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3D人臉辨識技術提升準確率

3D人臉辨識技術提升準確率
人臉辨識在2018年已成為全球在影像智慧應用技術的主流,不少機場及車站也大量採用人臉辨識通關檢查系統,讓人臉辨識科技受到各行業的高度關注。據MarketsandMarkets預估,人臉辨識全球市場產值將從2017年的40.5億美元,成長至2020年的77.6億美元,可以預期市場的快速成長將帶動並加速各種行業在人臉辨識的應用發展。

台灣人臉辨識技術的研究始於90年代末期,但直到2005年後期一些安全應用的人臉辨識系統才開始進入市場。人臉辨識核心技術的發展對台灣安控產業來說算是一個相當重要的技術發展環節,雖然現在人臉辨識率已達到90%以上,但環境的變化依然是最大的問題。

3D感測主流技術

2D人臉辨識技術已經走到瓶頸,這兩年3D人臉辨識技術開始冒出,目前較常見的3D感測技術有下列四種:

1、立體視覺(Stereo Vision):透過2個相機模組拍攝影像,進行三角測量法等運算取得物體距離,是四者中唯一只需RGB相機模組而不用IR(紅外線)模組的技術。由於需進行影像運算,通常需要一個額外影像運算晶片輔助,因此有些晶片廠商會推動這項技術。
2、結構光(Structured Light):原理是對目標打出光條紋,再透過打出去的光紋變化來計算形狀和距離,較常見於工業檢測和研究用途。隨著IR發展,Structured Light技術也能透過IR發射光紋,所以基本零組件包括IR發射器、IR相機模組與RGB相機模組。
3、光斑圖案編碼(Light Coding):曾被微軟應用在第一代Kinect體感攝影機,其原理是IR雷射發射後會經過光柵,將光平均分布在測量空間中,再透過IR相機記錄每個空間的雷射散斑,設備上需要IR發射器、IR相機模組與RGB相機模組。
4、飛行時間測距(Time of Flight,簡稱TOF):為微軟併購的3DV Systems,也是第二代Kinect採用的技術。其原理是透過IR雷射發射,獲得空間中每一點達到觀測點的時間,進而推算出距離,得出3D景深圖。因此需要IR發射器和接收器,並配合RGB相機模組和感光元件或感應陣列。

Stereo Vision和Structured Light都需要圖像分析運算,但Stereo Vision的軟體運算較繁雜,不適合大量多點感測,且光源和鏡頭間的基線長度也得拉長,整體而言並不適合用於3D感測。

相對地,TOF可記錄每個觀測點的時間數據後再進行計算,Light Coding也只需轉換各區域散斑以計算距離,複雜度較低;不過這兩項技術均需IR發射和接收器,也另外需要記憶體甚至運算元件,故成本較高。此外,兩者的運算原理不同,TOF單點IR只需記錄時間,理論上會比Light Coding先分析散斑圖形再運算來得簡易;而Light Coding是將整個畫面切割測距,要得到概略景深圖較容易。整體而言,TOF的反應速度和精準度最佳,而Light Coding在不需要精細景深圖時的表現較平均,Stereo Vision的成本則較低。



雙技術結合 各有利弊

近年許多人臉辨識軟體公司紛紛提出人臉辨識結合RFID或Beacon、指紋等相關技術,利用雙重關卡防止誤判或提升辨識速度,但卻忽略了使用人臉辨識的主要初衷──原就是不需再攜帶其他身分驗證裝置,故各有利弊。以目前手機App廣泛使用人臉偵測(Face Detection)及特徵擷取(Feature Extraction)這兩類服務來說,最常見的就是修圖軟體或是影片遮罩的應用,許多公司都有提供線上的Web API供大家開發,在行動裝置上亦提供iOS及Android系統的SDK,算是非常普遍的技術支援。


※本文取材自a&s TAIWAN《安全&自動化》雜誌 No.146(2018年8月號),詳細內容請參閱https://www.asmag.com.tw/emagazines
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