光大第一次參與到案件偵破過程中了。1999年鄭州317大案、2010年云南景洪大案等等，均借助蘇光大主持研究的人臉識別技術(shù)得以破獲，同樣，這些單位也表示了由衷的謝意。自1989年首次承擔公安部的人像組合系統(tǒng)研究任務(wù)以來，“人臉識別”已隨他走過了22年的時光。
從0到256萬秒
我們得知，蘇光大的人臉識別事業(yè)是由早期的“人像組合系統(tǒng)”逐漸延伸發(fā)展而來的。
1989年，公安部計劃開展人像組合系統(tǒng)的研究工作，蘇光大率課題組承擔了這一任務(wù)，對于發(fā)型、眉毛、胡須的非規(guī)則區(qū)域采用了鏈碼結(jié)構(gòu)的描述，在國內(nèi)第一次研制成功了基于照片的人像組合系統(tǒng)。1992年，該系統(tǒng)成功通過了部級科技成果鑒定，次年8月，公安部在哈爾濱組織了推廣工作，率先在我國11個公安廳/局裝備了計算機人像組合系統(tǒng)。1994年，武漢市公安局利用該技術(shù)破獲了持槍搶劫特大案件，成為我國利用人像組合破獲的首起成功案例，并由中央電視臺《東方時空》欄目及時進行了追蹤報道，而該系統(tǒng)也在全國范圍內(nèi)得到了大規(guī)模的應(yīng)用。
該項目的成功，激活了蘇光大心中的另一簇靈感，“能不能依靠模擬像在人員數(shù)據(jù)庫中搜索犯罪嫌疑人，也就是通過人臉來進行識別?！本驮谌讼窠M合系統(tǒng)成功應(yīng)用的同一年，蘇光大投入到人臉識別技術(shù)研究中，并于1996年成功在公安部立項，研發(fā)人像組合與人像識別綜合系統(tǒng)。該系統(tǒng)建立了9.2萬人的數(shù)據(jù)庫，用四臺微機并行處理，比對一次僅耗時58秒。2000年12月，該系統(tǒng)通過了公安部組織的專家鑒定；2004年，13起超市投毒案的主犯也栽在了該系統(tǒng)的“眼”里。
與此同時，人臉識別技術(shù)也開始受到國家更為深度的重視，防范、打擊刑事犯罪的關(guān)鍵技術(shù)――人臉識別查詢技術(shù)甚至被列入國家“十五”科技攻關(guān)計劃項目。從2001年起始，到2005年1月28日通過科技成果鑒定，蘇光大和他的課題組創(chuàng)造出“6臺計算機并行處理、比對速度高達256萬秒”的成果。2006年1月，當該系統(tǒng)出現(xiàn)在國家科技創(chuàng)新重大成就展上時，人們見識到它的奇跡，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家也不吝好評。不久，新華社、中新社根據(jù)《清華人臉綜合識別系統(tǒng)全面進入應(yīng)用推廣》的新聞稿發(fā)了通稿，上百家媒體相繼進行了集中報道，不僅在國內(nèi)外產(chǎn)生了較大影響，更推動了國內(nèi)的人臉識別市場。由此，清華大學(xué)人臉識別系統(tǒng)成為國內(nèi)應(yīng)用的主流系統(tǒng)之一，在公安、安全部門廣泛應(yīng)用。2008年1月，他們在國內(nèi)首次建成了千萬級數(shù)據(jù)庫的人臉識別應(yīng)用系統(tǒng)，取得了突出的應(yīng)用成果。
1350億次/秒，超高速
提及蘇光大，人臉識別幾乎已經(jīng)成了他的標志。其實，在高速圖像處理方面，蘇光大也有獨到的研究心得和成果。
時光回溯到1977年，29歲的蘇光大剛剛留校任教。彼時，正值計算機圖像技術(shù)在國際上迅速崛起，蘇光大所在的教研組領(lǐng)導(dǎo)以敏銳的眼光看到了這一前景，果斷地將教研組方向從無線電技術(shù)轉(zhuǎn)向計算機圖像處理，成為國內(nèi)最早的數(shù)字圖像處理研究單位之一。當時，美國已經(jīng)有了數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，但是一套設(shè)備要幾十萬美元，一般的單位根本承擔不起。為了改變國內(nèi)數(shù)字圖像處理的窘境，他們開始了對自制設(shè)備的探索，以期研制出“中國特色”的圖像處理系統(tǒng)?？山梃b的經(jīng)驗少得可憐，國內(nèi)采用的器件比較落后，從一起步，他們就不可避免地面臨著困難。
即便如此，無論蘇光大，還是整個課題組，都在困難中“痛并快樂著”，短短幾年內(nèi)便出現(xiàn)了一系列成績。1981年，中國較早的圖像處理系統(tǒng)“TS-79小型通用數(shù)字圖像處理系統(tǒng)”研制成功；1985年，合作研制成功“TS-84微機圖像圖形處理系統(tǒng)”，榮獲1988年教育部科技進步獎二等獎，成為中國最早的微機圖像處理系統(tǒng)；1986年，合作研制成功“?酌照相機圖像處理系統(tǒng)”；1988年，又主持研制成功扇掃B超醫(yī)療診斷儀。
蘇光大總是對那些困難深懷感激?！罢且驗橛辛诉@些困難，我們才對系統(tǒng)的原理及制作理解得比較深刻。我們從國外引進集成電路后，設(shè)計出來的圖像采集板的效果比國外已有的采集板還好就得益于此?！币赃@段經(jīng)歷為背景，蘇光大執(zhí)筆寫出了《微機圖像處理體統(tǒng)》一書，被同行譽為國內(nèi)第一本論述圖像處理系統(tǒng)硬件的書籍，并獲得清華大學(xué)教材二等獎。
而重點發(fā)展高速圖像處理，蘇光大認為，這是對高速目標檢測、定位、跟蹤以及遙感圖像處理、人臉識別、指紋識別等技術(shù)的重要支持。其中，鄰域圖像處理可被普遍應(yīng)用，并具有鄰域性強、計算量大的特點。美中不足的是，鄰域圖像的處理速度，尤其是大鄰域圖像處理的速度是當前制約圖像處理應(yīng)用的一個瓶頸，也就是說，以目前圖像處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)高速的大鄰域圖像的處理要求，這不僅嚴重影響圖像處理技術(shù)的推廣應(yīng)用，也影響圖像處理算法的深入發(fā)展。為了謀求更高的處理速度，他和項目組綜合考慮了算法、存儲、處理三方面的有機聯(lián)系，特別是對相互之間的數(shù)據(jù)匹配問題進行了關(guān)注，提出了鄰域計算的理論，突破了大鄰域圖像處理的速度瓶頸，在當前可資利用的條件下，以較小的代價實現(xiàn)了每秒1350億次操作的超高速處理。該項研究不僅為圖像并行處理奠定了基礎(chǔ)，實現(xiàn)了鄰域核可變的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使最大鄰域核達到了25×24；同時，項目組通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在算法、存儲、處理中保持一致，建立了先進的并行體系結(jié)構(gòu)，可同時處理600點圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了高速圖像處理。
2008年1月18日，針對由蘇光大領(lǐng)銜的“NIPC－3鄰域圖像并行計算機”項目，教育部進行了科技成果鑒定會，以中國工程院院士毛二可為主任的鑒定委員會一致認為，該系統(tǒng)在大鄰域圖像核和鄰域圖像處理的速度上優(yōu)于目前可查到的國際最好水平。
當前，視頻監(jiān)控得到了迅速發(fā)展，但在視頻監(jiān)控場景中，監(jiān)測到的人臉圖像往往很小，致使公安部門的一些辦案工作陷入困境。為了使超低分辨率人臉圖像得到高清晰度重建，蘇光大主持了重點攻關(guān)項目“數(shù)字影像資料處理及檢驗技術(shù)”。2010年7月28日，該項目通過了公安部的驗收，所實現(xiàn)的超低分辨率人臉圖像的高速重建處于國際最好水平。在當年的內(nèi)蒙古準格爾旗大案中，該項目成果還立了一次大功。據(jù)案件資料顯示，警方手中的犯罪嫌疑人人臉圖像僅有4×6點，無法識別，偵查陷入僵局。受到準格爾警方邀請，蘇光大利用獨特的重建技術(shù)獲得的重建像，達到和犯罪嫌疑人二代征像逼真的程度，創(chuàng)造了重建像的奇跡。
至此，蘇光大對高速圖像處理的研究在一番柳暗花明之后，邁上了一個全新的高度。
奧運，里程碑
通觀蘇光大的人臉識別系統(tǒng)，其功能性不可謂不強。
可以進行“無線”人臉識別，即應(yīng)用手機拍攝人臉圖像，通過無線傳輸，發(fā)送到人臉識別系統(tǒng)進行人臉識別，并把識別結(jié)果發(fā)回手機，有助于公安部門移動辦案，及時對在火車、飛機、客車或其他地方發(fā)現(xiàn)的可疑人員進行檢查識別；具有文檔資料和人臉圖像混合的識別查詢功能，大大提高了查找犯罪嫌疑人的準確率；具有組合人像和模糊人像的識別查詢功能，從而更大地拓展了人臉識別技術(shù)的應(yīng)用范圍；具有眼鏡摘除的人臉識別功能，從而解決了眼鏡識別的難題；可以進行行進中的活動人臉識別，解決了監(jiān)視人臉識別的難題，可防止一些犯罪人員進行化裝后無法識別、查找……
如果說之前的研究，蘇光大考慮更多的是普通的刑事犯罪，那么，自“9?11”事件、2004年倫敦地鐵爆炸案等恐怖事件發(fā)生后，他開始更加關(guān)注公共安全領(lǐng)域。2005年，蘇光大發(fā)表了人臉識別與奧運的學(xué)術(shù)論文，表達了服務(wù)北京奧運會的愿望，并根據(jù)奧運會應(yīng)用的特點，在已有MMP-PCA人臉識別算法的基礎(chǔ)上，研制成功了GGMMP-PCA人臉識別新算法。這一研究成果于2008年發(fā)表在計算機視覺和模式識別會議CVPR上。經(jīng)過多方努力，他們研發(fā)的系統(tǒng)在2007年8月、2008年5月兩次參加奧運測試賽。
據(jù)介紹，北京奧組委對奧運會開幕式、閉幕式入場進行實名制管理。開幕式、閉幕式入場券持有者需提交個人近照，在入場驗票時通過RFID技術(shù)讀入編號，再利用人臉識別技術(shù)進行實名制身份認證。2008年8月8日，數(shù)萬名觀眾通過國家體育場鳥巢的近百個人臉識別系統(tǒng)有序入場，參加2008北京奧運會的開幕式，秩序井然。在而后的奧運會閉幕式以及殘奧會開幕式、閉幕式上，該系統(tǒng)也得到了有效的利用。這次盛況由蘇光大帶領(lǐng)的清華大學(xué)課題組與北京普賽科技有限公司、北京清大維森公司以及中科院自動化所、北京數(shù)字奧森公司和航天長峰集團、同方股份有限公司等單位通力合作，共同完成，開創(chuàng)了人臉識別技術(shù)應(yīng)用于奧運會的先河，極具歷史意義，獲得第29屆奧運會組委會安保部和票務(wù)中心的聯(lián)合表彰。
2010年12月2日，以蘇光大為第一起草人的行業(yè)標準《安防生物特征識別應(yīng)用術(shù)語》由公安部批準發(fā)布，成為國內(nèi)首個頒布實施的涵蓋人臉、指紋、聲紋、虹膜等多生物特征識別技術(shù)的綜合性術(shù)語標準。
如今，蘇光大的人臉識別技術(shù)已被學(xué)術(shù)界打上了“蘇式”標簽，清華大學(xué)在國內(nèi)人臉識別技術(shù)領(lǐng)域也奠定了不可動搖的地位。作為一個有著三十多年“清華史”的清華人，蘇光大以多年的奮斗，詮釋著“行勝于言”的校訓(xùn)，為清華百年華誕奉上了一份厚禮。
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