鄧維立 劉震 山東省泰安市公安局

引言

長(zhǎng)期以來(lái)，電磁波人體安檢和人臉識(shí)別安防應(yīng)用在反恐維穩(wěn)、重大安保等公共安全領(lǐng)域分別發(fā)揮著不可替代的作用。隨著人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，智能感知的安防天網(wǎng)不斷完善，但是其防范能力仍然達(dá)不到安檢級(jí)別，對(duì)無(wú)法強(qiáng)制安檢的公共區(qū)域的未知風(fēng)險(xiǎn)仍然難以提前預(yù)警。如今，隨著新興電磁技術(shù)不斷取得突破并應(yīng)用于人體安檢領(lǐng)域，研發(fā)具備電磁探測(cè)功能的“透視天眼”，將安檢系統(tǒng)和人臉識(shí)別圖像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)級(jí)融合并開(kāi)展深度應(yīng)用，已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。而這種融合對(duì)于開(kāi)放區(qū)域的大范圍安防預(yù)警以及非配合條件下的智慧安檢將起到至關(guān)重要的作用。

一、需求背景

當(dāng)前，主流人體安檢手段是在機(jī)場(chǎng)等重要場(chǎng)所由手持安檢儀的安檢人員或設(shè)置安檢門(mén)、安檢通道進(jìn)行強(qiáng)制檢測(cè)，其局限性在于對(duì)地點(diǎn)、設(shè)備、安檢人員和被檢人配合度高度依賴。比如醫(yī)院、商場(chǎng)等場(chǎng)所，并不適合強(qiáng)制安檢，但是人員密集，一旦發(fā)生暴恐行為后果難以想象。隨著圖像技術(shù)的發(fā)展，人臉識(shí)別安檢門(mén)、安檢人臉識(shí)別系統(tǒng)等一體化安檢系統(tǒng)逐漸投入使用，大幅提高了安檢速度和精度，實(shí)現(xiàn)了安檢系統(tǒng)的功能升級(jí)。然而這種嵌入式的集成實(shí)際上仍然是安檢系統(tǒng)和人臉識(shí)別系統(tǒng)的硬件組合，并未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)級(jí)的融合應(yīng)用。不能像安防監(jiān)控系統(tǒng)一樣大范圍開(kāi)放式部署并實(shí)現(xiàn)圖像信息綜合應(yīng)用。而對(duì)于人臉識(shí)別、視頻監(jiān)控等安防應(yīng)用來(lái)說(shuō)，則只能采集視頻圖像，針對(duì)城市公共安全防范和未知的暴恐行為，如公交車(chē)、校園、廣場(chǎng)等區(qū)域范圍廣、人流大，仍然存在安檢手段難以提前介入、對(duì)身上有危險(xiǎn)物品的人員無(wú)法提前預(yù)知預(yù)警、開(kāi)放區(qū)域人流太快來(lái)不及布控抓捕等問(wèn)題。如何讓危險(xiǎn)人員“不知不覺(jué)過(guò)安檢”一直沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前發(fā)達(dá)的安防物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和圖像大數(shù)據(jù)應(yīng)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了人臉識(shí)別，并可以大范圍跨區(qū)域感知預(yù)警、實(shí)時(shí)布控、刻畫(huà)人員軌跡，但并不能實(shí)現(xiàn)安檢級(jí)別的危險(xiǎn)物品檢測(cè)發(fā)現(xiàn)。如何融合打通安防和安檢兩個(gè)層面，進(jìn)行深度融合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)在開(kāi)放區(qū)域?qū)α鲃?dòng)人員安檢并實(shí)時(shí)預(yù)警，結(jié)合人像比對(duì)進(jìn)行身份識(shí)別、軌跡刻畫(huà)和區(qū)域布控，是現(xiàn)實(shí)存在的重要需求。

二、關(guān)鍵技術(shù)及研究現(xiàn)狀

要實(shí)現(xiàn)非可見(jiàn)光人體安檢和人像識(shí)別的數(shù)據(jù)級(jí)融合并開(kāi)展深度應(yīng)用，涉及電磁波和圖像處理兩大領(lǐng)域，以及電子通信和大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)。其中人像識(shí)別技術(shù)早已成熟并在全國(guó)安防行業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，數(shù)據(jù)通信和大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)技術(shù)對(duì)該項(xiàng)目來(lái)說(shuō)完全能夠滿足，并非本文重點(diǎn)，不再贅述。本文僅就研發(fā)“能安檢的人像識(shí)別監(jiān)控”方向，探討所需技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)模式。

（一）毫米波和太赫茲

傳統(tǒng)的手持安檢儀、安檢門(mén)等采用的電磁場(chǎng)、X射線和X射線背散射等技術(shù)，因其工作原理必須依賴有人值守式的強(qiáng)制安檢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足上述需求。而要實(shí)現(xiàn)人體安檢設(shè)備的非接觸式乃至隱蔽應(yīng)用，對(duì)安檢設(shè)備而言首先要解決的問(wèn)題是設(shè)備的被動(dòng)式、非接觸式和快速成像。因此在電磁波家族眾多成員里，能夠被動(dòng)式探測(cè)人體危險(xiǎn)物品并成像的只有兩個(gè)頻段：太赫茲和毫米波。毫米波，是指頻率在30GHz～300GHz之間的電磁波。太赫茲波，是指頻率在100GHz～10THz之間的電磁波。這兩段電磁頻譜處于傳統(tǒng)電子學(xué)和光子學(xué)研究頻段之間的特殊位置，二者存在部分頻段重疊，過(guò)去對(duì)其研究以及開(kāi)發(fā)利用都相對(duì)較少。近年來(lái)其特性越來(lái)越多的被應(yīng)用于安檢領(lǐng)域，比如毫米波較短的波長(zhǎng)可以有效減少器件尺寸，更在成像方面可以有更高的分辨率。而太赫茲的高分辨力、透視性、安全性和瞬態(tài)性，結(jié)合被動(dòng)成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更好的探測(cè)效果。而且這兩個(gè)頻段都可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)檢測(cè)，接收人體對(duì)外輻射，對(duì)人體安全無(wú)害。2018年，民航局頒布了《民用航空毫米波人體成像安全檢查設(shè)備鑒定內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)》及《民用航空毫米波人體成像安全檢查設(shè)備違禁物品探測(cè)能力測(cè)試程序》，正式將毫米波人體成像設(shè)備納入中國(guó)民航安檢設(shè)備清單，中國(guó)由此成為全球第三個(gè)、亞洲第一個(gè)獨(dú)立頒布毫米波人體成像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家實(shí)體。同年，國(guó)內(nèi)多家廠商和科研機(jī)構(gòu)推出了應(yīng)用級(jí)的太赫茲安檢儀，“無(wú)輻射、無(wú)感知、無(wú)觸摸、無(wú)停留”的人體安檢新概念正式登場(chǎng)，標(biāo)志著毫米波和太赫茲這兩大電磁領(lǐng)域最前沿的新興技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入安檢應(yīng)用階段。可以肯定的是，在當(dāng)前技術(shù)條件下，毫米波和太赫茲是打通電磁人體安檢和人像識(shí)別安防兩大領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)級(jí)融合應(yīng)用的最佳選擇。

（二）多模圖像融合與結(jié)構(gòu)化

傳統(tǒng)的有人值守式安檢通過(guò)終端直接查看非可見(jiàn)光成像，對(duì)于非可見(jiàn)光成像和可見(jiàn)光成像進(jìn)行多模圖像融合并非必要需求。視頻大數(shù)據(jù)和人臉識(shí)別盡管已經(jīng)技術(shù)成熟并實(shí)現(xiàn)普及應(yīng)用，但是只針對(duì)可見(jiàn)光攝像頭的成像處理。目前非可見(jiàn)光攝像頭成像技術(shù)已經(jīng)成熟，可以通過(guò)安檢設(shè)備接收人體自然輻射的太赫茲/毫米波信號(hào)，采用合成孔徑實(shí)時(shí)成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體及攜帶物品高分辨率實(shí)時(shí)成像。而要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)級(jí)融合和大數(shù)據(jù)應(yīng)用，還需要對(duì)可見(jiàn)光成像和非可見(jiàn)光成像進(jìn)行多模圖像融合，將非結(jié)構(gòu)化的非可見(jiàn)光成像轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。多模圖像的直接融合較為困難，結(jié)合當(dāng)前技術(shù)條件，筆者設(shè)計(jì)了一種轉(zhuǎn)換方法：先將非可見(jiàn)光攝像頭成像轉(zhuǎn)換為可以由計(jì)算機(jī)視覺(jué)辨認(rèn)的普通圖像，再運(yùn)用現(xiàn)階段已經(jīng)成熟的視頻結(jié)構(gòu)化算法，將其圖像結(jié)構(gòu)化分析，識(shí)別出可疑圖像，通過(guò)通信模塊將報(bào)警信息傳送給人臉識(shí)別單元，再由人臉識(shí)別單元立即鎖定人臉，進(jìn)行人臉識(shí)別和圖像大數(shù)據(jù)應(yīng)用。

（三）目前國(guó)內(nèi)研發(fā)現(xiàn)狀和存在問(wèn)題

根據(jù)公開(kāi)資料，近年來(lái)國(guó)內(nèi)先后發(fā)布了多種被動(dòng)式太赫茲/毫米波人體安檢設(shè)備，在外形和技術(shù)指標(biāo)上已經(jīng)不斷完善。北京航空航天大學(xué)研制的攝像式毫米波人體安檢儀，可在人流密集的環(huán)境下進(jìn)行隱蔽監(jiān)視，最遠(yuǎn)檢測(cè)距離可達(dá)5米。中電科五十所正在開(kāi)發(fā)的太赫茲多頻-多模成像安檢設(shè)備，采用主、被動(dòng)融合的多頻段太赫茲成像探測(cè)技術(shù)，可進(jìn)行大范圍掃描成像，實(shí)現(xiàn)在人流量大的場(chǎng)所對(duì)危險(xiǎn)品進(jìn)行快速檢測(cè)、識(shí)別與定位。公安部一所推出的Fiscan-Safesearch設(shè)備體積小巧，可懸掛于墻壁、天花板處進(jìn)行隱藏式檢查；重量輕，功耗低；可用于較大人流量處，于不同距離進(jìn)行連續(xù)性篩查；其智能被動(dòng)式探測(cè)無(wú)需主動(dòng)配合，自行完成過(guò)往人群的探測(cè)，全程無(wú)需工作人員。此外，上海理工大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題組研發(fā)的安檢儀可探測(cè)15米大范圍內(nèi)人群。中國(guó)航天十一所、二十五所、二〇三所等也紛紛立項(xiàng)推出并和國(guó)外頂尖機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)了毫米波和太赫茲安檢儀。以上這些產(chǎn)品的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)“安檢+人臉”應(yīng)用打通了過(guò)去難以逾越的技術(shù)壁壘，加上不斷完善的人臉識(shí)別算法和視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)，數(shù)據(jù)級(jí)融合已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

圖3所示的是某城市地鐵測(cè)試的一種太赫茲人體安檢設(shè)備，可以對(duì)3m～15m、120°角度范圍內(nèi)遠(yuǎn)距離成像。

可以看到該設(shè)備大小已經(jīng)十分接近攝像機(jī)，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了圖像對(duì)齊和圖像融合。

綜上，可以看出被動(dòng)式太赫茲/毫米波人體安檢儀產(chǎn)品已經(jīng)逐漸研發(fā)完成并向應(yīng)用邁進(jìn)，要實(shí)現(xiàn)人體安檢和人臉識(shí)別的軟硬件集成和數(shù)據(jù)融合，其體積、成像、探測(cè)距離等核心技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，目前存在的問(wèn)題主要是國(guó)內(nèi)被動(dòng)式太赫茲/毫米波安檢儀普遍處于樣機(jī)測(cè)試和立項(xiàng)階段，尤其是對(duì)于“天網(wǎng)”監(jiān)控?cái)z像機(jī)式的掛桿應(yīng)用來(lái)說(shuō)，還存在成本高、體積體重較大、成像分辨率、報(bào)警準(zhǔn)確率距離大數(shù)據(jù)應(yīng)用還需進(jìn)一步提高等問(wèn)題。在過(guò)渡階段可以通過(guò)落地式放置、后臺(tái)人員遠(yuǎn)程值守等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合應(yīng)用，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，仍然需要不斷攻克技術(shù)難關(guān)，早日實(shí)現(xiàn)“天網(wǎng)”圖像式的成熟規(guī)模應(yīng)用。

三、系統(tǒng)架構(gòu)與流程

（一）系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)鋱D如圖5所示。

1. 非可見(jiàn)光探測(cè)模塊

即安檢探測(cè)模塊，使用太赫茲或毫米波安檢技術(shù)的危險(xiǎn)物品探測(cè)模塊。通過(guò)非可見(jiàn)光攝像頭成像，發(fā)送至模塊2。

2. 光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換模塊

將模塊1的非可見(jiàn)光攝像頭成像傳給該模塊，轉(zhuǎn)換為可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別的一幀一幀的安檢探測(cè)視頻圖像，發(fā)送至模塊4。

3. 可見(jiàn)光成像模塊

通過(guò)人臉識(shí)別攝像模塊采集可見(jiàn)光成像的視頻圖像信息，發(fā)送至模塊4。

4. 視頻結(jié)構(gòu)化分析模塊

該模塊作用有三：（1）接收模塊2發(fā)送的轉(zhuǎn)換后的安檢探測(cè)視頻圖像，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)A。并對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否攜帶危險(xiǎn)物品及危險(xiǎn)物品內(nèi)容。并生成報(bào)警數(shù)據(jù)。（2）接收模塊3發(fā)送的人臉視頻攝像模塊的視頻圖像，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)B。（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)A的分析結(jié)果，將報(bào)警數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)B進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，生成含有人臉識(shí)別信息的報(bào)警數(shù)據(jù)C，并將數(shù)據(jù)C發(fā)送給模塊5。

5. 后臺(tái)模塊

該后臺(tái)模塊是指包含人員數(shù)據(jù)庫(kù)，有人像識(shí)別和軌跡分析、人臉布控等功能的圖像信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)。該模塊接收模塊4推送的數(shù)據(jù)C，通過(guò)系統(tǒng)和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別人員身份，并在系統(tǒng)進(jìn)行人臉布控和軌跡分析。

（二）實(shí)現(xiàn)模式

根據(jù)上述架構(gòu)，系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)流程可以為雙向報(bào)警推送：（1）由安檢模塊掃描進(jìn)行安檢，一旦發(fā)現(xiàn)可疑物品報(bào)警立即對(duì)人像數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注，經(jīng)視頻結(jié)構(gòu)化后推送系統(tǒng)進(jìn)行身份識(shí)別，隨即啟動(dòng)對(duì)人員進(jìn)行軌跡分析和布控。這種方式對(duì)系統(tǒng)性能、數(shù)據(jù)容量、安檢準(zhǔn)確度要求較高。（2）反向報(bào)警推送。針對(duì)某些場(chǎng)景下只需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)注人員進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，不需要進(jìn)行“逢人必檢、全部采集”的情況下，也可以先在后臺(tái)建立重點(diǎn)關(guān)注人員庫(kù)，由人臉識(shí)別模塊發(fā)現(xiàn)關(guān)注人員后，先進(jìn)行人員報(bào)警，自動(dòng)啟動(dòng)檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果決定是否進(jìn)入后續(xù)流程。比如有的重點(diǎn)場(chǎng)所人臉識(shí)別系統(tǒng)建設(shè)了可疑人員模型（陌生人、無(wú)故逗留、反復(fù)出現(xiàn)等），可以在模型比對(duì)認(rèn)定為可疑人員后啟動(dòng)安檢。一定程度上可以減少誤報(bào)、減輕安檢工作量和系統(tǒng)負(fù)荷。上述兩種流程可以單獨(dú)，也可以結(jié)合運(yùn)用，隨著大數(shù)據(jù)建模的普及和算法的成熟，實(shí)際實(shí)施可以結(jié)合實(shí)際搭建不同模型，比如對(duì)檢測(cè)出的可疑人員只在出現(xiàn)在重點(diǎn)部位時(shí)報(bào)警，根據(jù)防護(hù)目標(biāo)的不同設(shè)置不同的危險(xiǎn)物品庫(kù)、劃分危險(xiǎn)等級(jí)等。

（三）應(yīng)用場(chǎng)景及成效

“監(jiān)控+安檢”深度融合的新安防模式將主要用于開(kāi)放式區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)攜帶危險(xiǎn)和可疑物品人員的預(yù)警防控。從反恐維穩(wěn)到區(qū)域安保，其突破性的應(yīng)用成效和廣闊應(yīng)用前景可期。筆者在應(yīng)用研究中選取了很多場(chǎng)景進(jìn)行分析，其中之一就是社會(huì)高度關(guān)注的暴力傷醫(yī)事件。以醫(yī)院場(chǎng)景為例，其特性決定了很難采取傳統(tǒng)安檢，院內(nèi)遍布的監(jiān)控也只能起到事后追查作用。而滿足非接觸式、無(wú)人值守和大數(shù)據(jù)預(yù)警研判的新安防體系一旦落地應(yīng)用，對(duì)于防控此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，減少犯罪和悲劇的發(fā)生必將起到重要作用。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著太赫茲、毫米波安檢技術(shù)的不斷發(fā)展，今后安檢設(shè)備的小型化、無(wú)感化和高分別率、高靈敏度技術(shù)將不斷提升，與人臉識(shí)別等視頻圖像大數(shù)據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合后的跨維智能化應(yīng)用已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。積極探索開(kāi)展電磁技術(shù)在公安工作中的深化應(yīng)用研究，開(kāi)始公共安全“大電磁”新格局的建設(shè)實(shí)踐將成為必然趨勢(shì)。當(dāng)前，在深度融合“電磁探測(cè)+人臉識(shí)別”，打造安檢級(jí)視頻安防應(yīng)用方面的技術(shù)難關(guān)已經(jīng)被攻克，相信隨著新的融合需求的發(fā)現(xiàn)和提出，必將加快應(yīng)用級(jí)產(chǎn)品的研發(fā)落地和規(guī)模應(yīng)用。實(shí)戰(zhàn)引領(lǐng)必將帶來(lái)行業(yè)變革，未來(lái)，筆者將繼續(xù)以公安實(shí)戰(zhàn)為抓手，與學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)攜手并進(jìn)，推動(dòng)建立“電磁+大數(shù)據(jù)”多維融合新生態(tài)。