CN102375973A - 人脸识别方法和系统及红外背光补偿方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种人脸识别方法和系统，属于模式识别技术领域，为提高人脸识别在室外环境下工作的准确性而发明。所述人脸识别方法包括：采用高频脉冲信号驱动红外灯组生成红外背光；采集位于所述红外背光照射下的被识别人脸特征；将所述采集到的被识别人脸特征与人脸模板进行对比完成人脸识别。本发明实施例还公开了一种红外背光补偿方法和系统，为提高红外背光的光亮强度而发明。本发明实施例主要用于人像识别领域。

Description

人脸识别方法和系统及红外背光补偿方法和系统

技术领域

本发明涉及模式识别技术，尤其涉及一种人脸识别方法和系统及红外背光补偿方法和系统。

背景技术

人脸识别是近年来随着计算机技术、图像处理技术、模式识别技术等技术的快速进步而出现的一种崭新的生物特征识别技术。它是基于人的脸部特征，将输入的人脸图像与已知的人脸数据进行对比，从而识别出每个人脸的身份。

人脸识别已经成功地应用于门禁、考勤、安全监控等领域，目前常见的产品都主要是基于室内的环境条件下使用。在实现本发明的过程中发明人发现，室外条件下的人脸识别容易被环境光线干扰，从而影响了人脸识别在室外环境下工作的准确性。

发明内容

本发明实施例提供一种人脸识别方法和系统，能够提高人脸识别在室外环境下工作的准确性。

本发明实施例采用如下技术方案：

一种人脸识别方法，包括：

采用高频脉冲信号驱动红外灯组生成红外背光；采集位于所述红外背光照射下的被识别人脸特征；将所述采集到的被识别人脸特征与人脸模板进行对比完成人脸识别。

一种人脸识别系统，包括人脸采集装置、人脸识别装置和红外背光补偿系统，其中，

所述红外背光补偿装置，包括红外背光驱动器和设置在红外背光灯板上的红外灯组，所述红外背光驱动器生成高频脉冲信号，对所述红外背光灯板上的红外灯组采用所述高频脉冲信号进行驱动，为所述人脸采集装置提供需要的红外背光； 所述人脸采集装置，用于采集位于所述红外背光照射下的被识别人脸特征；所述人脸识别装置，用于将所述人脸采集装置采集到的被识别人脸特征与人脸模板进行对比完成人脸识别。

本发明实施例的人脸识别方法和系统，通过采用高频脉冲信号驱动红外灯组生成红外背光，可使红外背光灯板上的红外灯组在短时间内发生大电流的高频点亮，而且这种短时间大电流状态是在不断重复的，从而可以获得高光亮强度的红外背光。然后通过采集位于所述红外背光照射下的被识别人脸特征，并将所述采集到的被识别人脸特征与人脸模板进行对比完成人脸识别，因此能够为被识别人脸特征提供充足的光源，有助于人脸识别算法迅速定位人脸，与现有技术相比，由于降低了室外光线变化对被识别人脸特征的影响，因此能够提高人脸识别在室外环境下工作的准确性。

本发明实施例提供一种红外背光补偿方法和系统，能够提高红外背光的光亮强度。

本发明实施例采用如下技术方案：

一种红外背光补偿方法，包括：生成高频脉冲信号；对红外背光灯板上的红外灯组采用所述高频脉冲信号进行驱动。

一种红外背光补偿系统，包括红外背光驱动器和设置在红外背光灯板上的红外灯组，所述红外背光驱动器，用于生成高频脉冲信号，对所述红外背光灯板上的红外灯组采用所述高频脉冲信号进行驱动。

本发明实施例的红外背光补偿方法和系统，通过对红外背光灯板上的红外灯组采用高频脉冲信号进行驱动，可使红外灯组在短时间内发生大电流的高频点亮，而且这种短时间大电流状态是在不断重复的，因此提高了红外背光的光亮强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。

图1为本发明实施例提供的一种人脸识别方法的流程图；

图2为本发明的高频脉冲信号产生示意图；

图3为本发明的高频脉冲信号驱动红外灯组的流程图；

图4为本发明驱动红外灯组的高频脉冲信号示意图；

图5为本发明实施例控制高频脉冲信号与曝光同步信号同步的方法流程图；

图6为本发明实施例同步后的红外灯组的驱动信号示意图；

图7为本发明实施例提供的一种人脸识别系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明实施例提供的一种人脸识别方法，包括：

步骤11，采用高频脉冲信号驱动红外灯组生成红外背光。

步骤12，采集位于所述红外背光照射下的被识别人脸特征。

步骤13，将所述采集到的被识别人脸特征与人脸模板进行对比完成人脸识别。

现有的红外背光所使用的红外光源是由850nm红外发光二极管组成的红外灯组，该红外灯组设置在红外背光灯板上。红外灯组受控于DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）开灯信号，可以连续、稳定地工作在20mA电流下，获得6.5mW/sr的光照强度。DSP在识别人脸时给出开灯信号打开红外灯组，识别完成后关闭，在整个识别过程中红外灯组一直处于开启状态。

由于室外环境光线复杂，需要人脸识别技术更快、更准确地响应环境光线的变换，以消除环境光线的影响，本发明实施例采用高频脉冲信号对红外背光灯板上的红外灯组进行驱动，该高频脉冲信号的频率为100Hz~10KHz。在高频脉冲驱动下，红外灯组可以瞬间通过高达1000mA的电流，获得平均300mW/sr的光照强度，相比于连续稳定地通过20mA电流，红外灯组的发光功率可从20mA时的6.5mW/sr增加到300mW/sr，在短时间内发生大电流的高频点亮，而且在人脸采集过程中，这种短时间大电流状态是在不断重复的，从DSP给出开灯信号打开红外灯组开始，直至人脸识别结束关闭红外灯组，从而大大提高了红外背光的光亮强度，因此能够为被识别人脸特征提供充足的光源，有助于人脸识别算法迅速定位人脸。

通过采集位于所述红外背光照射下的被识别人脸特征，并将所述采集到的被识别人脸特征与人脸模板进行对比完成人脸识别，由于在短时间内发生大电流的高频点亮，提高了红外背光的光亮强度，从而降低了室外光线变化对被识别人脸特征的影响，因此提高了人脸识别在室外环境下工作的准确性。

高频脉冲信号的产生过程如图2所示，有源晶体生成24MHz的时钟信号，通过CPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）的内部可编程程序，对输入的时钟信号进行分频，通过调整分频系数，可以将24MHz的时钟信号频率降低至驱动红外灯组所需的高频脉冲信号。

高频脉冲信号驱动红外灯组的流程如图3所示。在高频脉冲信号高电平时，打开红外灯组，同时复位并启动开灯计时器，开灯计时器计时直至开灯计时器溢出；在高频脉冲信号低电平时，关闭红外灯组，同时复位并启动关灯计时器，关灯计时器计时直至关灯计时器溢出。在红外灯组驱动信号有效期间，重复上述红外灯组的打开和关闭，直至红外灯组驱动信号无效，关闭红外灯组。

驱动红外灯组的高频脉冲信号如图4所示。红外灯组在T1时间内点亮，在T2时间内关闭，重复这个过程来实现脉冲点亮。通过调整红外灯组的驱动周期T（T=T1+T2），可以获得不同的脉冲频率；当T一定时，通过调整红外灯组的点亮时间T1，可以获得不同的红外背光亮度。

需要说明的是，由于本发明实施例驱动红外灯组的脉冲频率非常高，使得高频脉冲驱动下的红外灯组看起来就是连续点亮，因此采集被识别人脸特征时CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）摄像头采集到的图像就不会发生闪烁现象。

还需要说明的是，由于本发明实施例大幅度提高了红外发光二极管的工作电路，最高达1000mA，因此灯组驱动周期T内的点亮时间T1应该依据选用的红外发光二极管规格书要求，不能太长，一般在100微秒内。如果点亮时间T1过长，会引起红外灯组过热，加速红外灯组的老化甚至烧毁。

可以理解的是，为了满足室外应用的光照需要，本发明实施例的红外发光二极管的数量可以进行调整，可以将红外发光二极管的数量由现有的十几个增加至一百个，甚至更多。

为了进一步提高红外灯组的工作效率，本发明实施例提供的人脸识别方法还可以在采集被识别人脸特征时的曝光时刻，打开红外灯组的驱动输出使能信号，使得驱动红外灯组的高频脉冲信号与人脸采集时的CCD摄像头的曝光同步信号同步，也即是说，控制红外灯组在曝光期间开启，在曝光结束后关闭。

通过接收采集被识别人脸特征时的曝光同步信号，然后控制驱动红外灯组的高频脉冲信号与该曝光同步信号同步，可以控制红外灯组在曝光期间开启，在曝光结束后关闭。控制所述高频脉冲信号与所述曝光同步信号同步的方法流程如图5所示。在人脸识别系统开始工作时，打开DSP开灯信号，在DSP开灯信号有效期间，判断采集被识别人脸特征的CCD摄像头是否处于曝光期间，并在CCD摄像头处于曝光期间，设置红外灯组的驱动输出使能，生成高频脉冲信号驱动红外灯组；在曝光期间外的任一时间内，设置红外灯组的驱动输出禁止。同步后的红外灯组的驱动信号如图5所示。

需要说明的是，CCD摄像头在工作过程中并非一直处于曝光状态，而是曝光获取一场图像信号，然后输出采集到的图像数据，在数据输出过程中外界光线对CCD摄像头没有任何影响，而且曝光时间要远远小于输出图像数据的时间。鉴于这个特点，本发明实施例将红外灯组的驱动信号与CCD摄像头的曝光同步信号进行了同步，从而实现了红外灯组在CCD曝光期间点亮，曝光结束后立即关闭。

CCD摄像头输出的是标准电视信号，每秒完成50场图像采集，周期为20ms每场，每一场的场消隐时间为1.5ms左右，CCD摄像头曝光时刻位于每场的场消隐时间内。实际操作中红外灯组的驱动是与CCD摄像头的场消隐信号进行了同步。红外灯组在整个场消隐时间内打开，其余的时间都处于关闭状态，因此红外灯组的驱动占空比为7.5%，从而有效提高了红外灯组的工作效率，减小了红外灯组开启时产生的热量。另外，红外灯组驱动与CCD摄像头场消隐信号同步还可以提前于曝光点一段时间把目标照亮，使得CCD摄像头曝光时获得更好的效果。

进一步地，为控制驱动红外灯组的高频脉冲信号与曝光同步信号严格同步，本发明实施例可以采用CPLD作为红外灯组驱动电路的主控制器。CPLD的信号响应时间为10ns，通过程序设计可以保证红外灯组准确无误地在CCD摄像头的曝光期间进行点亮。

本发明实施例的人脸识别方法，通过采用高频脉冲信号驱动红外背光灯板上的红外灯组来提供红外背光，不仅实现了更大的光照强度，满足人脸识别在室外工作的需要，提高人脸识别在室外环境下工作的准确性；而且通过控制红外灯组的高频脉冲驱动信号与采集被识别人脸特征时的曝光同步信号同步，一方面可以缩短红外灯组开启的时间，有效地控制红外灯组在工作中散发的热量，延长红外二极管的工作寿命，有利于系统长期稳定地工作；另一方面，可以提前于曝光点一段的时间把目标照亮，获得更好的图像采集效果。

更进一步地，本发明实施例还可以对采集被识别人脸特征时的环境可见光进行过滤。通过在人脸识别的视频采集设备前端添加红外滤光片，可以很好地反射和衰减可见光，只通过红外光线，从而最大程度地降低环境光线对人脸识别的影响，保证室外人脸识别的准确性。

需要说明的是，虽然红外滤光片在一定程度上会同时衰减通过的红外光线，但由于本发明实施例是在通过高频脉冲信号驱动保证足够强度的红外背光下进行人脸识别，因此可以保证通过滤光片后的红外光线仍有足够的强度，从而不会影响到人脸识别在室外环境下工作的准确性。

参见图7，本发明实施例提供的一种人脸识别系统，包括人脸采集装置61、人脸识别装置62和红外背光补偿装置，其中，

所述红外背光补偿装置，包括红外背光驱动器601和设置在红外背光灯板602上的红外灯组（图中未示出），该红外背光驱动器601生成高频脉冲信号，对所述红外背光灯板602上的红外灯组采用所述高频脉冲信号进行驱动，从而为所述人脸采集装置61提供需要的红外背光； 

所述人脸采集装置61，用于采集位于所述红外背光照射下的被识别人脸特征；所述人脸识别装置62，用于将所述人脸采集装置61采集到的被识别人脸特征与人脸模板进行对比完成人脸识别。

本发明实施例的人脸识别系统，通过红外背光驱动器采用高频脉冲信号驱动红外背光灯板上的红外灯组来提供红外背光，可使红外背光灯板上的红外灯组在短时间内发生大电流的高频点亮，而且这种短时间大电流状态是在不断重复的，从而可以获得高光亮强度的红外背光，为被识别的人脸特征提供充足的光源，有助于人脸识别算法迅速定位人脸，与现有技术相比，由于降低了室外光线变化对被识别人脸特征的影响，因此能够提高人脸识别在室外环境下工作的准确性。

进一步地，所述红外背光驱动器601，还用于接收所述人脸采集装置61发出的曝光同步信号，并控制生成的高频脉冲信号与所述曝光同步信号同步。

通过控制驱动红外灯组的高频脉冲信号与人脸采集装置的曝光同步信号同步，一方面可以缩短红外灯组开启的时间，有效地控制红外灯组在工作中散发的热量，延长红外二极管的工作寿命，有利于系统长期稳定地工作；另一方面，可以提前于曝光点一段的时间把目标照亮，获得更好的图像采集效果。

更进一步地，本发明实施例的人脸识别系统，还可以在人脸采集装置61前端设置红外滤光片63，用于对所述人脸采集装置采集被识别人脸特征时的环境可见光进行过滤，从而最大程度地降低环境光线对人脸识别的影响，保证室外人脸识别的准确性。

最后，本发明实施例还提供一种红外背光补偿方法，包括：生成高频脉冲信号，对红外背光灯板上的红外发光二极管采用所述高频脉冲信号进行驱动。

进一步地，本发明实施例的红外背光补偿方法还可以接收采集被识别对象时发出的曝光同步信号，并控制所述高频脉冲信号与所述曝光同步信号同步。

相应该红外背光补偿方法，本发明实施例还提供一种红外背光补偿系统，包括外背光驱动器和设置在红外背光灯板上的红外发光二极管，所述红外背光驱动器，用于生成高频脉冲信号，对所述红外背光灯板上的红外发光二极管采用所述高频脉冲信号进行驱动。

进一步地，所述红外背光驱动器，还用于接收采集被识别对象时发出的曝光同步信号，并控制生成的高频脉冲信号与所述曝光同步信号同步。

本发明实施例的红外背光补偿方法和系统，通过对红外背光灯板上的红外灯组采用高频脉冲信号进行驱动，可使红外灯组在短时间内发生大电流的高频点亮，而且这种短时间大电流状态是在不断重复的，因此持续地提高了红外背光的光亮强度。另外通过控制生成的高频脉冲信号与采集被识别对象时的曝光同步信号同步，一方面可以缩短红外灯组开启的时间，有效地控制红外灯组在工作中散发的热量，延长红外二极管的工作寿命，有利于系统长期稳定地工作；另一方面，可以提前一段的时间把目标照亮，获得更好的图像采集效果。

容易理解的是，本发明实施例的红外背光补偿方法和系统，可以应用到除人脸识别之外的任何需要红外背光的对象识别上，能够为被识别对象提供充足的光源，降低环境光线变化对被识别对象的影响，提高对象识别在室外环境下工作的准确性。

上述具体实施例并不用以限制本发明，对红外背光灯板上的多个（如两个）红外灯组，可以部分采用高频脉冲信号进行驱动，部分仍采用现有的连续稳定地小电流进行驱动，对于本技术领域的普通技术人员来说，凡在不脱离本发明原理的前提下，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种人脸识别方法，其特征在于，包括：

采用高频脉冲信号驱动红外灯组生成红外背光；

采集位于所述红外背光照射下的被识别人脸特征；

将所述采集到的被识别人脸特征与人脸模板进行对比完成人脸识别。

2.根据权利要求1所述的人脸识别方法，其特征在于，在所述采用高频脉冲信号驱动红外灯组生成红外背光之前，还包括：生成高频脉冲信号；

所述生成高频脉冲信号的方法包括：

有源晶体生成时钟信号，对所述时钟信号进行分频生成高频脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的人脸识别方法，其特征在于，所述采用高频脉冲信号驱动红外灯组生成红外背光包括：

在高频脉冲信号高电平时，打开红外灯组；

复位并启动开灯计时器，开灯计时器计时直至开灯计时器溢出；

在高频脉冲信号低电平时，关闭红外灯组；

复位并启动关灯计时器，关灯计时器计时直至关灯计时器溢出；

在红外灯组驱动信号有效期间，重复所述红外灯组的打开和关闭，直至红外灯组驱动信号无效，关闭红外灯组。

4.根据权利要求1所述的人脸识别方法，其特征在于，在所述高频脉冲信号驱动周期一定时，通过调整红外灯组的点亮时间来获得不同的红外背光亮度。

5.根据权利要求1-4任一所述的人脸识别方法，其特征在于，还包括： 

接收采集被识别人脸特征时发出的曝光同步信号；

控制所述高频脉冲信号与所述曝光同步信号同步。

6.根据权利要求5所述的人脸识别方法，其特征在于，还包括：

对采集被识别人脸特征时的环境可见光进行过滤。

7.一种人脸识别系统，其特征在于，包括人脸采集装置、人脸识别装置和红外背光补偿装置，其中，

所述红外背光补偿装置，包括红外背光驱动器和设置在红外背光灯板上的红外灯组，所述红外背光驱动器生成高频脉冲信号，对所述红外背光灯板上的红外灯组采用所述高频脉冲信号进行驱动，为所述人脸采集装置提供需要的红外背光； 

所述人脸采集装置，用于采集位于所述红外背光照射下的被识别人脸特征；

所述人脸识别装置，用于将所述人脸采集装置采集到的被识别人脸特征与人脸模板进行对比完成人脸识别。

8.根据权利要求7所述的人脸识别系统，其特征在于，

所述红外背光驱动器，还用于接收所述人脸采集装置发出的曝光同步信号，并控制生成的高频脉冲信号与所述曝光同步信号同步。

9.根据权利要求7或8所述的人脸识别系统，其特征在于，还包括：

红外滤光片，用于对所述人脸采集装置采集被识别人脸特征时的环境可见光进行过滤。

10.一种红外背光补偿方法，其特征在于，包括：

生成高频脉冲信号；

对红外背光灯板上的红外灯组采用所述高频脉冲信号进行驱动。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

接收采集被识别对象时发出的曝光同步信号；

控制所述高频脉冲信号与所述曝光同步信号同步。

12.一种红外背光补偿系统，其特征在于，包括红外背光驱动器和设置在红外背光灯板上的红外灯组，

所述红外背光驱动器，用于生成高频脉冲信号，对所述红外背光灯板上的红外灯组采用所述高频脉冲信号进行驱动。

13.根据权利要求12所述的红外背光补偿系统，其特征在于，

所述红外背光驱动器，还用于接收采集被识别对象时发出的曝光同步信号，并控制所述高频脉冲信号与所述曝光同步信号同步。

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