CN101470225B

CN101470225B - 用于人脸识别的红外滤光片及制作方法

Info

Publication number: CN101470225B
Application number: CN2007103043051A
Authority: CN
Inventors: 刘迎建; 石践
Original assignee: Hanwang Technology Co Ltd
Current assignee: Hanwang Technology Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: CN101470225A

Abstract

用于人脸识别的红外滤光片及制作方法，属于生物特征识别领域。采用红外光透射玻璃结合镀膜方法制作的红外滤光片具有窄带、高截止深度两个重要特性。具体制作方法是：在红外光透射玻璃上镀窄带滤光膜，形成一个窄带波峰，实现中心波长λ₀、峰值透过率T₀和半带宽B；通过红外光透射玻璃的厚度和材料，实现可见光截止深度S_d；在浮法玻璃上镀带通截止滤光膜，实现红外光截止深度S_u；采用光敏胶胶合分别镀有窄带滤光膜的颜色玻璃和镀有带通截止滤光膜的浮法玻璃。以本发明方法制作的窄带高截止深度的红外滤光片，配合红外发光二极管组，组成不可见的恒定光源，解决了长期困扰人脸识别性能的光线问题。

Description

用于人脸识别的红外滤光片及制作方法

技术领域

本发明属于生物特征识别领域，涉及到一种人脸识别的关键部件即红外滤光片，所述红外滤光片具有窄带、高截止深度两个重要特性。在采用外加红外主动光源的人脸识别系统中，能够有效保障人脸图像的光照条件恒定不变。

背景技术

生物特征识别技术被列为21世纪对人类社会带来革命性影响的十大技术之一。生物特征识别技术是目前最为方便、安全的身份识别技术，认定的是人本身，不需要身外的标识物。生物特征识别技术利用人的生理特征和行为特征进行身份识别，主要有指纹识别、人脸识别、虹膜识别、步态识别等。

人脸识别作为当前生物特征识别领域的一大热点，与目前广泛应用的指纹识别技术相比，有着直观性、方便性、非接触性、友好性、用户接受度高等显著优点。但是，在可见光环境下，当识别时的环境光线与注册登记时的不同时，识别性能会显著下降，无法满足实际产品应用的要求。研究表明同一个人在不同光线下的特征差异，甚至大于在同一光线下不同人之间的特征差异。虽然目前有许多光线补偿、归一化等处理方法，但实际效果并不明显有效，而且比较复杂。因此，基于可见光图像的人脸识别技术，对环境光线的影响有着难以克服的缺陷。

专利号为“ZL 200520022878.1”的“一种用于人脸识别的图像获取装置”，提出了一种采用外加红外主动光源的人脸识别图像获取装置，但该专利所列出的“与所述红外光源波长相匹配的用于抑制或滤除可见光的滤片或镀膜”，以及“所述滤光片或镜头镀膜为可见光抑制且红外光通过的带通型或长通截止型红外滤光镜片或镀膜”，它仅仅是考虑了滤除可见光的需要，并没有考虑到同样需要滤除其他红外光线，而且没有阐明整体滤除效果与红外滤光镜片或镀膜的规格参数之间的直接关系。

太阳光的光谱能量分布如图1所示。太阳光的光谱可以划分为以下几个波段：波长小于400nm的称为紫外波段，400nm～750nm的称为可见光波段，而波长大于750nm的则称为红外波段，它还可以细分为近红外750nm～25um和远红外25um～1000um两个波段。从图中可以看出，尽管太阳光的波长范围很宽，但绝大部分的能量却集中在220nm～4.0um的波段内，占总能量的99％。其中可见光波段约占43％，红外波段约占48.3％，紫外波段约占8.7％。由此可见，在太阳光中，除了可见光，红外光的能量也非常强，因此，上述专利中“所述滤光片或镜头镀膜为可见光抑制且红外光通过的带通型或长通截至型红外滤光镜片或镀膜”，在有太阳的晴朗天气条件下，即使在室内环境中，所述滤光片也不能有效保证光线的恒定不变，达不到实际效果。

常用照明灯的光谱能量分布如图2所示。在人脸识别的实际应用环境中，除了考虑太阳光线，其次还要考虑照明灯的影响。常见照明灯有日光灯和白炽灯两种，它们所发出的光线，在可见光部分，日光灯光线的光谱是离散脉冲式的，而白炽灯的光谱是连续式的。但在红外光部分，白炽灯比日光灯要强得多，因此，同样需要红外镀膜滤光片屏蔽这部分红外光线。

红外光透射玻璃的光谱透过率曲线如图3所示。红外光透射玻璃的基本特性是红外光透射、吸收可见光，呈现长通截止特性，上述专利就是采用该种红外光透射玻璃，但根据图1和图2所述，简单红外光透射玻璃的长通截止特性，是不能够滤除太阳光线和灯光中的其他红外光线的，从而不能有效保障人脸图像的光照条件恒定不变。图4中的HWBxxx中的xxx表示50％点的起始波长，波长单位为纳米。随着红外光透射玻璃厚度的增加，对可见光的吸收抑制深度越强，当然与此同时对红外光的透射也有所降低，厚度和起始波长是选择红外光透射玻璃的两个重要指标参数。

常用图像传感芯片的光谱响应曲线如图4所示。CCD和CMOS是两种常见的图像传感技术，虽然两者的光谱响应曲线的形状大体相似，但在红外部分存在两个明显差异，一是CMOS的响应强度比CCD的响应要好，例如，在850nm处，CMOS的响应为0.8，CCD的响应为0.4。二是随着波长的增加，响应强度的衰减速度，CMOS比CCD要缓慢。由于红外发光二极管的中心波长主要分为850nm和940nm两类，因此，红外人脸识别选择中心波长为850nm的红外发光二极管、CMOS图像传感芯片，效果最佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在采用外加红外主动光源的人脸识别系统中，提供一种能够有效保障人脸图像的光照条件恒定不变的红外滤光片。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是，一种用于人脸识别的红外滤光片，包括红外光透射玻璃和浮法玻璃，红外透射玻璃的厚度为3～9毫米，红外光透射玻璃上镀窄带通滤光膜，浮法玻璃上镀带通截止滤光膜，镀有窄带通滤光膜的红外光透射玻璃和镀有带通截止滤光膜的浮法玻璃采用光敏胶胶合；所述窄带能够实现在半带宽内所配合的红外发光二极管组的发光能量至少5倍于在所述半带宽内太阳光或者照明光的发光能量；所述高截止深度能够实现在半带宽内所配合的红外发光二极管组的发光能量至少5倍于在所述半带宽之外太阳光或者照明光所有透过该红外滤光片的能量。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是，提出一种采用红外光透射玻璃结合镀膜方法制作的红外滤光片具有窄带、高截止深度；所述制作红外滤光片的方法包括红外光透射玻璃、浮法玻璃、光敏胶，具体是：在红外光透射玻璃上镀窄带滤光膜，形成一个窄带波峰，实现中心波长λ0、峰值透过率T0和半带宽B；通过选择红外光透射玻璃的厚度和材料，实现可见光截止深度Sd；在浮法玻璃上镀带通截止滤光膜，实现红外光截止深度Su；采用光敏胶胶合镀有窄带滤光膜的红外光透射玻璃和镀有带通截止滤光膜的浮法玻璃。

根据本发明实施例，所述窄带滤光膜由用于人脸识别的红外滤光片的中心波长λ₀、峰值透过率T₀和半带宽B的具体技术指标确定，并形成一个窄带波峰。

根据本发明实施例，所述红外光透射玻璃的厚度为3～9毫米，实现的可见光截止深度S_d在10E-5～10E-9之间。

根据本发明实施例，所述带通截止滤光膜由用于人脸识别的的红外滤光片的红外光截止深度S_u的具体技术指标确定。

本发明的有益效果是，在采用外加红外主动光源的人脸识别系统中，提出了一种窄带、高截止深度的红外滤光片，并根据本方法确定红外滤光片的五个核心关键参数。以本发明方法制作的窄带、高截止深度的红外滤光片，配合850nm中心波长的红外发光二极管组，就组成不可见的恒定光源，彻底屏蔽掉太阳光和照明光线的影响，解决了长期困扰人脸识别性能的光线问题，从而保证人脸识别性能的稳定性和可靠性，可以广泛应用到各种人脸识别产品和系统中。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明参考的太阳光的光谱能量分布图。

图2是本发明参考的常用照明灯的光谱能量分布图。

图3是本发明参考的常用图像传感芯片的光谱响应曲线。

图4是本发明采用的颜色玻璃的光谱透过率曲线。

图5是本发明用于人脸识别的红外滤光片的光谱透过率曲线。

图6是本发明用于人脸识别的红外滤光片的设计制作方法图解。

图7是本发明在采用外加红外主动光源的人脸识别系统中的应用

附图标记说明：

1-浮法玻璃；2-带通截止滤光膜；3-光敏胶；4-红外光透射玻璃；5-窄带滤光膜；6-红外发光二极管组；7-图像传感器；8-摄像镜头；9-红外滤光片；10-人脸；11-太阳光线或照明灯光。

具体实施方式

图5为本发明用于人脸识别的红外滤光片的光谱透过率曲线。根据图1和图2关于太阳光和常用照明灯的光谱能量分布图，结合红外发光二极管、CMOS图像传感芯片的特性，在采用外加红外主动光源的人脸识别系统中，关键部件红外滤光片是由红外光透射玻璃镀膜制成的，其光谱透过率曲线具有窄带、高截止深度两个重要特性。窄带能够实现在半带宽B内所配合的红外发光二极管组的发光能量至少5倍于在所述半带宽B内太阳光或者照明光的发光能量。高截止深度能够实现在半带宽内所配合的红外发光二极管组的发光能量至少5倍于在所述半带宽之外太阳光或者照明光所有透过该红外滤光片的能量。

镀膜红外滤光片的核心关键参数有五个：中心波长λ₀、峰值透过率T₀、半带宽B、可见光截止深度Sd、红外光截止深度S_u。其中，可见光截止深度Sd反映了对可见光的屏蔽指标，红外光截止深度S_u 反映了对其他红外光的屏蔽指标。当然截止深度越深，峰值透过率T₀也相应变小。半带宽B的宽窄，取决于在该半带宽内红外发光二极管组的能量，要远远大于在该半带宽内太阳光或者照明光所发出的其他红外光的能量，如果其他光线越强，该半带宽就要求越窄，同时要求红外发光二极管组的能量就越大。

本发明第一实施例是采用本发明制作的用于人脸识别的红外滤光片的一种室内应用情况，适用于对识别性能要求一般的环境，具体如下：

1.红外发光二极管组：采用20个红外发光二极管，每一个红外发光二极管的中心波长为850纳米，，每一个红外发光二极管的电流为70毫安，总功率2瓦特。

2.红外窄带滤光片：红外窄带滤光片的中心波长λ₀＝850纳米，峰值透过率T₀＝55％，半带宽B＝15纳米，可见光截止深度Sd＝10E-5，红外光截止深度S_u＝10E-3。

3.红外光透射玻璃的型号采用HWB830，厚度为3毫米。

本发明第二实施例是采用本发明制作的用于人脸识别的红外滤光片的另一种室内应用情况，适用于对识别性能要求较高的环境，具体如下：

1.红外发光二极管组：采用48个红外发光二极管，每一个红外发光二极管的中心波长为850纳米，每一个红外发光二极管的电流为70毫安，总功率5瓦特。

2.红外窄带滤光片：红外窄带滤光片的中心波长λ₀＝850纳米，峰值透过率T₀＝38％，半带宽B＝10纳米，可见光截止深度Sd＝10E-6，红外光截止深度S_u＝10E-3。

3.红外光透射玻璃的型号采用HWB830，厚度为5毫米。

本发明第三实施例是采用本发明制作的用于人脸识别的红外滤光片的一个室外应用情况，具体如下：

1.红外发光二极管组：采用196个红外发光二极管，每一个红外发光二极管的中心波长为850纳米，每一个红外发光二极管的电流70毫安，总功率20瓦特。

2.红外窄带滤光片：红外窄带滤光片的中心波长λ₀＝850纳米，峰值透过率T₀＝12％，半带宽B＝6纳米，可见光截止深度Sd＝10E-9，红外光截止深度S_u＝10E-6。

3.红外光透射玻璃型号采用HWB830，厚度为9毫米。

经测试，上述三个实施例，在采用外加红外主动光源的人脸识别系统中，完全满足在室内应用、室外应用的需求。

图6为本发明用于人脸识别的红外滤光片的设计制作方法图解。要实现图5所示的光谱透过率曲线，并达到上述性能指标，利用现代光学多层镀膜技术，采用TiO2、SiO2为主要镀膜材料，进行多层膜系设计。

首先，在红外光透射玻璃上镀一个窄带滤光膜，形成一个窄带波峰，实现中心波长λ₀、峰值透过率T₀和半带宽B的具体技术指标，暂不考虑其他红外部分、可见光部分的曲线形态。结合红外光透射玻璃的长通特性，两者综合曲线可以抑制其中的可见光部分，但在红外部分曲线有凸起。

其次，红外光透射玻璃的厚度和材料主要决定可见光截止深度Sd。本发明红外光透射玻璃的厚度为3～9毫米，实现的红外窄带滤光片的可见光截止深度Sd在10E-5～10E-9之间。本发明实施例已分别列出了红外光透射玻璃厚度为3毫米、5毫米、9毫米的实施方案。

然后，在浮法玻璃上镀一个带通截止滤光膜，抑制上述综合曲线在红外部分曲线的凸起，带通截止滤光膜的曲线决定了红外光截止深度S_u。

最后采用光敏胶胶合镀有窄带滤光膜的红外光透射玻璃和带通截止滤光膜的浮法玻璃，完成整个红外窄带滤光片的制作加工，形成理想的窄带高截止深度的光谱透过率曲线。

上述采用一个红外光透射玻璃镀膜结合一个浮法玻璃镀膜的制作方法，其优点在于五个核心关键参数可以分别独立调节，相互不影响，实现难度大大降低，提高生产的一致性和批量合格率。

图7为是本发明在采用外加红外主动光源的人脸识别系统中的应用框图。窄带、高截止深度的红外滤光片，作为人脸识别的一个关键部件，加在摄像镜头前，红外发光二极管组提供恒定的主动光源。在有其他太阳光线或照明灯光的干扰下，该红外滤光片既能屏蔽太阳光或照明灯光中的可见光，又能屏蔽太阳光或照明灯光中的其他红外光，而且在该窄带内，保证红外发光二极管组所发出的红外光线能量，要远远大于太阳光或照明灯光中的能量。这样，图像传感芯片就可以获取稳定的人脸图像，无论在什么光照情况下，始终保持识别和注册时人脸图像的一致性，从而保证人脸识别性能的稳定性，彻底解决了传统人脸识别中的光线影响问题。本实施例采用30万像素的CMOS图像传感芯片，以及中心波长为850纳米的红外发光二极管。

本发明根据太阳光中的光谱能量分布曲线，以及常用照明灯的光谱能量分布，针对其中的可见光以及红外光的分布情况，提出了在采用外加红外主动光源的人脸识别系统中，红外镀膜滤光片的五个核心关键参数：中心波长λ₀、峰值透过率T₀、半带宽B、可见光截止深度Sd、红外光截止深度S_u，结合现有的光学多层镀膜技术，本发明具体提出了一个红外光透射玻璃镀膜结合一个浮法玻璃镀膜的制作方法，以方便地实现独立调节这五个核心关键参数，制作适于人脸识别的具有窄带和高截止深度特性的红外镀膜滤光片。

本发明提出的窄带、高截止深度的红外滤光片，配合850nm中心波长的红外发光二极管组，组成不可见的恒定光源，彻底屏蔽太阳光和照明光线的影响，解决了长期困扰人脸识别性能的光线问题，从而保证人脸识别性能的稳定性和可靠性，可以广泛应用到各种人脸识别产品和系统中。

Claims

1.一种用于人脸识别的红外滤光片，其特征在于，红外滤光片具有窄带和高截止深度，所述窄带能够实现在半带宽内所配合的红外发光二极管组的发光能量至少5倍于在所述半带宽内太阳光或者照明光的发光能量；所述高截止深度能够实现在半带宽内所配合的红外发光二极管组的发光能量至少5倍于在所述半带宽之外太阳光或者照明光所有透过该红外滤光片的能量；红外滤光片包括红外光透射玻璃和浮法玻璃，红外透射玻璃的厚度为3～9毫米，红外光透射玻璃上镀窄带通滤光膜，浮法玻璃上镀带通截止滤光膜，镀有窄带通滤光膜的红外光透射玻璃和镀有带通截止滤光膜的浮法玻璃采用光敏胶胶合。

2.一种制作权利要求1所述的红外滤光片的方法，包括红外光透射玻璃、浮法玻璃、光敏胶，其特征在于，红外光透射玻璃的厚度为3～9毫米，在红外光透射玻璃上镀窄带通滤光膜，实现中心波长λ₀、峰值透射率T₀和半带宽B；通过设计红外光透射玻璃的厚度和材料，实现可见光截止深度S_d；在浮法玻璃上镀带通截止滤光膜，实现红外光截止深度S_u；采用光敏胶胶合镀有窄带通滤光膜的红外光透射玻璃和镀有带通截止滤光膜的浮法玻璃。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，窄带通滤光膜由用于人脸识别的红外滤光片的中心波长λ₀、峰值透射率T₀、半带宽B的具体技术指标确定，并形成一个窄带波峰。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，带通截止滤光膜由用于人脸识别的红外滤光片的红外光截止深度S_u的具体技术指标确定。