Spoofing Near-Infrared Face Recognition
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來源：环球科学
在近期的IEEE電腦視覺應用冬季會議上， 美國陸軍研究實驗室的研究人員，利用卷積神經網路和一系列算法，能夠在黑夜中進行人臉辨識。目前，該技術的辨識準確率超過了80%。
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人臉辨識我們已經不陌生，從手機上的臉部解鎖，到機場使用的掃臉登機系統，人臉辨識技術已經開始慢慢進入到人們的日常生活中，同時，人臉辨識技術也被用於警察執法與安防，2018年春節，中國鄭州鐵路警方使用的警務眼鏡，據稱已經配備臉部辨識功能，並幫助警方抓獲七名嫌犯。
人臉辨識從技術上來說，大致要經過幾個流程，首先要獲取圖像，然後對圖像中的特徵進行提取，再將待辨識人臉所提取的特徵，與數據庫中的所有圖像進行匹配，以回答「這是誰」的問題。
這個過程在白天光照充足的情況下，運行良好，然而，在夜晚，沒有光照或者光照不足的情況下，人臉辨識變得困難。
利用普通攝影機，無法獲取人臉資訊，在夜間只能利用紅外線成像技術，獲取紅外線圖像。但是由於成像方式不同，使得同一個人的可見光圖像，和紅外線圖像存在很多差異，如何實現紅外線人臉圖像，與數據庫中保存的可見光圖像比對與驗證？
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| Face recognition using both visible light image and near-infrared ... |
這是美國陸軍研究實驗室希望解決的問題，解決了這個問題就可以實現7×24小時，不受光線影響的進行人臉辨識，對在逃嫌疑人進行即時監測。
從紅外線圖像到可見光圖像
在電影《終極戰士》裡，阿諾史瓦辛格跳進水裡，將自己的溫度和周圍保持一致，試圖遮蔽自己的紅外線信號源，避免熱成像儀的偵察。
紅外線熱成像，根據熱力學零度以上，一切物體都在發射紅外線的原理，透過感應紅外線，然後呈現出肉眼可見的圖像，紅外線熱成像儀，能夠探測人身體本身散發的熱輻射，根據不同部位溫度的差異形成圖像。
在漆黑一片的環境中，紅外線熱成像儀能夠「看到」任何有溫度的物體，美國軍方的夜視儀，幾乎都應用了紅外線熱成像技術。目前，紅外線熱成像設備，已經被廣泛的部署在美國軍方的航空器、地面車輛、瞭望塔，以及檢查站中。就在最近，紅外線相機已經成為可穿戴式設備。
利用這些紅外線成像設備，在夜間進行自動化人臉辨識，即時發現監控名單中的可疑人員，進行抓捕，是美國軍方的切實需要。
然而，紅外線人臉圖像反映的是人臉的溫度分布，紅外線人臉圖像中，人臉器官的邊緣輪廓和細節特徵都比較模糊，與可見光成像差別很大，兩者之間的比對難度較大。
美國陸軍研究實驗室Benjamin S. Riggan，提出了一種新的圖像合成方法，利用卷積神經網路，以及一系列算法，將紅外線人臉圖像合成為可見光圖像。
在給定的紅外線臉部圖像中，首先利用卷積神經網路，從整體和局部提取特徵，接下來，從提取出的特徵中，預估對應的可見光圖像。最終，透過局部和全局的優化，產生一個合成的可見光圖像。合成後的圖像，並不是一張完美的可見光圖像，它看起來更像是一幅「素描」。
運用卷積神經網路的圖像辨識流程
透過這幅「素描」，是不是真的可以與數據庫中的圖像，進行比對和驗證呢？研究人員選取了一個數據庫，其中包含來自60個人的可見光面部圖像，和紅外線臉部圖像，其中30人的圖像用於訓練神經網路，其它30人的圖像用於驗證，結果表明，採用了這種方法後，人臉辨識的正確率均高於80%。
而由於這種方法可以將紅外線人臉圖像，轉換成可見光圖像，再進行辨識，因此並不需要對原來，已經存在的人臉辨識系統，進行客製化改造，也不需要軟硬體的更新換代。
在美國陸軍研究實驗室發佈的資訊中，研究人員Benjamin S. Riggan稱：「目前大部分的生物辨識人臉數據庫，僅包含可見光臉部圖像，我們所研發的技術，可以在紅外線臉部圖像，與現有生物辨識人臉數據庫之間進行匹配。」
在今年3月份舉行的IEEE電腦視覺應用冬季會議上， 美國陸軍研究實驗室的研究人員，介紹了此項技術的詳細內容，並利用紅外線熱成像攝影機，和運行算法的筆電，進行了即時演示，向人們展示了由一個人的紅外線臉部圖像，產生一個合成的可視化圖像的過程。該項研究獲得了此次會議的最佳論文獎。
7×24 全年無休
不過這項技術如果要進入使用階段，還需要繼續提高準確度，目前在普通情況下，國際權威人臉辨識數據庫，測試的準確率已經突破了99%，相比而言，這項技術所達到的80%的準確率還很難進入實用階段。
而一旦該項技術進入實用，將擴大人臉辨識的適用範圍，並且提高人臉辨識系統的性能。目前限制人臉辨識性能的因素之一，就是光照的變化，為了減少或消除光照對人臉辨識的影響，在可見光人臉辨識方法中，研究和採用了各種補償措施。
人臉紅外線圖像，基本上不受周圍環境光照的影響，不需要採取補償措施，很多研究表明，環境光照的變化，對紅外線圖像的獲取，以及圖像的品質影響很小。與可見光人臉辨識相比，人臉的姿態和人是否化妝，對紅外線人臉圖像的影響，也相對較小。
現有的具備夜視功能的人臉辨識系統，未來或許都可以利用該項技術，7×24小時，全年不休。
穿牆而過？
美國媒體據此報導，這種技術未來將實現從室外，穿過牆的阻隔，對室內的人們進行拍照和辨識，由此帶來隱私等方面的擔憂。
這種擔心其實大可不必，雖然紅外線熱成像有部分穿透能力，可以穿透煙霧、霧霾，也可以穿過一些透光的材質，比如透明的塑料袋、透明玻璃等。
而要對人臉進行辨識，一個小小的眼鏡，都可能影響到辨識的效果，有研究表示，紅外線對玻璃的透射性較差，對戴眼鏡的人臉並不容易辨識。而一件厚衣服就可以阻隔紅外熱成像，更不用說完全不透光的牆壁了。
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