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來源：IPRdaily中文網（IPRdaily.com）
作者：胡鋒鋒 韋超峰 吳雪健
原標題：極客挑戰(zhàn)：利用專利情報洞察“人臉識別”的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)
合享組織行業(yè)情報分析專家，利用incoPat展開了一場為期一周的“極客行動”，希望通過專利情報對全球范圍內該領域內的最新創(chuàng)新動態(tài)進行了解從而指導技術研發(fā)、合作與并購的開展。
背景故事：
國內多家人臉識別技術公司正在致力于突破人臉識別中的活體驗證技術，通過各種技術手段（例如紅外）判斷進行人臉識別的對象是活人而非照片、屏幕、3D面具等攻擊者。他們希望通過專利情報對全球范圍內該領域內的最新創(chuàng)新動態(tài)進行了解從而指導技術研發(fā)、合作與并購的開展。
于是，合享組織行業(yè)情報分析專家，利用incoPat展開了一場為期一周的“極客行動”（合享發(fā)起的專利情報分析服務的眾包模式）......多位專家提交了分析嚴謹、結構合理、觀點犀利、具有啟發(fā)性的分析報告，經過同行評審，南京知識（馬鞍山）律師事務所的專家團隊獲得最佳報告。
對于人臉識別技術的研究開始于二十世紀六七十年代，Bledsoe以人臉特征點的間距、比率等參數，構建了一個初步的人臉識別系統(tǒng)。進人九十年代后，隨著人臉識別技術的廣泛應用和各行業(yè)對其需求的增加，許多企業(yè)、研究機構在從事加快了對人臉識別技術的研究。為促進人臉識別算法的深入研究和實用化，美國國防部發(fā)起了人臉識別技術( FaceRecog nition Technolog y 簡稱FERET )工程。如今，人臉識別已經成為圖像分析與圖像理解領域最成功的應用之一，且許多成功的人臉識別商業(yè)軟件投人市場，傳統(tǒng)技術中基于人臉認證流程圖如圖1-1所示。
圖1-1 傳統(tǒng)技術中基于人臉認證流程圖
人臉識別作為模式識別的分支，可分為三個組成部分：檢測、分割人臉→抽取人臉特征→匹配和識別人臉，人臉識別技術和方法可以分為基于幾何特征方法和基于模板的方法兩大類。
從2000年后，人臉識別技術逐漸走向市場，人們開始關心人臉識別安全問題，于是構建了模型來模擬活體人與假冒物體對識別系統(tǒng)的欺騙。2002年，L. Thalheim通過實驗發(fā)現，用照片或簡短的視頻畫面可以輕易地入侵人臉識別系統(tǒng)，繞過了身份的驗證。人臉識別的安全隱患得以更加體現，因此人們越來越意識到活體檢測的重要性。
對于人臉識別技術來說，基本是基于可見光圖像的人臉認證技術，其欺騙手段主要有3類：合法用戶的人臉照片、合法用戶的人臉視頻、合法用戶的三維人臉模型。
近些年來，為了提供更加安全可靠的活體人臉識別技術，各種算法原理得到不斷的應用?；铙w人臉的檢測技術主要有：三維深度信息分析、面部運動的光流估計、人臉和語音混合模型、傅立葉頻譜分析、眨眼檢測、熱紅成像等。
如圖2-1所示，人臉識別活體驗證技術在全球的專利分布狀況。申請地區(qū)集中于中國、美國和韓國等。由圖2-2和圖2-3中分析發(fā)現，人臉識別活體驗證領域近年來一直呈快速增長態(tài)勢，特別是自2000年以后，人臉識別系統(tǒng)逐漸開始運用于商業(yè)，對安全性的要求就越來越高；自2000年以后，專利申請量開始快速增加。
圖2-1全球人臉識別活體驗證的專利分布
圖2-2主要國家/地區(qū)的專利申請量
圖2-3世界/中國/美國的專利申請趨勢
但2006年以后人臉識別活體驗證領域，不論是世界專利的申請量，還是中國專利的申請量，都出現了周期性的波動。而中國在活體驗證領域的專利申請呈現了高速增長態(tài)勢，并在2012年之后開始追趕美國。
圖2-4 中國主要省份的專利申請量
圖2-5 活體驗證技術中國申請人地域分布
如圖2-4和圖2-5所示，全國范圍內排名前三的省/直轄市分布為北京、廣東和廣東。人臉識別技術領域屬于智力密集型企業(yè)，北京、江蘇具有較多的重點大學，為人臉識別技術的研發(fā)提供了智力基礎，而且廣東、江蘇強大的制造業(yè)、研發(fā)優(yōu)勢積攢的配套系統(tǒng)為人臉識別的研發(fā)和制造提供了巨大的動力，特別是在廣東諸如華為、騰訊的在人臉識別技術上具有較大的研發(fā)突破。人臉識別的主要市場也為經濟較為發(fā)到的沿海地區(qū)，市場的驅動下同樣推動著人臉識別技術研發(fā)。
2.2.1 主要申請人申請量分析
如圖2-6可知，關于人臉識別活體驗證領域的申請量排名前十公司中（未合并申請人），申請量最大的為：SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD（三星電子公司），其次為北京曠世（BEIJING KUANGSHI）科技有限公司和北京小孔科技有限公司；這說明我國的公司已經涉足人臉識別活體驗證技術，并取得一定的技術突破。并在技術方面已經開始追趕國外企業(yè)。
圖2-6排名前十的申請人分析
2.2.2 主要申請人申請趨勢
如圖2-7所示，北京曠世科技與北京小孔科技在2014年之前并未申請相關專利，北京曠世科技與北京小孔科技的申請量集中于2015年。進一步的研究發(fā)現，檢索得到專利均為：北京曠世科技與北京小孔科技作為共同申請人。如圖2-8所示，通過天眼查對北京曠世科技與北京小孔科技進行檢索發(fā)現，北京曠世科技與北京小孔科技具有較深的淵源，兩者主要的投資人基本相同。
圖2-7主要申請人專利申請趨勢圖
圖2-8北京曠世科技與北京小孔科技關系圖
2.2.3主要發(fā)明人分析
圖2-9為主要發(fā)明人的排名，其中曹志敏、印奇、賈開和范浩強均為北京曠世科技的員工，這與上述的分析是吻合的。排名第一和第二的申請人均為外國的發(fā)明人，這說明在該領域內，主要技術的發(fā)明人還是國外發(fā)明人，該領域的主要技術還掌握在外國。
圖2-9 主要發(fā)明人排名
2.3.1 技術構成隨年度的變化
分析圖2-10可以發(fā)現，自2008-2016年間年在人臉識別活體檢測領域申請的專利主要分布于G06K9大類；而且，G06K9大類的申請量的在整體上呈現增長的趨勢，其具有期間的波動趨勢與圖2-3的趨勢基本吻合。這同樣表面G06K9是未來人臉識別活體驗證的主要技術發(fā)展方向。
圖2-10技術構成大組隨年度的變化
2.3.2 主要申請人技術構成分析
技術構成小組的申請隨年度的變化如圖2-11所示。分析小組中可以發(fā)現，2008-2016年之間，主要的專利申請量同樣集中于G06K9/00小組，這與圖2-10是基本吻合的。由圖2-12分析發(fā)現G06T7/00（圖像分析，例如從位像到非位像）和G06T1/00（通用圖像數據處理）是僅次于G06K9/00的小組分類號，這也明顯說明了人臉識別技術與圖像處理技術的息息相關。
圖2-11技術構成小組隨年度的變化
圖2-12主要申請人技術構成小組分析
2.3.3 主要發(fā)明人技術構成分析
圖2-13所示，除了G06K9/00的小組以外，其他主要的小組分類號為G06K9/62（應用電子設備進行識別的方法或裝置）、G06T7/00（圖像分析，例如從位像到非位像）、G06K9/46（圖像特征或特性的抽?。?；這與主要申請人在技術小組的分布趨勢基本相似。
圖2-13主要發(fā)明人在技術領域小組的分布圖
（1）采用面部姿態(tài)進行活體驗證
基于面部姿態(tài)人臉識別活體驗證技術的專利申請始于2002年左右，KR1020030091345A（用于面部識別活體檢測的方法和系統(tǒng)測試），從而通過面部表情、嘴巴說話、眨眼等姿態(tài)進行活體驗證，進而增大人臉識別的欺騙難度。2002-2016年關于專利申請量如圖2-14所示，雖然不同的年份的專利申請量有一定的波動，但對數據進行擬合，專利申請量呈上升趨勢，而且后續(xù)還會繼續(xù)增長。
圖2-14面部姿態(tài)活體驗證技術的專利申請情況
（2）三維深度信息活體驗證技術
如圖2-15所示，基于三維深度信息活體驗證人臉識別活體驗證技術的專利申請始于2004年左右，DE102004039937A1（人臉識別、驗證和識別方法和系統(tǒng)）。該技術采用對面部牙齒等特征的三維判斷，通過三維深度信息有效的對人臉識別的活體進行驗證。進而提高了防欺騙的效果，具有顯著的效果。采用三維深度的活體驗證技術無需增加附加設備，而且抗照片的欺騙能力一般，特別是抗視頻的欺騙能力較弱，通過擬合曲線分析可以發(fā)現專利申請量逐漸增加。
圖2-15基于三維深度信息活體驗證技術的專利申請
（3）基于紅外活體驗證技術
如圖2-16所示，通過擬合曲線可以看出，每年的專利申請量具有波動，但是從擬合曲線分析可以發(fā)現專利申請量逐漸增加，但是專利增加的趨勢有所放緩。在大規(guī)模數據集上進行熱紅外圖像的人臉識別測試比較，研究表明熱紅外圖像的人臉識別性能在大規(guī)模數據集上低于可見光系統(tǒng)。這也是未來的主要研究方向。降低基于紅外熱輻射檢測活體的檢測成本，將是未來的人臉識別活體檢測的主要研究方向。成本和技術運行的穩(wěn)定性將是未來研究人員的主要技術突破的方向。
圖2-16基于紅外熱輻射活體驗證技術的專利申請
（4）基于傅里葉頻譜分析活體驗證技術
如圖2-17所示，通過擬合曲線可以看出，基于傅里葉頻譜分析活體驗證技術每年的專利申請量具有波動，但是從擬合曲線分析可以發(fā)現專利申請量逐漸增加，但是后期的增加趨勢逐漸放緩，并開始出現S曲線特征。2000年，US6744909B1-Authentication system and method，其將基準和輸入的圖像作傅里葉變換后再用處理器作非線性變換和反傅里葉變換以確定其證實性。但是，頻率動態(tài)描述子(FDD)對光線變化敏感，當照片上的光照發(fā)生變化時，能量也會動態(tài)變化，進一步提高頻率傅里葉頻譜分析活體驗證技術。
圖2-17基于傅里葉頻譜分析活體驗證技術專利申請情況
（5）基于多模生物認證活體驗證技術
如圖2-18所示，基于多模生物認證活體驗證技術每年的專利申請量具有波動，從擬合曲線分析可以發(fā)現專利申請量逐漸增加，其中在2002年之前增長比較快，2002到2014年之間專利申請量處于持平的狀態(tài)，近些年隨著網絡貿易的增加對網絡人臉認證的要求越來越高，采用活體驗證的技術專利技術又在此快速增加。
圖2-18基于多模生物認證活體驗證技術專利申請情況
2.5.1技術特點分析
通過上述分析可以發(fā)現，九十年代后全球人臉識別技術可分為 3 個發(fā)展階段，2001年之前專利數量少于100件，處于初步研究階段；2001年到2010年的十年，日本、美國、韓國等國家在該領域較快發(fā)展，主要一方面原因可能是受恐怖襲擊的影響，發(fā)達國家迫切需求更可靠的安全識別技術。2011年到2015年間，人臉識別技術飛速發(fā)展，特別是在2015年，人工之智能科技成為行業(yè)熱點，促使人臉識別技術成爆發(fā)式增長。結合人臉識別過程中的實際應用，活體驗證技術應該具有四個特點：易用性、易采集，隱蔽性、抗攻擊性，普遍性、唯一性，活體檢測性能。
2.5.2技術發(fā)展方向
（1）基于面部姿態(tài)的人臉檢測，具有人臉識別過程簡單方便、效率較高，且成本較低；但是復雜圖像中的人臉檢測技術多數是針對正而端正的人臉，多姿態(tài)人臉的檢測還存在很大的困難，這將是未來人臉識別活體驗證技術中的一個主要研究方向。
（2）小波分析的出現是傅里葉分析的突破性進展，小波變換具有時頻局部特性和變焦特性，神經網絡具有自學習、自適應、容錯性和推廣能力，隨著神經網絡的理論研究日趨深入，神經網絡與傅里葉分析的優(yōu)勢結合起來，也是未來的主要研究方向。
（3）三維人臉識別研究真實世界中的人臉是三維的，三維信息特別是三維圖像較之一維圖像能提供更完整而真實的內容，如何有效地利用直接的三維圖像信息進行人臉識別已經成為研究重點。
（4）人體血液流動的過程中產生了溫度，會被皮膚發(fā)散，使皮下血液系統(tǒng)呈現出一種獨特的面部信號。但是這種方法需要增加新的設備，成本較高，降低成本將是未來主要的研究方向。
隨著網絡貿易、國土安全、社會安全的需要，身份驗證已經成為安全防護中關注的重點，生物特征識別將迎來一個快速發(fā)展的時期；人臉識別技術經歷了數十載的發(fā)展，如今已經取得了很大的進展，人臉識別系統(tǒng)對采集圖像中的人臉辨認準確率較高，卻無法準確識別采集的人臉圖像是來自人體本身還是來自照片、視頻或三維模型。為了更安全的進行身份認證和檢測身份來源的真實性，這樣就給人臉識別技術工作者提出了更高的要求，人臉識別活體驗證技術也必將迎來更為廣闊的發(fā)展機遇。
（1）技術研發(fā)方向
面部姿態(tài)的人臉檢測具有人臉識別過程簡單方便、效率較高、成本較低；但是多姿態(tài)人臉的檢測還存在很大的困難，這將是未來活體驗證技術中的主要研究方向。小波分析的出現是傅里葉分析的突破性進展，小波變換具有時頻局部特性和變焦特性，神經網絡與傅里葉分析的優(yōu)勢結合起來，也是未來的主要研究方向。三維人臉識別研究真實世界中的人臉是三維的，三維信息特別是三維圖像比一維圖像能提供更完整而真實的內容。在人瞼活體檢測研究中，圖片和視頻畫面或者戴有面具時其表面是沒有溫度的，而根據人體溫度產生的人瞼紅外感應成像就成為一個新的人瞼活體檢測的研究熱點。人臉識別活體驗證技術在商業(yè)應用的過程中，降低經濟成本、降低技術的簡單性、檢測的高效性是主要目的。
（2）技術合作建議
中國科學院自動化研究所對人臉識別技術中的活體驗證技術的研究起步較早，且持續(xù)的有恒定的活體驗證技術的專利申請，具有好的技術積淀，其將是技術合作的較好的科研機構；此外，清華大學、中山大學和南京理工大學也是較好的科研機構。自身技術實力又較差的情況下，將難以實現與較大公司的技術合作。著重分析競爭對手的專利布局狀況，并有針對性構建自己的專利布局，實現技術并購、交叉許可，達到杠桿效應。
（3）技術并購建議
技術并購的過程中可以選擇科研院所和資金相對匱乏的小企業(yè)。但是在并購科研院所專利的過程中，要考慮科研院所專利的實用性和商業(yè)價值，因為科研院所的技術往往是前瞻性較強，但實用性可能較差。
南京知識（馬鞍山）律師事務所，集國內、涉外知識產權申請代理和知識產權訴訟服務為一體，為國內外客戶提供專利申請和商標申請服務及知識產權領域的法律咨詢服務，并以專利代理人和知識產權律師構建了專利檢索分析團隊，提供專利分析評議服務。
胡鋒鋒[1]，韋超峰[1]，吳雪健*
[1]第一作者：胡鋒鋒（1989/09-），工學學士，南京知識（馬鞍山）律師事務所專利二部部長，實習律師、專利代理人
[1]共同第一作者：韋超峰（1990/07-），工學學士，專利代理人
*通訊作者：吳雪?。?991/04-），碩士，專利代理人，郵箱：xuejian129@163.com
來源：IPRdaily中文網 （IPRdaily.com）
作者：胡鋒鋒[1] 韋超峰[1] 吳雪健*
編輯：IPRdaily.cn LoCo
校對：IPRdaily.cn 縱橫君
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