專利名稱：一種用于人臉識別的圖像獲取識別裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及計算機圖像識別與處理技術領域，特別是指一種在人臉識別過程中利用主動光源進行人工主動照明的人臉圖像獲取、識別裝置。
背景技術：
生物特征識別技術主要是依靠人體的身體特征來進行身份驗證的一種高科技識別技術。人的指紋、掌紋、眼虹膜、脫氧核糖核酸(DNA)以及人臉相貌等人體特征具有人體所固有的不可復制的唯一性、穩(wěn)定性，無法復制、失竊或被遺忘。由于每個人的這些特征都不相同，因此利用人體的這些獨特的生理特征可以準確地識別每個人的身份。已有的人體生物識別方法包括人臉識別、眼虹膜識別、指紋識別、聲音識別、掌形識別、簽名識別、視網(wǎng)膜識別等。
近年來，特別是美國遭到9.11恐怖襲擊事件后，世界各國都把安全放到首位，生物特征識別技術的得到比以前更多的關注。生物特征識別技術可廣泛地應用于安全驗證、監(jiān)控、出入口控制、電腦登錄、互聯(lián)網(wǎng)登錄及身份認證、電子商務信息系統(tǒng)、金庫的安全設施、保險柜、自動柜員機、追捕犯罪嫌疑人、反恐怖斗爭以及其他適用的領域。
常見的生物特征識別技術典型應用模式包括身份鑒定(一對多的搜索)在鑒定模式下，確定一個人的身份，可以快速地計算出實時采集到的生物特征(人臉)數(shù)據(jù)與生物特征數(shù)據(jù)庫中已知人員的生物特征數(shù)據(jù)之間的相似度，給出一個按相似度遞減排列的可能的人員列表，或簡單地返回鑒定結(jié)果(相似度最高的)和相對應的可信度。
身份確認(一對一的比對)在確認模式下，生物特征數(shù)據(jù)可以存儲在智能卡中或數(shù)碼記錄中，只需要簡單地將實時的生物特征數(shù)據(jù)與存儲的數(shù)據(jù)相比對，如果可信度超過一個指定的閾值，則比對成功，身份得到確認。
監(jiān)控應用面像捕捉、面像識別技術，在監(jiān)控范圍中跟蹤一個人和確定他的位置。
監(jiān)視可以在監(jiān)控范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)人臉，而不論其遠近和位置，能連續(xù)地跟蹤他們并將它們從背景中分離出來，將他的面像與監(jiān)控列表進行比對。整個過程完全是無需干預，連續(xù)和實時。
上述的各種應用模式可以廣泛地應用在如下的多個領域身份確認與人員檢索可用于電腦/網(wǎng)絡安全、銀行業(yè)務、智能卡、訪問控制、邊境控制等領域；身份證可用于選民登記、身份證、護照、駕駛執(zhí)照、工作證等；計算機信息保護系統(tǒng)利用面像特征識別用戶，保護計算機信息；犯罪嫌疑人識別系統(tǒng)應用于臉部照片登記系統(tǒng)，事件后分析系統(tǒng)；遠距離身份識別應用于監(jiān)視、監(jiān)控、閉路電視、交通管理、敵友識別等。
參見圖1，一個完整的人臉識別過程是將待識別人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中人臉/作比對，然后作出識別判決。比對識別是在人臉特征碼的基礎上進行。該過程由圖像采集10、特征提取20、和特征比對30三個步驟完成。對應于人臉識別裝置則包括圖像采集模塊其通過圖像采集裝置(如攝像機、數(shù)碼相機等)采集的人臉/圖像或圖像視頻序列，然后，將這些圖像或視頻序列送至計算機進行處理；特征提取模塊其設置在計算機之中，從輸入的圖像中檢測定位人臉部分，并在對人臉姿態(tài)進行校正之后提取人臉的特征信息，即人臉特征碼；特征比對模塊同樣設置在計算機之中，它將待識別人的人臉特征信息(人臉特征碼)與人臉特征數(shù)據(jù)庫中所存入的特征信息(人臉特征碼)進行比對，并在這些信息中找出最佳的匹配對象。
顯然，人臉特征數(shù)據(jù)庫需要在識別之前建立。因此，參見圖2，一個人臉識別系統(tǒng)識別應有由人臉識別A和人臉錄入建檔B兩大過程構(gòu)成。其中，人臉錄入建檔B過程的目的是建立在人臉識別過程中使用的人臉特征數(shù)據(jù)庫。
人臉識別A和人臉錄入建檔B兩大過程均包括圖像采集和特征提取過程，以獲取圖像和提取特征。但人臉識別過程是將提取的特征碼與人臉特征數(shù)據(jù)庫所存入的特征碼進行特征比對匹配，而人臉錄入建檔過程則將提取的特征碼存入人臉特征數(shù)據(jù)庫。
人臉的特征提取20由人臉檢測或人臉跟蹤201、人臉的特征定位與校正202、人臉特征抽取203等幾個步驟構(gòu)成。人臉檢測是指在動態(tài)的場景與復雜的背景中捕捉人臉并分離出人臉，人臉跟蹤指對被檢測到的人臉進行動態(tài)目標跟蹤，人臉校正利用關鍵部位對人臉進行幾何校正(如校正偏移的人臉姿態(tài))，人臉特征抽取對檢測校正的人臉計算臉部的本質(zhì)特征。
人臉的特征對比30則是基于抽取人臉特征將待識別的人臉數(shù)據(jù)庫40中的人臉進行依次比對，計算匹配可信度，并判決最佳匹配對象。因此，人臉的特征描述決定了人臉識別的具體方法與性能。
要獲得高度可靠、精確的人臉識別效果，所提取人臉特征應反映臉部的本質(zhì)特征，即不隨皮膚色調(diào)、面部毛發(fā)、發(fā)型、眼鏡、表情、姿態(tài)、和光線的變化。但是，現(xiàn)有的人臉識別技術中所存在的一大難題在于環(huán)境光線的變化對人臉特征的影響非常大，不同的環(huán)境光線下所獲得的人臉圖像的識別效果差異極大。
研究表明由光線變化造成的同一人臉的圖像差別要遠遠大于不同人臉的圖像差別?，F(xiàn)有的人臉識別技術中主要依賴的是“被動”光源，即環(huán)境光源。但是，在實際的應用過程中，環(huán)境光千差萬別，并且難以控制。環(huán)境光源的變化會使得獲取的人臉發(fā)生顯著變化，導致所提取人臉特征發(fā)生顯著變化，進而導致人臉特征對比準確率下降。
設人臉表面一點Pi的法向量為EMBED Equation.3，且nTi為單位向量，即EMBED Equation.3；設光源為點光源，方向為EMBED Equation.3，人臉的成像公式可以簡單地用Lambertian(蘭伯特)模型表示，Pi點的灰度Ii為Ii＝ρi(x，y)ni(x，y)T·s (1)其中，i＝1，2，…，k，k為人臉所包含的像素點數(shù)；ρi為人臉在Pi點的表面反射率，nTi表示人臉表面一點i處的表面法向量，·表示點積x，y，z表示Pi三維空間中的坐標。
從上述的公式可以看出人臉的成像與人臉的表面反射率、人臉的三維形狀和光照有關。在人臉的成像過程中，這三個要素是必不可少的。其中前兩項與人臉的本身內(nèi)在特性有關，也是進行人臉識別所需要的信息；最后一項的光線則是人臉成像的外在因素，也是影響人臉識別性能的主要因素。
雖然光線的強度‖s‖影響人臉圖像的灰度，但這種影響由于是整體性的，可以用簡單的線性變換予以校正。真正影響人臉識別性能的是光線相對于人臉表面法向量的入射角度。設θi為入射光線與人臉表面法向量在Pi點的夾角(θi∈[0，π])，光線的強度‖s‖＝1，則公式(1)可以表示成如下的公式Ii＝ρi(x，y)cosθi(2)其中，i＝1，2，…，k；k為人臉所包含的像素點數(shù)。
從公式(2)中可以看出，如果光線入射角度變化，則θi就會發(fā)生相應的變化，從而造成同一人臉在不同光照角度下圖像差別。通過相關分析可得知一個從人臉左側(cè)入射的光線產(chǎn)生的人臉圖像與一個從人臉右側(cè)入射的光線產(chǎn)生的人臉圖像的相關系數(shù)一般為負值，這說明兩幅圖像是完全不同的。
由于在實際的應用過程中，光線的角度與系統(tǒng)的應用環(huán)境有關，而實際的環(huán)境千差萬別并且難以控制。目前人臉識別技術所用圖像混合了內(nèi)在與外在因素，這也就是目前最好的人臉識別系統(tǒng)在光線變化的情況下的識別率只有50％左右的原因。
雖然目前有多種方法在上述的人臉識別中可以進行補償、歸一化等處理，但其效果并不明顯，而且對處理系統(tǒng)的計算能力要求很高。這些方法中，有的要求對人臉進行三維建模，有的則對人臉的形狀進行假設，而這些限制使得人臉識別技術的可操作性大大降低，并且很難取得很好的效果。
在人臉圖像識別技術應用方面，已公開了一種面像識別門禁和考勤系統(tǒng)，如中國專利ZL99117360.x，但是該專利僅僅公開了如何利用人臉圖像識別技術在門禁和考勤系統(tǒng)方面進行應用，并沒有深入分析研究人臉圖像采集、識別和處理的效果與穩(wěn)定性，如，隨皮膚色調(diào)、面部毛發(fā)、發(fā)型、眼鏡、表情、姿態(tài)和光線的變化影響。其方案在光線變化的情況下的識別率仍是較低的，故其應用領域也受到一定限制。
此外，由于采用虹膜識別技術識別率高，也存在利用虹膜識別進行身份鑒定，例如，美國Iridian公司的產(chǎn)品，但該紅外虹膜圖像采集裝置較為復雜且制造成本較高，在許多場合應用受到很大限制。雖然，中國專利ZL99110825.6也公開了一種小型便攜式光機電裝置，但該裝置也存在使用、用戶使用不方便等問題。由于虹膜對準標識太小，要求用戶過分密切配合以調(diào)整眼部與攝像裝置的相對角度與位置，使用操作不方便等問題，導致用戶接受性差。此外，該類圖像采集、識別和處理系統(tǒng)在安裝、維護方面以及自動化控制方面都存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種用于人臉自動識別的圖像獲取識別裝置，其能克服環(huán)境光對人臉圖像穩(wěn)定性的影響，且能幫助用戶定位其人臉位置以正確獲取人臉圖像，以實現(xiàn)高的識別率。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，包括有連接在一起的攝像鏡頭、紅外圖像傳感器及圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述紅外圖像傳感器與所述圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電性連接；其中，還包括安裝在所述成像鏡頭周圍、面向人臉、用于人工照明的紅外主動光源，在所述攝像鏡頭前或內(nèi)部加有與所述紅外光源波長相匹配的用于抑制或濾除可見光的濾光片或鍍膜。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，所述紅外光源的波長為740nm-4000nm，或者是在所述波長范圍內(nèi)一個或多個不同波長紅外光源的組合。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，所述紅外主動光源為紅外發(fā)光二極管，并按人臉尺寸大小布置在攝像鏡頭周邊的殼體面板上，相對所述攝像鏡頭左右對稱，與成像鏡頭軸線的垂直距離為4-10厘米之間。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，所述紅外主動光源投射方向與所述攝像鏡頭軸線呈0°-60°之間的銳角。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，所述濾光片或鏡頭鍍膜為可見光抑制且紅外光通過的帶通型或長通截止型紅外濾光鏡片或鍍膜。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，在所述殼體面板上還另加裝一可見光人臉攝像頭。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，在所述可見光攝像頭的鏡頭上還加有可見光通過且紅外光抑制的濾光片或鏡頭鍍膜。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，在所述攝像鏡頭周邊殼體面板上還設置有一用于人臉定位的反饋顯示裝置。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，所述反饋顯示裝置為一面鏡子，或者一反射鍍膜貼片，或者一液晶顯示屏幕，或者為一帶反射鍍膜的液晶顯示屏幕，所述液晶顯示屏幕與所述圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，還包括一觸發(fā)所述主動光源照明的人體接近感應開關。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，所述人體接近感應開關為一近紅外觸發(fā)開關，或一熱/遠紅外觸發(fā)開關，或一超聲觸發(fā)開關，或一射頻觸發(fā)開關。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，還包括一微處理器，所述微處理器分別與所述感應開關和成像裝置連接，所述微處理器通過繼電器或電子開關組控制所述主動光源的通/斷。
上述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其中，所述圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為安裝有圖像處理軟件的PC計算機；或者為嵌入有圖像處理軟件的數(shù)據(jù)處理器。
本實用新型的功效，在于克服環(huán)境光對人臉圖像穩(wěn)定性的影響，且能幫助用戶定位其人臉位置以正確獲取人臉圖像，以實現(xiàn)高的識別率。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實用新型的限定。


圖1為人臉圖像識別的基本流程示意圖；圖2為人臉圖像識別認證以及錄入建檔流程示意圖；圖3為本實用新型主動光源投射方向相對于攝像鏡頭軸線方向夾角示意圖；圖4為本實用新型的用于人臉自動識別的圖像獲取識別裝置示意圖；圖4a為圖4中所述裝置的識別實施步驟流程圖；圖5為圖4中所述裝置的功能模塊示意圖；圖5a為圖4中所述裝置的接近開關具體電路示意圖；圖6為采用紅外主動光源的圖像獲取識別裝置示意圖；圖7為基于本實用新型的人臉識別門禁控制系統(tǒng)；圖8為基于本實用新型的圖像獲取識別裝置在進出入證件檢查方面的應用；圖8a為圖8中人臉圖像獲取識別中人臉注冊流程圖；
圖8b為圖8中人臉圖像獲取識別中人臉識別流程圖；圖9為加有紅外接近開關的人臉圖像處理識別流程示意圖；圖10為同時采用紅外/可見光人臉攝像頭的圖像獲取識別裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為同時采用紅外/可見光人臉攝像頭的圖像獲取識別裝置面板上攝像頭、紅外發(fā)光二極管、鏡面關系示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體的實施例對本實用新型作進一步的詳細說明在圖4中，本實用新型揭示了一較佳實施例，該人臉識別系統(tǒng)420，包括主動光源421、成像裝置422、定位鏡子423、濾光片424、人體接近開關感應器426、圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)430、指示燈425和電源；該主動光源421均勻分布安裝在殼體的四周，中心安裝有定位鏡子423、濾光片424和成像裝置422，該定位鏡子423位于殼體的中心部位，該定位鏡子423的中間是濾光片424和成像裝置422，該濾光片424安裝在該成像裝置422的前面。該成像裝置422與圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)430電性連接。開關感應器426為一紅外(或超聲，或射頻卡(RFID))感應器，其安裝在殼體前部或的下部。該控制開關426分別與主動光源421、成像裝置422、指示燈425和電源連接，當該控制開關426被觸發(fā)啟動，該主動光源421和成像裝置422開始工作，此時，指示燈425呈紅燈閃耀狀態(tài)。當該控制開關426被斷開，該主動光源421和成像裝置422停止工作，此時，指示燈425呈綠色狀態(tài)。
首先，采用主動光源421對被拍攝的人臉410區(qū)域進行照射；同時使用成像裝置422，例如電腦攝像頭、工業(yè)攝像機、紅外專用攝像機等，對人臉410進行拍攝，獲取相應的圖像；然后，將捕捉到的圖像傳送到圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)430中進行人臉圖像的識別處理。
在圖4a中，揭示了本實用新型的人臉圖像識別系統(tǒng)的程序控制方法，包括如下步驟步驟S100，啟動人臉識別系統(tǒng)420；步驟S110，人體接近該人臉識別系統(tǒng)420，紅外感應開關426觸發(fā)主動光源421對人臉區(qū)域照射；
步驟S120，該成像裝置422隨主動光源421照射區(qū)域跟蹤人臉進行拍攝；步驟S130，該成像裝置422將捕捉到至少一幀圖像傳至圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(如PC機，或者數(shù)據(jù)處理器)430；步驟S140，數(shù)據(jù)處理器430從該幀圖像中搜索檢測并定位人眼和/或人臉；步驟S150，判斷檢測定位人眼和/或人臉是否成功？如果是則執(zhí)行步驟S160，否則執(zhí)行步驟S130；步驟S160，從該幀圖像中截取人臉圖像；步驟S170，進行人臉特征提??；步驟S180，與人臉特征數(shù)據(jù)庫中人臉圖像特征進行特征對比；步驟S190，獲取識別結(jié)果。
在上述的步驟中，所采用的主動光源與環(huán)境光源427在人臉部位所產(chǎn)生成像的總能量大于2倍環(huán)境光源在人臉部位所產(chǎn)生的成像能量。例如假設環(huán)境光在人臉部位的光強為40勒克斯(LUX)，在拍攝人臉圖像時，采用的主動光源在人臉部位的光強為400LUX，其總光強為環(huán)境光線在人臉部位光強的10倍。
一般而言，本實用新型的該主動光源421可由主動輻射源構(gòu)成，包括紅外光源、閃光燈、或可見光燈光等。利用閃光燈在拍攝時對人臉進行照射，由于閃光燈的光強遠遠大于環(huán)境光，因此，可以大大減低環(huán)境光對成像的影響?？梢姽鉄艄庖部蛇_到類似效果。
在圖4和圖4a中，本實用新型利用紅外光源在拍攝中對人臉進行照射時，由于人眼對紅外感受微弱甚至不感受，因此，在拍攝人臉圖像時，紅外光源對人無侵擾；在采用紅外光源對人臉照射的同時，可以在拍攝設備(例如電子攝像機、數(shù)字相機等)鏡頭上加設相應的紅外濾光鏡片424(或采用鍍膜鏡頭)，用紅外濾光鏡片進一步減低環(huán)境光的影響；因此，紅外光源最適合作為人臉識別的主動照明光源。
本實用新型的具體實施方式
中，無論采用上述的何種主動光源對人臉進行照射，都應當保持主動光源與成像裝置之間的相對位置固定，且主動光源的投射方向與成像裝置的攝像鏡頭軸線成一銳角。
參見圖3，在人臉圖像的錄入和識別過程之中，應當盡量保持人臉410的人臉平面與成像裝置422的相對位置不變，且保持人臉410的人臉平面與成像裝置422中的攝像鏡頭軸線方向相互垂直(即人臉平面的法向量與攝像鏡頭軸線方向平行)，這樣，該人臉平面的法向量與主動光源421的投射方向的夾角θ基本不變。如此對人臉進行照明，所獲得的圖像最為穩(wěn)定。
當使用紅外光源時，由于紅外光源與可見光波長不同，可以在攝像鏡頭上加裝紅外濾光鏡片，用于將可見光抑制，以此進一步減低環(huán)境光的影響。在本實用新型中，可用的紅外光源的波長為740nm-1700nm的近紅外光源，或波長為1700nm-4000nm中紅外光源照明。由于紅外光為不可見光，并且人眼對紅外感受微弱甚至不感受，紅外光源對人無侵擾；紅外光源應用可在人不察覺中進行。并且，利用在紅外光源，可完全在黑暗中進行人臉識別。
在加用紅外濾光鏡片時，所述的紅外濾光鏡片可為帶通型、長通截止型或截通型。比如當采用850nm紅外發(fā)光二極管照明時，可以配合中心波長為850nm的帶通型紅外濾光鏡片，使得850nm的紅外光通過，而濾除其他波長光線；或者，配合截止波長為850nm的長通紅外濾光片，使得800nm以上波長的紅外光通過，而濾除800nm以下波長的光線。當然，本實用新型還可在攝像頭上直接采用鏡頭鍍膜的方式來實施經(jīng)外濾光。
在圖4、圖5和圖5a中，本實用新型采用的圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以直接采用PC計算機，或者采用嵌入式圖像數(shù)據(jù)處理器(參見圖5、圖5a)。
在圖5中，為了簡化識別系統(tǒng)，將可各功能模塊集成在一個電路控制板上并安裝在一殼體內(nèi)，該電路控制板上安裝有紅外感應開關426、模擬信號比較器4223、單片機4222、攝像頭422(如LogiTech Pro4000)、控制繼電器4221、主動光源421(紅外發(fā)光二極管陣列)和嵌入圖像處理軟件的數(shù)據(jù)處理器430(如MCS-51系列)。安裝在殼體上的成像工作狀態(tài)指示燈425、攝像頭422、紅外感應開關426、模擬信號比較器4223、控制繼電器4221分別與單片機4222連接，控制繼電器4221控制主動光源421(紅外發(fā)光二極管陣列)的通斷，攝像頭422連接至嵌入圖像處理軟件的數(shù)據(jù)處理器430。
在圖5中，單片機4222可以采用ATMEL89C2051微處理器，模擬信號比較器4223采用LM358芯片，紅外感應開關426又包括紅外發(fā)射電路4261和紅外感應電路4262。當然，在本實用新型中，也可不采用紅外感應開關426而采用一般通斷開關，或者直接利用電源控制通斷，控制繼電器4221也可采用其他控制方式，如采用電子開關組控制紅外發(fā)光二極管陣列的通斷。
再進一步參見圖3，當主動光源421中的光源的投射方向相對于攝像鏡頭軸線方向的夾角為θ，設環(huán)境光為S2，如果加入一個主動光源S1，前述的公式(1)可以寫成Ii＝ρi(x，y)ni(x，y)T·(s1+s2) (3)其中，i＝1，2，…，k；如果主動光源S1的強度大于環(huán)境光S2強度，即‖S1‖＞‖S2‖，則公式(3)可以近似表示為Ii≈ρi(x，y)ni(x，y)T·s1(4)其中，i＝1，2，…，k；如果在系統(tǒng)識別過程中，進一步約束人臉與攝像裝置的相對位置不變，則人臉表面法向量與主動光源的投射方向的夾角不變。則根據(jù)公式(4)可知所獲得的人臉圖像只與人臉本身的特性(表面反射率和表面法向量)有關，而與環(huán)境光照條件近似無關。如此采集的人臉圖像最為穩(wěn)定，能取得最佳的計算機識別效果。
在圖6和圖7中，揭示了本實用新型的一種應用實施例，即一種實現(xiàn)人臉識別門禁控制系統(tǒng)。
如圖6所示，在門400上安裝有控制器450，采用主動光源的識別系統(tǒng)420將獲取的人臉信息通過圖像信號傳送到圖像數(shù)據(jù)處理器430中，圖像數(shù)據(jù)處理器430根據(jù)得到的圖像信號進行判斷，并將判斷結(jié)果發(fā)送到門400上的控制器450上，通過該控制器450來控制門的打開與否。
在圖6和圖7中，本實用新型所采用主動光源的識別系統(tǒng)420，在攝像機上采用了8-12個850nm紅外發(fā)光二極管作為主動光源421，并將其置于攝像機422的鏡頭前，與攝像機鏡頭同軸(此時當人臉平面法與主動光源的投射方向垂直時，夾角為零)，配合中心波長為850nm的帶通紅外濾光鏡片423，使得850nm的紅外光通過，而濾除其他波長光線；或配合截止波長為800nm的長通紅外濾光片，使得800nm以上波長的紅外光通過，而濾除800nm以下波長的光線。通該攝像機采集人臉410的圖像并傳至圖像數(shù)據(jù)處理器430處理。然后，系統(tǒng)檢測人臉的位置，對檢測到的人臉進行校正，并提取特征，然后作特征比對及識別判決。圖像數(shù)據(jù)處理器430根據(jù)識別判決的結(jié)果，控制門禁系統(tǒng)開門的操作。在本實施例中，圖像數(shù)據(jù)處理器430為一臺PC計算機。
在圖8、圖8a和圖8b中，揭示了本實用新型的另一種應用實施例，即一種用于人臉識別的圖像獲取采取裝置在海關進出入境證件檢查方面的應用。為了提高實際應用中的識別率和穩(wěn)定性，本實用新型首先要進行該識別系統(tǒng)的人臉圖像采集，如圖8a所示。其主要包括如下步驟步驟S300，啟動人臉圖像采集；步驟S310，人體接近證件檢查臺500，向窗口501提交有關證件502，當其靠近(小于50cm)感應開關426時啟動對人臉區(qū)域的主動光源照明(紅外二極管的光源)；步驟S320，提供證件人利用識別系統(tǒng)上的定位鏡子將頭部移至該鏡子中心，以保證臉部成像部位的中心，帶有濾光片的攝像頭跟蹤該主動光源照攝區(qū)域?qū)θ四樳M行拍攝；步驟S330，攝像頭將捕捉到至少一幀圖像傳輸至圖像數(shù)據(jù)處理器(或者PC機)；步驟S340，數(shù)據(jù)處理器從該幀圖像中搜索檢測人眼中心的高亮點步驟S360，從該幀圖像中檢測并截取人臉圖像區(qū)域，其中以兩眼中心為基準截取人臉區(qū)域；步驟S365，海關檢查人員將通關人員的護照或身份證件的相關信息進一步通過身份信息系統(tǒng)進行核對，并將人員信息與該人員人臉特征信息建立相關鏈接，確認該人員是否可首次通過。
步驟S370，進一步提取人臉特征；步驟S380，存入人臉特征數(shù)據(jù)庫。
在圖8b中，本實用新型進一步揭示了該識別系統(tǒng)的人臉圖像識別與處理過程。其主要包括如下步驟步驟S200，啟動人臉特征識別系統(tǒng)；步驟S210，人體接近證件檢查臺500，向窗口501提交有關證件502，當其靠近(小于50cm)紅外感應開關426時啟動對人臉區(qū)域的主動光源照明(紅外二極管的光源)；步驟S220，提供證件人利用該識別系統(tǒng)上的定位鏡子將頭部移至該鏡子中心，以保證臉部成像部位的中心，帶有濾光片的攝像頭跟蹤該主動光源照攝區(qū)域?qū)θ四樳M行拍攝；
步驟S230，攝像頭交捕捉到至少一幀圖像傳輸至圖像數(shù)據(jù)處理器(或者PC機)；步驟S240，數(shù)據(jù)處理器從該幀圖像中搜索檢測人眼中心的高亮點；步驟S250，判斷是否檢測到人臉，如果是，則繼續(xù)執(zhí)行步驟S260，如果否，則執(zhí)行步驟S230；步驟S260，從該幀圖像中截取人臉圖像區(qū)域；步驟S270，進一步提取人臉特征；步驟S280，與人臉特征數(shù)據(jù)庫中人臉圖像數(shù)據(jù)進行特征對比；步驟S290，獲取識別結(jié)果。
在實際應用過程中，圖像采集過程可與圖像識別系統(tǒng)一并使用，區(qū)別主要在于需要判斷在人臉特征數(shù)據(jù)庫中是否已存在相關人的圖像和相關人員信息，如果沒有則進一步判斷是否是首次識別，如果是則將有關圖像存入數(shù)據(jù)庫，如果不是則初步認定為非法進/出入者。
在圖8所示的實施方案中，鏡子可換成一個反饋圖像LCD顯示屏，人們可以通過在顯示屏幕調(diào)整頭部位置，例如，采用數(shù)碼相機作成像裝置，并使用其顯示屏幕。當然，也可用其他LCD顯示屏，如帶有反射鍍膜的LCD顯示屏，也可在不用啟動LCD顯示屏成像的方式，而直接利用反射鍍膜象鏡子一樣成像。
此外，本實用新型還可進一步調(diào)整成像裝置和主動光源的安裝結(jié)構(gòu)，如使用帶有云臺的成像裝置可隨主動光源的移動而調(diào)整，同時也可利用移動攝像系統(tǒng)跟蹤人體移動，捕捉人臉圖像，并啟動和驅(qū)動主動光源照射到人臉。例如，由于人的身高和站的位置不同，臉部的位置也必然不同，為此成像裝置和主動光源采用能夠?qū)崿F(xiàn)上下移動和左右自動移動機構(gòu)，也能帶來更佳的效果。
在圖9中，進一步說明本實用新型的圖像處理系統(tǒng)中軟件處理流程，包括如下步驟步驟S500，人體接近至近距離(比如50-100cm以內(nèi))，紅外照明開啟；步驟S510，人利用攝像裝置上的鏡子將頭部移至鏡子中心，使得鼻(用于人臉識別)部在圖像中心；步驟S520，計時開始，攝像頭捕捉一幀人臉圖像，傳至PC計算機或數(shù)據(jù)處理器；步驟S530，計算處理器從圖像中檢測并定位人眼和人臉(為人臉識別)；
步驟S540，判斷計算處理器檢測并定位人眼和人臉(為人臉識別)是否成功，并且人臉圖像質(zhì)量是否合格？如果判斷結(jié)果是否，則返回步驟S520，如果判斷結(jié)果是成功和合格，則繼續(xù)執(zhí)行下一步；步驟S550，計算處理器對圖像中人臉做特征提取，并將其與數(shù)據(jù)庫進行比對識別；步驟S560，計算處理器判斷該人是否是數(shù)據(jù)庫中已知人員？如果是，則執(zhí)行步驟S570；如果不是，執(zhí)行步驟S561，檢查計時器，判斷是否超時，如果是超時，則執(zhí)行步驟S562，計算處理器認定該人為未知人員，轉(zhuǎn)至步驟S580，如果沒有超時，則進一步執(zhí)行步驟S520；步驟S570，計算處理器給出該人姓名、編號等信息；步驟S580，計算處理器通過USB接口或串口獲1394口向圖像采集裝置發(fā)送關燈信號，關閉紅外照明；步驟S590，轉(zhuǎn)至A，等待下一次人臉圖像采集。
本實用新型在應用時，可以不使用環(huán)境光源，完全在黑暗中進行識別。
本實用新型識別率高、效果穩(wěn)定，且系統(tǒng)集成度高、制造成本低，在各相關領域應用時操作使用方便，自動化程度高，且安裝和維修方便。
在圖10中，揭示了另一種用于人臉識別的圖像采集裝置，該圖像采集裝置采用兩種在不同波段光照下的人臉圖像，即紅外波長和不同可見光波長下的人臉圖像。該采集裝置包括殼體、安裝在殼體內(nèi)部的PCB電路板429、固定PCB電路板429的螺桿4291、安裝在PCB電路板429上的紅外光攝像頭422’和可見光攝像頭422”、紅外發(fā)光二極管421’、接近開關感應器426、電源插座4292等，其與前述的紅外圖像采集裝置的主要區(qū)別在于第二個攝像頭422”所采集的圖像由可見光照明，其圖像可作識別輔助識別或信息融合之用。紅外光攝像頭422’的鏡頭加有可見光抑制、紅外光通過濾光片或鏡頭鍍膜，而可見光攝像頭422”的鏡頭加有可見光通過、紅外光抑制濾光片或鏡頭鍍膜。423為反饋顯示(如鏡面)。
圖11為同時采用紅外/可見光人臉攝像頭的圖像獲取識別裝置面板上攝像頭、紅外發(fā)光二極管、鏡面關系示意圖。其中，440為一人臉定位框。框內(nèi)部分的鏡面423是必需的，框外部分的鏡面423是可選的。
以上實施例僅用以說明本實用新型而并非限制本實用新型所描述的技術方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或者等同替換；而一切不脫離本實用新型的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求1.一種用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，包括有連接在一起的攝像鏡頭、紅外圖像傳感器及圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述紅外圖像傳感器與所述圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電性連接；其特征在于，還包括安裝在所述成像鏡頭周圍、面向人臉、用于人工照明的紅外主動光源，在所述攝像鏡頭前或內(nèi)部加有與所述紅外光源波長相匹配的用于抑制或濾除可見光的濾光片或鍍膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特征在于，所述紅外光源的波長為740nm-4000nm，或者是在所述波長范圍內(nèi)一個或多個不同波長紅外光源的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特征在于，所述紅外主動光源為紅外發(fā)光二極管，并按人臉尺寸大小布置在攝像鏡頭周邊的殼體面板上，相對所述攝像鏡頭左右對稱，與成像鏡頭軸線的垂直距離為4-10厘米之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特征在于，所述紅外主動光源投射方向與所述攝像鏡頭軸線呈0°-60°之間的銳角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特點在于，所述濾光片或鏡頭鍍膜為可見光抑制且紅外光通過的帶通型或長通截止型紅外濾光鏡片或鍍膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特征在于，在所述殼體面板上還另加裝一可見光人臉攝像頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特征在于，在所述可見光攝像頭的鏡頭上還加有可見光通過且紅外光抑制的濾光片或鏡頭鍍膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特征在于，在所述攝像鏡頭周邊殼體面板上還設置有一用于人臉定位的反饋顯示裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特征在于，所述反饋顯示裝置為一面鏡子，或者一反射鍍膜貼片，或者一液晶顯示屏幕，或者為一帶反射鍍膜的液晶顯示屏幕，所述液晶顯示屏幕與所述圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、6或9所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特征在于，還包括一觸發(fā)所述主動光源照明的人體接近感應開關。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特征在于，所述人體接近感應開關為一近紅外觸發(fā)開關，或一熱/遠紅外觸發(fā)開關，或一超聲觸發(fā)開關，或一射頻觸發(fā)開關。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特征在于，還包括一微處理器，所述微處理器分別與所述感應開關和成像裝置連接，所述微處理器通過繼電器或電子開關組控制所述主動光源的通/斷。
13.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、6、9、11或12所述用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，其特征在于，所述圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為安裝有圖像處理軟件的PC計算機；或者為嵌入有圖像處理軟件的數(shù)據(jù)處理器。
專利摘要本實用新型涉及一種用于人臉識別的圖像獲取識別裝置，包括有連接在一起的攝像鏡頭、紅外圖像傳感器及圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述紅外圖像傳感器與所述圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電性連接；其中，還包括安裝在所述成像鏡頭周圍、面向人臉、用于人工照明的紅外主動光源，在所述攝像鏡頭前或內(nèi)部加有與所述紅外光源波長相匹配的用于抑制或濾除可見光的濾光片或鍍膜。該裝置能克服環(huán)境光對人臉圖像成像穩(wěn)定性的影響，且能幫助用戶定位其人臉位置以正確獲取人臉圖像，以實現(xiàn)高的識別率。
文檔編號G06K9/00GK2828935SQ200520022878
公開日2006年10月18日 申請日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
發(fā)明者李子青 申請人:北京數(shù)字奧森識別科技有限公司