人脸识别技术在办电业务场景中的研究与应用

王平，苟亮，朱帕尔·努尔兰，杨霞，陈银江

（1.国网新疆电力有限公司信息通信公司，新疆乌鲁木齐，830000；2.北京中电普华信息技术有限公司，北京,100085）

0 引言

在“互联网+”时代背景下，电力企业为了向用电用户提供更加高质量的服务，逐渐将传统办电业务方式转变为更加智能化和数字化的业务运行模式，并实现了对集中控制性办电业务场景的构建。通过各类现代化的终端设备，实现了对传统人工服务窗口的替换，并将以往人工服务人员转移到了服务运行中心中，实现对中心各项业务内容的管理调配和对各类现代化信息设备的控制[1]。电力企业逐渐实现对用电用户的远程业务受理，无论是对于提升办电业务效率，还是在提高办电业务服务质量上都有了极大的提升。但当前大部分营业厅中的自助终端设备操作困难，针对老年人、特殊人群等自助完成整个业务办理流程的难度较大，导致人均操作时间增加，业务办理效率降低等问题，无法满足智能化营业厅建设的初衷[2]。

为此，本文借助人脸识别技术提升办电业务的工作效率。人脸识别技术是实现人脸识别系统构建的相关技术，通过该项技术的应用可实现对人脸视觉特征的准确识别，并根据被识别用户的身份信息，为其制定针对性的操作内容。为能够进一步实现电力营业厅的自助水平和智能化水平，降低各类终端设备的操作难度，本文引入人脸识别技术，对其在办电业务场景中的研究。

1 人脸识别技术在办电业务场景中的应用研究

1.1 生成办电业务客户标识编码

为了在办电业务场景中为多个业务服务器分配至少一个属于其所属业务的标识生成器，针对办电业务客户标识生成编码。首先，将业务标识生成器引入到办电业务场景当中，通过该器件实现对业务标识请求信息的获取，信息当中包含了对应业务服务器的标识以及业务对象的标识[3]。其次，针对获取到的请求信息进行响应，通过生成器实现对所属业务对象标识的生成，并记录当前目标办电业务的标识最大值。在表示服务器当中，利用哈希算法，对预设的阈值进行计算。在对阈值进行计算时，应当确保数值大于或等于业务服务器的实际数量。最后，针对业务标识生成区域当中的起始值进行计算，其公式为：

公式（1）中，SID1表示为业务标识生成区域当中的起始值；MaxID表示为业务标识当中的最大数值；M表示为取模计算数值；S表示为生成标识编码使得预设步长。根据上述公式，完成对起始值的计算后，再对业务标识生成区域当中的终止值进行计算，其公式为：

公式（2）中，EID1表示为业务标识生成区域当中的终止值。按照上述公式（1）和公式（2）确定区域范围内的起始值和终止值后，将其作为基础完成标识编码生成工作。在生成标识编码时必须确保办电业务服务器标识能够提供服务器所在的机房和IP地址等信息。整个标识编码的生成过程均在生成器中完成，针对任意一个业务服务上的某一业务对象，利用生成器根据业务服务器的请求为其生成唯一一个ID区间，同时，在这一区间当中需要确保每一个ID都具有唯一性，以此方便业务服务器能够为每一项办电业务创办相应的服务对象。当ID区间当中所有的ID全部用完后，重复上述流程，重新生成一个全新的ID区间，并完成后续编码生成任务。将从办电业务场景中获取到的人脸图像与区域标识对应的编码共同传输到相应业务服务器上，并通过传输接口对人脸信息进行获取[4]。在完成上述操作后，根据下述内容对人脸特征进行识别，并在正确识别后，返回客户表示标识编码。若在这一过程中无法实现对客户人脸的识别则相应业务服务器则按照上述流程生成新的用户标识编码。

1.2 基于人脸识别技术的用户人脸图像与区域标识

根据上述论述完成对办电业务客户标识编码的生成后，引入人脸识别技术，对用户的人脸图像以及区域进行标识。人脸识别技术在本文办电业务场景构建当中的主要功能是实现对办电业务用户人脸的检测，对办电业务用户面部特征提取以及对不同办电业务人群对其进行识别。在实际引入人脸识别技术的过程中，首先，通过二值化分析方法对用户人脸图像特征区域进行确定，并采用标记形式得到图像当中相互连通的区域数量。在标记时，若每一个区域均有对应的标号，则为标记的像素赋予已有标号，否则为其赋予一个全新的标号，最后，将所有的标号汇总，并计算得出其总数[5]。分别从用户人脸图像的上下左右，四个边界利用人脸识别技术进行扫描，当遇到第一个不是背景的像素时，则将该点作为边界点，并获取到该点的坐标信息，得到其区域位置。连通区域的方向可通过如下公式计算：

公式（2）中，θ表示为用户人脸图像中连通区域与边线构成的夹角；W表示为用户人脸图像宽度；H表示为用户人脸图像高度。根据上述公式，确定图像的区域方向。在实际应用上述流程完成对用户人脸图像与区域标识时，由于人脸具有一定的非对称性。因此，针对非对称性的图像进行分类标识能够进一步提高识别技术的识别精度。将上述流程基础上，引入大量训练样本，并通过简单的分类规则对其进行合理划分。再将训练单级分配器连接到识别模块当中，并利用每一个单级分类器在训练过程中具备的高检验率，将所有单级强分类器进行串联，从而进一步提高检验率，达到更高精度的识别和分类标识效果。在识别过程中，当所有待识别的窗口都先进入到一级强分类器当中，再进入到二级强分类器当中，最后进入到三级强分类器当中，最后将得到的结果输出。按照上述顺序，完成对待识别内容的输入和输出后，将判断为负面样本的窗口全部过滤，并再次经过多级分类器的连接，只将正样本保留。按照上述流程，在实现增加样本分类平均速度，降低人脸识别技术的计算量的同时，达到提高整体识别精度的目的。同时，由于人脸属于非刚体物体，因此若想实现对用户人脸图像的高精度标识，需要利用更高的维度实现对用户人脸特征的描述。在这一过程中，会造成计算量非常复杂，并且由于用户人脸图像大部分处于高维空间当中，分布十分分散，因此对于识别分类而言具有十分不利的影响。针对这一问题，可利用KL变化主分量分析的方式对用户人脸图像进行降维处理。在实际应用时，采用以信息压缩作为主要目的的方式，实现对用户人脸图像的最优正交变换，并将原本维度较高的人脸图像数据压缩在一个维度较低的子空间当中，并将原始数据之间存在的关联性进行删除，以此确保数据能够在低维度子空间当中形成更加紧凑的分布，从而为人脸识别技术的实施提供方便条件。在进行正交变换的过程中，将每一个分量利用ui表示，将完成正交变化的分量利用ujT表示，则当ui-ujT=1时，则说明此时二者分量相同，完成正交变换；ui-ujT=0时，则说明此时二者分量不同，需要进一步完成正交变换。同时，在正交变换的过程中，可将某一矢量在高维度空间当中利用坐标标识，并通过变换的方式利用正交基组成的坐标对其进行描述。按照上述内容，将用户人脸图像映射到低维度的子空间当中，从而映射到一个特定的点上，解决原本需要利用高维度对用户人脸图像进行标识的问题。根据人脸五官对图像特征进行推导，若某一连通区域为特征区域则其可以近似为一个长方形，依次将该长方形作为人脸图像区域对其进行标识。

1.3 基于不同特征人群的业务办理场景逻辑选择

通过上述论述利用人脸识别技术完成对用户人脸图像的识别和区域标识后，再对不同特征人群的特征进行识别或直接通过用户自主选择的方式，选择对应的业务办理场景逻辑。例如，若业务办理用户为老年人，则可通过更加简洁的操作界面为老年人办理业务提供每一步的指引，或通过后台系统直接向业务办理人员发送当场请求，由业务办理人员为老年人提供详细的指导和说明。同时，在办电业务终端根据逻辑判断是否需要对已完成的操作内容进行流程保存或是否需要查询相应的客户信息等。在实际业务办理场景当中，还可通过红外感应装置对已经检测到的站在终端设备前的用户，并对当前业务办理场景的服务状态进行识别，若此时场景处于空闲状态，则对负责区域内的人脸图像进行识别，若识别到人脸，则进入到运行状态，按照上述步骤选择对应场景逻辑完成对办电业务的服务。同时，在上述场景构建的基础上，根据办电业务实际水平以及用户的需要，针对缴费问题，可在业务场景当中，开通人脸识别缴费功能。针对每一个月前来营业大厅的不同用户群体，针对其相应的办理业务内容进行呈现，并通过对应的业务办理场景逻辑，实现对用户针对性的办电业务服务。不同用户群体主要可以划分为：普通用户、老年用户、低文化水平用户、特殊人群用户等，根据不同的用户群体，可在进行缴费的过程中适当降低操作难度，从而进一步提高智能自主终端设备的应用范围。

2 应用分析

在完成上述对人脸识别技术在办公业务场景中应用的理论分析后，为了检验上述思路在实际应用环境当中是否能够有效办电业务的办理效率，选择将应用人脸识别技术后的办电业务的耗时与未引入人脸识别技术的办电业务耗时进行对比。为了方便论述，将引入人脸识别技术的场景作为实验场景，将未引入人脸识别技术的场景作为对照场景。同时，为了确保实验的普遍性，分别选择在老年人群体、低水平文化人群和特殊人群当中，分别选择5名志愿者参与到办电业务办理流程当中，并分别通过上述两种方法在两种场景下完成业务办理，记录每一位志愿者办理业务的时间，将对应人群的业务办理耗时记录，并按照如下公式计算得出平均业务办理耗时：

根据上述公式（4）计算得出各个群体的平均业务办理耗时，并记录如表1所示。

表1 两种场景下业务办理结果记录表

通过表1中记录的结果数据可知，在实验场景当中，不同业务办理人群在完成各项办电业务时，其耗时均未超过3.20min，而在对照场景当中，老年人群体的平均办理业务耗时超过了15.00min，特殊人群平均办理业务耗时更是超过了23.50min，严重不符合办电业务场景对其业务办理效率的要求。因此，通过上述实验进一步分析得出，实验场景下不同人群中平均业务办理耗时明显小于对照场景平均办理业务耗时，说明在引入人脸识别技术后，可有效提高业务办理的效率。在实际应用中，按照本文上述思路实现对办电业务场景的构建能够为办电业务服务提供更加高质量保障，同时也能够将更多的业务办理节约的时间用于实现对服务质量的提升环节，为用户提供更加高品质的办电业务服务感受。

3 结束语

本文在基于人脸识别技术的基础上，提出了一种全新的办电业务应用技术，并通过实际应用证明了该技术的业务办理效率能够有效得到提升。在今后研究中，还将针对各项电力服务业务，引入人脸识别技术，实现二者结合，从而为办电用户提供更加高质量的保障，并进一步降低终端使用的门槛，提升智能终端设备在办电业务用户中的信任度和可接受程度。