基于人脸识别和WiFi 探针技术的身份识别追踪系统设计

董 炜

（ 博康云信科技有限公司上海分公司，上海200233）

随着人脸识别技术的快速发展， 人脸识别技术已经相当成熟，可以在公共区域进行部署拍摄并记录人脸，并把获得的人脸信息和后台人脸数据做比对，就可以快速准确的识别对象身份。 但是人脸识别摄像机一般成本较高，且对环境要求较高，只能安装在室内。 WiFi 探针技术是指基于WiFi 探测技术来识别探针设备附近已开启WiFi 的智能手机或者WiFi 终端（ 笔记本，平板电脑等）。 当智能手机进入探针信号覆盖区域内且打开WiFi 功能， 该智能手机就会被探针设备捕获， 并且获取其mac地址。 WiFi 探针设备成本较低，对环境的要求也较低，可在室外部署。本系统是一套结合了人脸识别和WiFi 探针技术的优点的身份识别追踪系统。 本系统基于少量重点区域部署的人脸识别系统和大范围部署的WiFi 探针设备，获得了大量的人脸识别数据和WiFi 探针数据；通过对数据的比对和筛选，生成人脸识别系统的识别对象和移动设备的mac 地址的匹配关系数据；原本无法确认对象身份的mac 地址，可以匹配真实的对象，系统可以在更大范围内查找并追踪对象。

1 系统工作原理及服务内容

1.1 关于人脸识别技术和WiFi 探针技术在对象识别方面的比较

这几年人脸识别技术已经非常成熟， 广泛应用于公共区域的治安监控系统。 在诸如机场，车站，地铁站等交通设施，以及写字楼，医院，社区的出入口，都得到大量的部署。通过对高清监控摄像机的人脸图像与后台人脸数据做比对，可以迅速的识别对象身份（ 如图1 所示）。人脸识别技术的优点包括：准确获得对象的真实身份。 人脸识别技术的缺点包括： 人脸识别系统的建设成本较高；高清摄像机的对诸如现场光线，摄像机监控角度等环境要求较高；监控对象如果戴口罩则无法识别身份。

图1 人脸识别系统工作原理图

WiFi 探针设备其实就是一个无线接入点， 不断的向四周广播发送Beacon 帧，通知附近的WiFi 设备；而一般的WiFi 设备例如手机，平板电脑等，也不停的发送probe 帧，去寻找附近可用的无线接入点，其工作原理如图2 所示。

probe 帧包含了设备的mac 地址， 所以当WiFi 探针接收到probe 帧之后也就获取了这个设备的mac 地址。 通过部署WiFi探针设备， 就可获得该区域所有的手机等移动设备的mac 地址。而这个mac 地址是独一无二的，和移动设备绑定的。WiFi 探针技术的优点包括，采集条件低，无论室外室内都可安装；安装设备后，即可获得附近所有的移动设备的mac 地址，极少有漏报；设备成本较低，可以大范围的部署。 WiFi 探针技术的缺点是仅仅能获得智能设备的mac 地址，无法确认对象身份。

图2 WiFi 探针技术工作原理图

1.2 系统的服务内容

人脸识别系统技术成熟，可以直接确认对象身份，由于成本较高，对环境要求苛刻，无法大量部署在室外环境。而WiFi 探针系统正好与之相反，可以大量的部署，尤其是在室外环境，但无法直接确认对象身份。

本系统的优点， 就是结合人脸识别和WiFi 探针技术的优势，以相对少量的高成本的人脸识别系统辅之以大量的低成本的WiFi 探针设备，结合大数据技术，通过算法获得人脸识别系统的识别对象和移动设备的mac 地址的匹配关系数据 ， 从而使系统大数据中的海量的mac 地址信息，能够匹配到真实的人员的身份信息。

当通过mac 地址信息可以匹配真实的人员的身份信息，通过对大数据分析，系统可以在更大的范围内查找并追踪人员对象，实现人像追踪，布控报警，同行分析，徘徊分析等具体的功能。

2 系统设计

2.1 硬件部署

人脸识别系统中的高清监控摄像机一般都部署安装在室内，而且对环境要求比较高，主要的要求有：2.1.1 尽可能的选择人员通道或者出入口，通过规范人员唯一的通行方向，确保摄像机能够抓拍到该方向上所有的进入或者离开人员的正脸。2.1.2 需要有稳定的充足的光照环境，如果在背光或者光线条件不足，需要能够补光，确保人脸特征的清晰可见。2.1.3 摄像机安装在通道或出入口的正前方，正对人脸抓拍，中间空旷且没有遮挡；需要具备一定的俯视角度，避免人员经过通道时后方人员脸部被前方人员遮挡。 WiFi 探针设备的安装要求较低，只需要确保信号不被干扰即可。 在所有的人脸识别系统的高清监控摄像机附近都部署一套室内的WiFi 探针设备，确保人脸识别系统检测范围内的所有手机或其它智能设备，都能被WiFi 探针系统捕获。

2.2 数据采集

系统中人脸识别系统安装部署在诸如机场，车站，地铁站，写字楼，医院，社区的出入口等区域，自动采集人脸信息，并与后台人脸库做比对。 理论上可以认为每一次的人脸采集都可以获得准确的人员身份信息。 WiFi 探针系统能分为室内和室外，室内的探针设备的采集范围一般在5-20 米， 除了部署在人脸识别系统周边外，也可以部署在大厅，电梯口等人员聚集的区域。室外的探针设备采集范围可达到100 米，可以广泛的安装在包括广场，公园，交通路口等室外区域。通常单个WiFi 探针系统接收的数据量远远大于人脸识别系统，且接收的数据只有手机等智能设备的mac 地址， 不包含的手机号码或IMEI(International Mobile Equipment Identity，手机串号)等可以识别对象身份的信息。

2.3 数据比对

仅仅通过mac 地址，是无法识别出对象的真实身份的。本系统的关键，是通过算法建立起一套人脸识别系统的识别对象的身份信息和移动设备的mac 地址的匹配关系。 有了身份信息和mac 地址的匹配关系，WiFi 探针系统的大量的mac 地址信息，就成为有效的数据，能够支持系统的各项应用。 所有的人脸识别系统都会在同一地点安装部署一套WiFi 探针系统，人脸识别系统采集到人员的人脸图像同时，WiFi 探针系统同时保存了该人员的智能设备的mac 地址。 在某个监控点的同一时间段，人脸识别系统和WiFi 探针系统会同时保存了多个身份信息和mac 地址信息，生成一个数据集合。 仅仅通过这一个数据集合，系统无法在身份信息和mac 地址信息之间建立一对一的匹配关系。 当该人员在不同时间和不同的地方的监控点被系统多次采集数据，就在平台大数据中生成多个数据集合；通过对这些数据集进行处理，利用各个数据集之间的与，或，非的关系，可以轻易的筛选出身份信息和mac 地址信息的匹配关系，建立起身份信息和mac 地址信息之间的一对一的匹配关系。

当身份信息和mac 地址信息间建立起一对一的匹配关系，平台大数据中的mac 地址信息，就成为有效数据。 通过这种方法，少量的人脸识别系统配合大量的WiFi 探针系统，可以获得海量的人员身份信息和位置信息，进而支持系统的各项应用。

3 系统应用

在获得大量的有效的身份信息和位置信息的基础上， 可以快速准确的对目标进行身份识别和追踪。 具体的应用包括：

3.1 人像追踪

在系统中通过人脸图片或者身份信息(姓名，身份证等)以及时间进行搜索。 可以查询到该人员的身份信息和位置信息等，并在电子地图上展现该人员的历史轨迹（ 如图3 所示）。

图3 人像追踪及轨迹再现

具体步骤为：

输入人脸图片，与后台人脸库比对，识别该人员，获得该人员的身份信息。 (可直接输入身份信息，跳过该步骤)。

由身份信息， 从平台数据库或第三方数据库获得该人员的基本信息。

由身份信息，从平台数据库，获得指定时间段的该人员的位置信息，即该人员何时，在何地出现。

当获得该人员的不同时间的位置信息后， 可以计算出该人员的历史轨迹，并在电子地图上展现。

3.2 布控报警

在系统中通过人脸图片或者身份信息配置报警对象， 当系统平台捕获的该人员的信息时，系统会即时报警，并显示相关信息等（ 如图4 所示）。 具体步骤为：

输入人脸图片，与后台人脸库比对，识别该人员，获得身份信息。 (可直接输入身份信息，跳过该步骤)

由身份信息， 从平台数据库或第三方数据库获得该人员的基本信息。

当系统捕获到该人员时，软件平台即时报警，并在地图上显示该人员的基本信息和位置坐标，并可展示历史位置及历史轨迹。

图4 布控报警及历史位置

3.3 同行分析

在系统中通过人脸图片或者身份信息， 可以获得与该人员多次在同时同地出现的同行人员，并显示同行人员的基本信息和历史轨迹等。 具体步骤如下：

输入人脸图片，与后台人脸库比对，识别该人员，获得身份信息。 (可直接输入身份信息，跳过该步骤)

查询在平台大数据中的包含该人员的所有的数据集合。

筛选出在这些数据集合中多次出现的其他人员。这些人员，即为同行者。

从平台数据库或第三方数据库获得同行者的基本信息和位置信息，并可展示历史轨迹。

3.4 徘徊分析

在系统中选择区域和时间， 可以获得在该区域该时段多次出现过的所有人员，并显示这些人员的基本信息和位置信息。

根据所选择区域，查询在该区域的所有检测设备。

查询在平台大数据中的上诉检测设备在所选时间内的所有的数据集合。

筛选出在这些数据集合中多次出现的人员。这些人员，即为徘徊者。

从平台数据库或第三方数据库获得徘徊者的基本信息和位置信息，并可展示历史轨迹。

4 结论

本系统结合人脸识别技术和WiFi 探针技术，将人脸识别和WiFi 探针技术置于同一平台， 充分的发挥了人脸识别技术和WiFi 探针技术各自的优点， 有效地解决了WiFi 探针技术无法对其采集的数据进行身份确认的难题，从而以较低的成本获得大量的有效的人员位置信息，实现对目标人的精确识别和快速追踪，具有一定的推广价值。