卢家伟 佘冰旭
广州地铁集团有限公司 广东广州 510000
摘要：本文主要对人脸识别技术进行介绍，旨在讨论一种更安全更方便的AFC系统在地铁的应用，以进一步创新实现多元化支付，推进智慧车站的设施，进一步加强车站客运管理。
关键词：AFC；人脸识别；地铁
1 概述
目前广州地铁AFC系统主要通过单程票、羊城通等传统方式，以及金融IC卡、云卡、二维码等新型方式实现车站票务支付和进出通行等管理。相对现有方式存在有匿名使用安全风险，生物识别技术被认为是最安全的技术，因为面部、手指、语音等特征是不能被借用或窃取的。而人脸识别技术作为新兴的生物识别技术，由于操作方便、识别速度快、精确度高，倍受人们关注.本文简单介绍人脸识别并浅谈其在地铁AFC系统中的应用前景。
2 人脸识别简介
人脸识别，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部识别的一系列相关技术。人脸识别系统主要包括四个组成部分，分别为：人脸图像采集及检测、人脸图像预处理、人脸图像特征提取以及匹配与识别。人脸图像采集，不同的人脸图像都能通过摄像镜头采集下来，比如静态图像、动态图像、不同的位置、不同表情等方面都可以得到很好的采集。当用户在采集设备的拍摄范围内时，采集设备会自动搜索并拍摄用户的人脸图像。人脸图像预处理，对于人脸的图像预处理是基于人脸检测结果，对图像进行处理并最终服务于特征提取的过程。系统获取的原始图像由于受到各种条件的限制和随机干扰，往往不能直接使用，必须在图像处理的早期阶段对它进行灰度校正、噪声过滤等图像预处理。人脸图像特征提取，主要是根据人脸器官的形状描述以及他们之间的距离特性来获得有助于人脸分类的特征数据，其特征分量通常包括特征点间的距离、曲率和角度等。人脸由眼睛、鼻子、嘴、下巴等局部构成，对这些局部和它们之间结构关系的几何描述，可作为识别人脸的重要特征。人脸图像匹配与识别，就是将待识别的人脸特征与已得到的人脸库模板进行比较，根据相似程度对人脸的身份信息进行判断。人脸识别需要积累采集到的大量人脸图像相关的数据，用来验证算法，不断提高识别准确性。
通过人脸识别技术代替作为人员身份识别以及票务通行支付介质，人脸识别系统，可在地铁车站AFC系统应用，推进智慧车站的设施，进一步加强车站客运安全和票务管理。
3 工作流程
人脸识别主要有人脸验证（1∶1）、人脸辨认（1∶N）、人脸检索（M：N）3种模式。
人脸识别系统基本采用人脸辨认1∶N模式下，就是将A人脸图像与人脸特征库中多人的人脸图像进行比对辨认，根据辨认结果鉴定身份，或找到其中最相似的人脸信息。其主要工作流程有：完成人脸面部图像和基本信息录入及授权，完成人脸数据库的建立；现场设备通过人脸识别终端采集人脸图像，将采集到的信息传输并与人脸数据库中进行对比匹配，判断该人员是否有通行权限，根据判断结果控制进行下一步票务管理和支付，并将记录上传工作站和服务器，如判断该人员无权限，则现在设备进行提示并上传记录。
4 升级改造
地铁现有AFC系统升级为人脸识别的关键就是人脸识别平台、人脸识别终端的搭建和改造，主要有以下几点工作内容；建立人脸识别平台和人脸特征库，与AFC系统进行集成，实现人脸识别的实名账户信息管理，线网级、线路级、车站级人脸特征库信息的增、删、改、查及日常维护；安装人脸识别模块代替原有的读卡器并与原AFC系统集成。通过人面识别模块摄像头采集和检测人脸图像，与后台人脸特征库进行行比对，就地级根据反馈结果完成后续票务操作；搭建高速网络通道，实现与各层级系统及终端设备实时在线通信交互。
5 改造重点
此升级改造过程需重点关注信息安全性问题和识别精度问题。人脸识别系统保留实名账户、人脸图像等涉及人员隐私的关键信息，因此需要建立完善的安全防护机制和管控措施，保证人员隐私安全；需提高人脸识别系统的信息安全等级，并根据人脸识别行业相关安全法规，制定适合轨道交通行业的管理制度。另外，在轨道交通车站现场环境下，人脸识别成功率难免会受到站内灯光照明、人员姿态表情、网络通讯速度以及人脸面部遮挡等因素的影响。因此，需要根据现场实际环境，做好测试、调整好人脸识别模块的功能参数，确保人脸识别系统通讯顺畅，更新完善人脸识别算法，加强现场人员使用指引，提高识别精度。
目前由于新冠疫情，在地铁区域严格要求乘客佩戴口罩，这无疑大大增加人脸识别的难度和严重降低人脸识别的成功率和准确度。所以人脸识别模块的开发要考虑口罩、眼镜、发型等各方面要素，以及由于特殊原因人面特征有明显变化和较大改变的情况。
6 技术展望
随着轨道交通客流的不断增长，人脸特征库的数据信息也随之增长，人脸辨认1∶N模式的比对速度相应也会受到影响。尤其在乘客过闸阶段，识别速率无法满足现场乘客通行需求时，极易造成车站现场的客流拥堵。因此需要通过采用一定的技术措施提高人脸图像的比对识别速度。
针对人脸识别在地铁AFC系统的应用还有可连接公安系统信息、失踪人口系统信息等后台并增加重点区域覆盖式终端安装，通过与后台数据进行比对实现相关功能，进一步加强地铁运营安全。