人脸识别是近年来随着计算机技术、图像处理技术、模式识别技术等现代成果的快速进步而出现的一种崭新的生物特征识别技术。这项技术应用在城市安全防范中，大大提高了安全工作的实际效果，如何结合世博召开期间的社会安全，加速在城市监控中的应用，也是非常有意义的。  
      
     近年来，我国社会经济高速发展，“平安城市”建设和北京奥运、上海世博等重大国际盛会的即将举办，带来了日益增长的安全防范问题，为了打击国内外民族分裂主义和恐怖主义袭击，对付各种各样的经济刑事犯罪，保护国家和人民群众的生命财产的安全，保证各行各业和城市重点部门的正常运转，采用高科技安防技术预防和制止犯罪已成为“平安城市”建设的迫切需求。
 
     随着国外各种新型安保观念的引入，各行各业纷纷开始建立闭路电视监控系统或报警联网系统。特别是在银行、通信、邮政储蓄、电力、及现在与日剧增的娱乐、网吧等场所，建立联网报警系统，对预防和制止犯罪，维护社会稳定起到了很大作用。
 
     然而，银行、公安、政府机构目前使用的数字监控系统，只具有一般性监控录像功能，大多数是单机运行，录像资料调阅不方便，也无法集中管理和维护，同时监控对象的面部特征很难准确把拨，造成事后追查工作的延误，最重要的是现有的海量视频数据缺乏智能化的快捷的检索手段，使监控系统无法满足用户的更高要求。
 
     而目前，随着计算机的普及、应用，网络通讯技术及图像压缩处理技术的快速发展，以及与最新的生物特征识别技术相结合，可为“平安城市”建设及上海世博提供更为安全、先进的高科技保安解决方案。
 
     生物特征识别技术在城市安防中的应用
 
     生物特征识别技术就是使用人体本身所固有的生理特征（如指纹、掌纹、虹膜、视网膜、人脸、DNA等）和行为特征（如笔迹、声音、击键），利用图像处理手段（或其它数字信号处理技术）和模式识别的方法来鉴别个人身份的技术。他具有唯一、稳定、不可复制、不可假冒等显著特点，用于身份认证比传统方法具有更高的安全性。
 
     近年来，以生物特征识别技术为核心的技术和产品发展很快。国际上，西方各国政府都在大力推进生物特征识别技术的发展和应用。“911”之后，美国政府又连续签署了3个国家安全法案，要求采用生物识别技术。2003年6月，联合国国际民用航空组织公布了生物技术的应用规划。规划提出，将在个人护照中加入生物特征（指纹、虹膜和人脸），并在进入各个国家边境时进行个人身份的确认。目前此规划已在美国、欧盟、澳大利亚、日本、韩国、南非等地区和国家通过，并已经在部分国家逐步实施推行。2004年11月5日，美国以保护国土安全为由，开始在美115个机场和14个主要海港口岸实施“美国访客和移民身份显示技术”（US－VISIT）系统。该系统借助数字仪器提取申请签证入境美国者的指纹和照片，通过和关注对象数据库进行生物特征比对以确认来访者是否符合美入境条件。按照美国政府的说法，US-VISIT计划是美国政府从海外即开始进行的安全措施的延续。英国伦敦早在1999年就开始在城市中重要部位安装了290个具有人脸识别功能的监控摄像机，其强大作用和对犯罪行为人的巨大威慑力很快就显现出来，伦敦当年的街头发案率降低了30%。2005年7月7日，伦敦地铁发生恐怖爆炸，当场伤亡700多人，警方利用遍布城市的数以万计的智能监控设备的记录数据，在案发后短时间就锁定并公布了恐怖袭击者的面部照片，第四天就侦破抓捕了案犯，有力地打击了恐怖分子的嚣张气焰。
 
     人脸识别是人类视觉系统的基本功能，也是人类互相辨识的最直接手段，因此它是生物特征识别中的重要研究内容。与其它生物特征相比，它在可用性方面具有独到的优势，包括：可以隐蔽操作，适于安全、监控与抓逃等应用；非接触式信号采集，没有侵犯性，无损伤，容易被人们接受；设备成本低；直观可交互性强等。因此，人脸识别在安全、商业、金融、人机交互等领域有广泛的潜在应用前景。
 
     人脸识别的研究范围大致可以分为如下几个方面：
 
     1）人脸检测：即从各种不同的场景中检测出人脸的存在并确定其位置。在大多数的场合中由于场景较复杂，人脸的位置是预先不知道的，因而首先必须确定场景中是否存在人脸，如果存在人脸，再确定图像中人脸的位置。脸部毛发、化妆品、光照、噪声、面部倾斜和人脸大小变化以及各种各样遮挡等因素会使人脸检测问题变得更为复杂。人脸检测的主要目的是在输入的整幅图像上寻找人脸，把图像分割成两个部分－人脸区域和非人脸区域，自动提取人脸，从而为后续的应用作准备。
 
     2）人脸表征：即采取某种表示方式表示检测出的人脸和数据库中的已知人脸。通常的表示法包括几何特征（如欧氏距离、曲率、角度）、代数特征（如矩阵特征矢量）、固定特征模板、特征脸、云纹图等。
 
     3）人脸识别：即将已检测到的待识别的人脸与数据库中的已知人脸进行比较匹配，得出相关信息，这一过程的核心是选择适当的人脸的表征方式与匹配策略，系统的构造与人脸的表征方式密切相关。通常或是选择全局的方法或是选择基于特征的方法进行匹配。显然，基于侧面像所选择的特征和基于正面像的特征是有很大的区别的。
 
     一个完整的人脸识别系统通常要包括人脸检测与跟踪、特征提取与选择、分类判别三主要个步骤.。人脸识别技术有1：1确认和1：N识别两种应用模式：
 
     人脸确认
 
     系统对鉴别对象所声称的身份进行验证，最终得到“Yes/No”的结论，这是一种“1：1”的应用。门禁系统就是一种典型的确认应用。
 
     人脸识别
 
     指在一组人的集合中确定鉴别对象的身份，回答“你是谁？”的问题。识别系统给出的是模板库中按相似程度（与鉴别对象的现场视频资料或照片相比较）由高到低排列的一个队列，比如说10名、50名，如果鉴别对象属于这个队列，则称之为比对成功（或者叫命中）。鉴别对象身份的最终确认需要人工的参与。这是一种“1：N”的应用。公安照片比对系统即属于此应用模式。这两种应用模式的工作流程可参见图 

     应用模式的工作流程
 
     
     人脸识别和视频监控的结合
 
     在所有生物特征识别技术中，最容易与传统视频监控技术相结合的当属人脸识别技术。现代社会是一个人口密集、高度复杂的社会，人类的活动范围越来越大，在我国，随着城镇化的进程，流动人口比例大大增加，面临的突发事件和异常事件越来越复杂。城市监控的难度和重要性也越来越突出，人力越来越难以胜任分析和理解采集到的数量惊人的摄像数据的要求。随着电子技术的发展，监控的硬件设备进入了全数字时代，但这些监控系统并不具有实时的、智能化的自动分析功能。一种方式就是用摄像机定时记下所监控的目标区域在一段时间内的场景实况，当发生事件后,作为事件发生的记录媒体,被调用出来进行事件回放。这样的监控不能对突发事件作任何分析和反应，它们的作用只是提供事后追查的资料。另一种方式就是仍然沿用模拟时代的监控方法，由保安人员在监视器前对每一个场景进行人工监视。其缺点非常明显，即当采用的摄像机数量超过监视器数量时，不能做到对全部场景作不间断的监控。另外，利用人工监控，由于疲劳、精神不集中等原因，会严重影响到监视的效果，同时，人类的记忆能力有限，有统计资料证明，一般人一生能够记住的对像最多为600个，要对众多的布监对像进行视频实时识别几乎是不可能实现的。而一台普通PC服务器就能在10.2秒内，记忆和处理100万人以上人脸信息。因此，对于具有智能分析和识别功能的监控网络的研究及应用是今后的一个发展方向。智能监控网络系统与以往的监控技术有本质的区别，其主要特征是在不需要人力监控的情况下，通过多摄像机组对一个核心场所（如建筑大楼、港口码头等大范围重要场所），对于所出现的将殊人物、所发生的重要事件，进行全天候、自动、实时的全方位监控。这种基于模式识别的智能视频监控系统，通过先进的人工智能算法和模式识别技术，自动分析出现在监视场景中的事件和人物，并通过对摄像机的目标跟踪控制，特别是通过人脸及其它生物特征对人物身份的实时识别、跟踪和行为分析，通过有线或无线的网络传输，将分析结果发送到控制中心，从而达到对重要场所异常人物情况发生的全天候、自动的、实时的监控，以便保安控制中心能够对异常情况作出快速反应。
 
     保安监控的主要对像是人，基于人脸识别的监控网络是新一代的具有高度智能的安全监控手段。该项技术具有重要的研究意义和广泛紧要的应用前景。例如，对于某些敏感场所，如银行、军事基地，国家重要部门等，出于管理和安全的需要，人们必须知道该区域内出现的特定人物或可能发生的事件，这需要采用特定方法来监视该场景，以便及时对发生的异常事件做出适当的反应。该项技术还可以应用到更广泛的场所，如轨道交通出入口、高速公路、停车场、机场等公共场合。由于该项技术将人物特征识别和智能视频实时监控技术结合起来，使得对大范围场所内特定人物的跟踪监控得以实现。在美国“9.11”恐怖袭击事件发生以后，世界各国都高度重视国家安全和公共安全保障的问题，即如何对城市重要部门和敏感的公共场合的人流进行全天候、自动的、实时的监控。
 
     人脸识别监控在上海世博中的应用需求
 
     2010年上海世博会召开，世界各地将有大量的旅客涌入上海，在目前国际反恐和国内打击民族分裂主义斗争形势十分严峻的情况下，急需运用高技术手段加强对上海世博各个方面安全的管理，是维护国家安全、保障世博顺利举办的迫切要求。
 
     在公安方面，我国公安机关开展的“网上追逃”斗争，运用了网上挂牌督捕的方法，把逃犯的照片、身份证、特征资料上网发布，各地抓捕到的犯罪嫌疑人通过网上查询、比较，可以确定其是否为网上通缉逃犯。但这种方法的判断要通过人工进行多种技术鉴定，对证件资料假冒或没有身份证件的犯罪嫌疑人查证存在较大难题。利用人脸识别技术，只需摄下疑犯人脸，通过计算机网络将人脸特征数据传送到计算机中心数据库，系统即可自动与数据库中的逃犯人脸比较，迅速准确地作出身份判断。
 
     人口管理特别是流动人口的管理是“平安城市”建设的基础性工作。随着我国社会经济的发展，各类经济活动日趋频繁，上海的流动人口迅速增加，此外，今年“两会”期间，户籍制度成为热议话题，国家发改委专家提出了5年里取消户籍制度。这些都给公安户籍管理工作带来了巨大的压力。目前各种假冒身份证件泛滥成灾，借助于现有技术很难从根本上实现身份证件的防伪，而人脸识别等生物特征识别技术与目前公安户籍管理部门已经推广使用的的防伪可机读的第二代身份证相结合，为加强流动人口管理提供了有力的技术保障。
 
     除了公安、安全、军队、金融等行业市场外，民用安防领域对基于人脸识别的数字化安全与认证产品的需求量也是十分巨大的。通过前期广泛的调研，我们发现，在计算机信息系统安全控制、电子商务、电子政务、居民小区、学校出入控制等诸多方面都迫切需要防伪防假冒性能优异的身份鉴别技术以取代(或是增强)目前所普遍采用的用户帐号/密码/数字证书模式。美国国家标准和技术研究所(NIST)/联邦信息处理标准(FIPS)认为，“虽然依靠口令是传统的身份认证方法，但这种方法的安全性并不令人满意。在当前情况下，需要更先进、更安全、性能价格比更高的认证方法来满足社会各个方面的需要。