專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多光譜人臉識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種多光譜人臉識(shí)別系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及生物特征識(shí)別領(lǐng)域，具體涉及一種多光譜人臉識(shí)別系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]作為生物特征識(shí)別技術(shù)的一種，人臉識(shí)別具有直接、友好、自然、高可接受性的特 點(diǎn)，使用者無(wú)任何心理障礙，且圖像采集方便；另外，我們還能夠?qū)θ四樧R(shí)別的結(jié)果作進(jìn)一 步的分析，獲取諸如性別、表情、年齡等額外的豐富信息，因此該技術(shù)得到了廣泛的研究與 應(yīng)用。當(dāng)前，人臉識(shí)別技術(shù)主要被應(yīng)用于視頻監(jiān)控、入口控制、刑偵破案、證件驗(yàn)證等方面， 此外人臉識(shí)別技術(shù)在醫(yī)學(xué)、檔案管理、視頻會(huì)議等領(lǐng)域也有著巨大的應(yīng)用前景。[0003]目前，人臉識(shí)別系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)主要是基于普通RGB彩色圖像的人臉識(shí)別，這也 是人們最熟悉的識(shí)別方式。理想情況下，一個(gè)魯棒的人臉檢測(cè)和識(shí)別系統(tǒng)能夠在無(wú)約束條 件下辨別不同的人臉，同時(shí)它也可以對(duì)距離較遠(yuǎn)的目標(biāo)進(jìn)行辨別。但人臉表情、化妝、眼鏡、 臉部散落的頭發(fā)等因素的改變都會(huì)使人臉產(chǎn)生差異，而光照、相機(jī)視角、相機(jī)的輻射響應(yīng)等 外部因素也會(huì)導(dǎo)致所獲得人臉圖像產(chǎn)生巨大的變化?；趥鹘y(tǒng)成像系統(tǒng)的人臉識(shí)別技術(shù)由 于僅僅利用了觀測(cè)對(duì)象的空間幾何特征，對(duì)于各種條件變化帶來(lái)的不確定性非常敏感，只 有在外部因素和內(nèi)部因素受限的情況下才能獲得較滿(mǎn)意的效果，而在不受控環(huán)境下識(shí)別性 能會(huì)急劇下降，因此有著難以克服的缺陷。發(fā)明內(nèi)容[0004]要解決的技術(shù)問(wèn)題[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種多光譜人臉識(shí)別系統(tǒng)，多光譜圖 像是由多光譜成像儀從可見(jiàn)光到近紅外的幾十甚至數(shù)百個(gè)連續(xù)的窄波段內(nèi)獲取的圖像， 不同波段的信息代表了被觀測(cè)對(duì)象在不同光譜頻段的輻射/反射情況，具有明確的物理意 義。多通道光譜成像，尤其是多光譜成像的生物特征探測(cè)能夠在獲取傳統(tǒng)的生物體空間特 征信息的基礎(chǔ)上，同時(shí)獲取生物體的光譜特征信息。相關(guān)研究表明，皮膚的光譜特性可以反 映出皮膚色彩的唯一性，不同的人的皮膚具有不同的光譜特性，這就為利用光譜信息識(shí)別 確認(rèn)具體身份的對(duì)象提供了可能。將多光譜成像應(yīng)用于人臉識(shí)別，可探測(cè)到傳統(tǒng)光學(xué)圖像 無(wú)法探測(cè)到的光譜信息，不僅可以提高識(shí)別算法的穩(wěn)定性，更能避免化妝、仿制等手段造成 的偽裝欺騙，有利于整體提升人臉識(shí)別系統(tǒng)的可靠性。[0006]技術(shù)方案[0007]—種多光譜人臉識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于包括多光譜成像系統(tǒng)、彩色相機(jī)、人臉識(shí)別 模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、中心控制模塊和光譜儀；多光譜成像系統(tǒng)將拍攝的人臉圖像數(shù)據(jù)輸出 至人臉識(shí)別模塊，人臉識(shí)別模塊根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的標(biāo)準(zhǔn)人臉數(shù)據(jù)庫(kù)的信息進(jìn)行識(shí)別， 然后將識(shí)別的結(jié)果進(jìn)行輸出；中心控制模塊控制多光譜成像系統(tǒng)的圖像攝取和人臉識(shí)別模 塊的識(shí)別；所述多光譜成像系統(tǒng)包括物鏡6、液晶可調(diào)濾光片3和CCD相機(jī)5 ;在CCD相機(jī)5 的CCD鏡頭如設(shè)有液晶可調(diào)濾光片3,液晶可調(diào)濾光片3的如端設(shè)有物鏡6。[0008]有益效果[0009]本發(fā)明提出的一種多光譜人臉識(shí)別系統(tǒng)，相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、多光譜成像應(yīng)用 于人臉檢測(cè)和識(shí)別，相比常規(guī)的光學(xué)圖像，可附加獲取生物體的光譜特征信息，具有更高的 識(shí)別性能；系統(tǒng)中引入高精度光譜儀，通過(guò)對(duì)圖像灰度值(輻射亮度)的反演得到人臉皮膚 的光譜反射率，可以克服光照等環(huán)境條件的影響；皮膚光譜特性具有相對(duì)的穩(wěn)定性，豐富的 光譜信息不僅克服了單純利用空間幾何特征所帶來(lái)的問(wèn)題，也使得更好的區(qū)分外貌相似的 觀測(cè)對(duì)象成為可能，從而可以避免人臉識(shí)別過(guò)程中的一些偽裝欺騙手段；人臉圖像中多特 征的提取，也使得識(shí)別過(guò)程中類(lèi)間距離更明顯，識(shí)別算法的可分離性更強(qiáng)，有利于提高識(shí)別 效果。


[0010]圖1 :為本發(fā)明多光譜人臉識(shí)別系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；[0011]圖2 :為本發(fā)明中基于液晶可調(diào)諧濾光片多光譜相機(jī)的成像原理圖；[0012]圖3 :為本發(fā)明中基于液晶可調(diào)諧濾光片多光譜相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；[0013]1-第一鏡頭，2-第二鏡頭，3-液晶可調(diào)濾光片，4-第三鏡頭，5-CXD相機(jī)，6_物鏡， 7-CXD鏡頭，8-安裝孔。
具體實(shí)施方式
[0014]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述[0015]本發(fā)明提供了一種多光譜人臉識(shí)別系統(tǒng)，如圖1所示，主要包括圖像采集模塊，光 譜儀模塊以及主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。[0016]如圖1，系統(tǒng)的前端是圖像采集模塊，包括多光譜成像系統(tǒng)和普通彩色照相機(jī)兩部 分，且兩部分相互獨(dú)立。多光譜成像系統(tǒng)(如圖2、3所示)基于液晶可調(diào)濾光片(LCTF)和 CCD相機(jī)研制，利用高探測(cè)率的可見(jiàn)光近紅外面陣CCD探測(cè)器配合高性能的液晶可調(diào)濾光 片、分光器件和望遠(yuǎn)器件，以凝視方式成像。在前端安裝過(guò)程中，相機(jī)與LCTF用光學(xué)實(shí)驗(yàn)板 固定，使相互之間沒(méi)有傾斜、滾動(dòng)問(wèn)題。液晶可調(diào)濾光片通過(guò)控制盒與后臺(tái)計(jì)算機(jī)的USB 口 連接，由USB 口供電。彩色相機(jī)為圖像采集裝置附件，采用市面上傳統(tǒng)的視頻獲取設(shè)備，搭 建時(shí)獨(dú)立于多光譜人臉成像系統(tǒng)，只與前臺(tái)顯示裝置相連，主要功能是提供傳統(tǒng)的視頻圖 像用作客戶(hù)區(qū)顯示，以提高客戶(hù)體驗(yàn)度。[0017]主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常由位于后臺(tái)的微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成，主要包括多光譜人臉識(shí)別模 塊、中心控制模塊以及前述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。另外，多路圖像傳輸裝置通常由PCI視頻采集 卡構(gòu)成，加載于主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，并與前端高增益相機(jī)相連；高精度光譜儀設(shè)備用于采集 識(shí)別環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊相連。[0018]實(shí)施實(shí)例中，采用的多光譜成像系統(tǒng)(如圖2所示)基于液晶可調(diào)濾光片(LCTF)和 CCD相機(jī)研制，液晶可調(diào)濾光片(LCTF)是美國(guó)CRI公司所研發(fā)的Varispec多光譜液晶濾 光片，可在波長(zhǎng)范圍400至720nm、650至1100nm、850至1800nm、1200至2450nm等多種可 選，其半峰寬為20nm。(XD相機(jī)是QImaging Retiga Exi型號(hào)。彩色相機(jī)為圖像采集裝置 附件，采用市面上傳統(tǒng)的視頻獲取設(shè)備，此處采用維視公司Mv-1300Uc相機(jī)。[0019]主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常由位于后臺(tái)的微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成，主要包括多光譜人臉識(shí)別模塊、中心控制模塊以及前述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。計(jì)算機(jī)型號(hào)是聯(lián)想啟天M7300。另外，多路圖 像傳輸裝置通常由PCI1394視頻采集卡構(gòu)成，加載于主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，并與前端高增益 相機(jī)相連。多光譜人臉識(shí)別模塊的首要功能是多光譜圖像數(shù)據(jù)采集，光譜圖像采集模塊在 LCTF和(XD部件的SDK基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)，主要包含液晶可調(diào)濾光片端口查詢(xún)、波段選擇、波段自 動(dòng)掃描、C⑶參數(shù)設(shè)置、圖像抓取與自動(dòng)存儲(chǔ)等功能。其開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是VC++6.0。另外，人臉 識(shí)別模塊還需自動(dòng)完成人臉識(shí)別功能，主要包括如下幾部分功能人臉檢測(cè)(主要完成輸入 圖像中人臉部位的確認(rèn)與提取)；人臉?lè)指?主要完成對(duì)人臉各部分如眼睛、嘴唇、臉頰的定 位)；人臉光譜數(shù)據(jù)反演(主要完成人臉圖像灰度值到光譜反射率值的轉(zhuǎn)換)；人臉特征提取 (提取人臉的幾何、光譜等特征)；人臉識(shí)別(與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比與辨別)。系統(tǒng)使用時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到有訪問(wèn)者進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域，后臺(tái)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制圖像采集 模塊中的電可調(diào)協(xié)濾光片以及高增益相機(jī)以采集受訪者的多光譜人臉圖像；圖像數(shù)據(jù)經(jīng)多 路采集卡傳遞給主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；后端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)人臉識(shí)別模塊完成人臉特征提取， 通過(guò)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的標(biāo)準(zhǔn)人臉圖像庫(kù)交換對(duì)比完成最終的識(shí)別功能，輸出識(shí)別結(jié)果。人臉識(shí)別模塊還需自動(dòng)完成人臉識(shí)別功能，主要包括如下幾部分功能人臉檢測(cè) (主要完成輸入圖像中人臉部位的確認(rèn)與提取)；人臉?lè)指?主要完成對(duì)人臉各部分如眼睛、 嘴唇、臉頰的定位);人臉光譜數(shù)據(jù)反演(主要完成人臉圖像灰度值到光譜反射率值的轉(zhuǎn)換)； 人臉特征提取(提取人臉的幾何、光譜等特征)；人臉識(shí)別(與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比 與辨別)。模塊系統(tǒng)在功能開(kāi)發(fā)時(shí)，以后臺(tái)計(jì)算機(jī)所用操作系統(tǒng)及其提供的API為基礎(chǔ)，開(kāi) 發(fā)語(yǔ)言無(wú)特定要求，但需保證各功能模塊相對(duì)獨(dú)立，以提高模塊的穩(wěn)定性。人臉識(shí)別模塊的 流程如下步驟1 :從多光譜人臉圖像上提取五個(gè)區(qū)域頭發(fā)、前額、左臉頰、右臉頰和嘴唇； 我們從人臉圖像上截取一小塊人臉區(qū)域，并用得到的光譜吸收指數(shù)向量來(lái)代表一個(gè)樣本， 對(duì)于正面圖像，提取了五個(gè)區(qū)域，分別為頭發(fā)、前額、左臉頰、右臉頰、嘴唇。而對(duì)于其余有 角度的圖像，取的則是這五個(gè)區(qū)域的子集，且這些區(qū)域在對(duì)應(yīng)圖像的可見(jiàn)范圍內(nèi)。步驟2 :進(jìn)入探測(cè)器的輻射強(qiáng)度Lg與反射率R之間有線(xiàn)性關(guān)系Lg=kXR+b，根據(jù) 反演模型
權(quán)利要求1.一種多光譜人臉識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于包括多光譜成像系統(tǒng)、彩色相機(jī)、人臉識(shí)別模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、中心控制模塊和光譜儀；多光譜成像系統(tǒng)將拍攝的人臉圖像數(shù)據(jù)輸出至人臉識(shí)別模塊，人臉識(shí)別模塊根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的標(biāo)準(zhǔn)人臉數(shù)據(jù)庫(kù)的信息進(jìn)行識(shí)別，然后將識(shí)別的結(jié)果進(jìn)行輸出；中心控制模塊控制多光譜成像系統(tǒng)的圖像攝取和人臉識(shí)別模塊的識(shí)別；所述多光譜成像系統(tǒng)包括物鏡(6)、液晶可調(diào)濾光片(3)和CCD相機(jī)(5);在CCD相機(jī)(5)的CCD鏡頭前設(shè)有液晶可調(diào)濾光片(3)，液晶可調(diào)濾光片(3)的前端設(shè)有物鏡(6)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種多光譜人臉識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于包括多光譜成像系統(tǒng)、彩色相機(jī)、人臉識(shí)別模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、中心控制模塊和光譜儀；多光譜成像系統(tǒng)將拍攝的人臉圖像數(shù)據(jù)輸出至人臉識(shí)別模塊，人臉識(shí)別模塊根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的標(biāo)準(zhǔn)人臉數(shù)據(jù)庫(kù)的信息進(jìn)行識(shí)別，然后將識(shí)別的結(jié)果進(jìn)行輸出；中心控制模塊控制多光譜成像系統(tǒng)的圖像攝取和人臉識(shí)別模塊的識(shí)別；所述多光譜成像系統(tǒng)包括物鏡、液晶可調(diào)濾光片和CCD相機(jī)；在CCD相機(jī)的CCD鏡頭前設(shè)有液晶可調(diào)濾光片，液晶可調(diào)濾光片的前端設(shè)有物鏡。本方法的人臉圖像中多特征的提取，也使得識(shí)別過(guò)程中類(lèi)間距離更明顯，識(shí)別算法的可分離性更強(qiáng)，有利于提高識(shí)別效果。
文檔編號(hào)G06K9/00GK202887210SQ201220375329
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者趙永強(qiáng), 張清勇, 楊勁翔 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)