CN103336950A - 一种人脸识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种人脸识别方法及装置，该方法包括获取识别对象的面部图像的步骤中包括照明光源产生照射到检测范围内的光线；获取检测范围内由照明光源所产生的光线照射到识别对象时，所反射的黑白图像；捕获检测范围内面部图像步骤。该装置的人脸图像采集装置包括照明光源、黑白摄像头和通光片；所述的通光片为照明光源波长的通光片，设置在所述的黑白摄像头镜头前。本发明中构造一种新型的人脸识别系统和一种提供更加友好、自然，更易于不受光照、姿态、装饰等等限制的方法。

Description

一种人脸识别方法及系统

技术领域

本发明涉及身份识别认证领域，更具体地说，涉及一种新型人脸识别方法及系统。

背景技术

我国拥有巨大的人口基数，加上经济的快速发展，各省市经济往来不局限于当地，跨地区流动性是越来越来频繁。庞大的人口基数以及人口流动性强，如何充分利用信息技术进行有效的身份认证，一直都是安防行业关注的焦点，于是众多的生物识别技术开始走进市场，在众多的生物特征识别技术中，人脸识别技术最具有吸引力，它最直观、最自然，目前市面上的人脸识别产品大多数都给使用者一种直观相似的感觉，都是采用摄像头获取人脸图像，利用显示屏幕显示图像，同时利用使用者的配合性，通过视频采集设备获取识别对象的面部图像，再利用核心的算法对其脸部的五官位置、脸型和角度进行计算分析，进而和自身数据库里已有的范本进行比对，最后判断出使用者的真实身份。这种身份论证非常直观，也很方便，随着数据库等的逐步完善，身份论证的准确性也越来越高。

现有的人脸识别系统在用户配合、采集条件比较理想的情况下可以取得令人满意的结果。但是，在用户不配合、采集条件不理想的情况下，现有系统的识别率将陡然下降。人脸识别技术远未达到实用水平，还存在着诸多的挑战性问题需要解决。比如，人脸比对时，与系统中存储的人脸有出入，例如剃了胡子、换了发型、多了眼镜、变了表情都有可能引起比对失败。也就是说，人如果发生微小变化，系统可能就会认证失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种人脸识别方法和构造一种新型的人脸识别系统，利用该方法可以提供一种更加友好、自然，更易于不受光照、姿态、装饰等等限制的人脸识别。

本发明的技术方案是：一种人脸识别方法，包括获取识别对象的面部图像的步骤；面部特征数据提取的步骤；与数据库里已有的范本进行比对的步骤；最后判断出所述的对象真实身份；识别对象的面部图像的步骤中包括以下步骤：

步骤A、照明光源产生照射到检测范围内的光线；

步骤B、获取检测范围内由照明光源所产生的光线照射到识别对象时，所反射的黑白图像；

步骤C、捕获检测范围内面部图像。

进一步的，上述的人脸识别方法中：所述步骤A中，照明光源为红外线或者紫外线光源。

进一步的，上述的人脸识别方法中：所述的红外线或者紫外线光源为窄带红外线或者窄带紫外线。

进一步的，上述的人脸识别方法中：在所述的步骤B中，采用照明光源波长的通光片滤除反射光中除照明光源波长外的杂质光源。

进一步的，上述的人脸识别方法中：在获取识别对象的面部图像的步骤之前，还需要检测在检测范围内是否有识别对象，如果有识别对象，则进行获取识别对象的面部图像的步骤，否则继续检测。

本发明还提供一种人脸识别系统，包括人脸图像采集装置，进行面部特征数据提取的视频处理装置、保存有人脸模板特征文件的数据库的存储器和中央处理单元，所述的人脸图像采集装置的输出接所述的视频处理装置，所述的人脸图像采集装置、视频处理装置、存储器分别与中央处理单元连接；所述的人脸图像采集装置包括照明光源、黑白摄像头和通光片；所述的通光片为照明光源波长的通光片，设置在所述的黑白摄像头镜头前。

进一步的，上述的系统中：所述的照明光源为产生窄带红外线或者紫外线的光源。

进一步的，上述的系统中：所述的照明光源为红外线发光二极管。

进一步的，上述的系统中：还包括与所述的黑白摄像头视场相同的彩色摄像头，所述的彩色摄像头输出接显示器显示。

进一步的，上述的系统中：还包括感应到有人体在检测范围内的人脸检测装置，所述的人脸检测装置与中央处理单元相连。

本发明中构造一种新型的人脸识别系统和一种提供更加友好、自然，更易于不受光照、姿态、装饰等等限制的方法。

下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。

附图说明

图1为本发明实施例人脸识别系统系统架构图。

图2为本发明实施例具体方框图。

图3为本发明实施例流程图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例是一种新型的人脸识别系统，主要由人脸检测装置、人脸图像采集装置、视频处理装置、数据传输电路、中央处理单元、人脸识别算法、显示输出装置、数据输入输出接口组成。

其中，人脸检测装置是根据红外探测以及图像扫描技术，感应到有人体在检测范围，然后启动图像采集装置对人脸进行跟踪，从而捕获到清晰的人脸图像。图像采集装置由两个摄像头和照明光源组成，其中一个是摄像头是普通彩色摄像头，它在本实施例中仅仅用于捕捉检测范围内识别场景的彩色图像，用于整个装置人机交互界面的显示，另外一个摄像头是黑白摄像头，本实施例中黑白摄像头于将检测范围内的人脸进行捕获，经过独立光学系统辅助，使其形成光线相对恒定的人脸图像，两个摄像头以独特的安装距离（上下和左右两种方式）设计安装，使两个摄像头的视场基本相同，再经过特殊视频处理装置进行视频切换，黑白摄像头检测到的人脸位置信息反馈到彩色摄像头捕捉到的图像中进行合理校正显示，更利于使用者体验配合，从而使人脸图像更加清晰完整。两个摄像头的图像经过视频处理单元处理后，是视频处理，主要功能是视频信号的模/数转换和切换，中央处理单元以及人脸识别算法对人脸图像进行图像分割、滤掉噪声、对图像二值化，通过特征分析(Local Feature Analysis,LFA)方法提取特征数据，最终将人脸图像转化成人脸模板特征文件。

本实施例中人脸检测部分，采用红外探测以及图像扫描技术，感应是否有人脸在检测范围内，根据检测到人脸开启，采用红外或紫外光源作为照明光源。

图像采集装置是由摄像机、独立红外或紫外光源发光电子器件和截止自然光线通红外光线的通光片组成。发光电子器件优选的采用红外线发光LED，其发射的红外光波带宽与滤片所能通过的红外光带宽相匹配，保证摄像机捕捉的图像只能是由红外光线所反射，这种方式采集的人脸图像是红外图像，不受环境自然光线变化对人脸识别的影响，人脸识别优选的采用红外人脸图像。

如图3所示是本实施例中一个人脸识别系统框图，其中，图像采集装置中的摄像机由一个黑白摄像头和一个彩色摄像头组成，其中彩色摄像头不设置截止自然光线通红外光线的通光片，是普通的模拟摄像机，该摄像机仅用于捕获自然光线下的识别场景图像，生成易于人眼观看的视频图像，人脸识别算法不对此图像进行处理，经视频处理单元处理后直接输出到LCD，用于人机交互界面显示。视频处理单元负责对图像采集设备输入的视频图像进行转换编码，生成机器可识别的数字信号。中央处理单元优选的采用ARM9处理器，与内存和Flash组成中央数据处理单元，负责系统内部数据的运算，控制和存储，为操作系统提供运行平台。DSP处理器运行人脸识别算法，对人脸视频原始数据进行运算处理，将运算结果数据通过系统总线与中央处理单元进行数据传输交换，中央处理单元根据人脸识别运算结果向其它控制单元发送控制指令。LCD显示屏显示内嵌的操作系统界面，响应中央处理单元发送的控制指令，以文字、图形、符号等形式反映表现。触控输入装置一般是键盘等输入设备，触摸板与LCD显示屏结合，提供一种直观的人机交互方式，除触控输入外，本实施例不限于采用按键式键盘设备提供控制输入。Internet网络传输系统数据，使远程计算机与人脸识别认证终端进行数据交换，通过浏览器访问系统界面及数据库数据。SD（HC）是外置大容量高速存储器，存储人脸识别数据，中央处理单元通过内存对存储器进行数据管理和调用。人脸感应本发明优选的采用光线感应方式，通过捕捉识别终端前的光线变化，判断终端前有效距离内是否存在人脸，以解除终端的待机状态并激活图像采集设备，捕捉人脸视频。除优选的光线感应，本实施例也可以采用其它人体感应技术来检测人脸。I/O是系统输入输出数据接口，支持常见数据格式的输入输出。UART通用串行数据总线用来与PC进行通信，包括监控调试器和其它器件进行通信，本发明扩展的外接支持串行通讯的读卡器，读卡数据通过UART进行传输和接收。音频处理单元接收中央控制单元发送的指令进行处理，转换成音频信号输出到音响设备，音响设备包括但不限于是蜂鸣器和人声语音输出设备。

本实施例中，照明光源是独立光学系统，包括红外或紫外光源以及光源波长的通光片，红外或紫外直接或间接投射到人脸检测区域，光源波长的通光片位于独立捕获人脸成像的黑白摄像头镜头前，与独立红外或紫外光源的波长相匹配，用于过滤可见光和其他杂质光源。本实施例中所采用的人脸识别算法是根据脸部的本质特征和形状来工作的，可以最大限度地消除光线、皮肤色调、面部毛发、发型、眼镜、表情和姿态变化等对人脸识别的影响，具有强大的可靠性。

图3是本实施例的人脸识别过程，一般包括以下步骤：

1、检测是否有人脸在检测区域内，如果有，则进行人脸识别。否则继续检测。

利用如图1中的人脸检测装置和图2中的人脸感应设备，对检测区域内是否有人脸进行检测，如果有则通知中央处理器ARM9，通过中央处理器运行程序，唤醒图像采集装置。

2、获取识别对象的面部图像。

获取识别对象面部图像是本实施例有别于其它人脸识别系统的最主要部分，本实施例中，通过利用一个由中央处理器控制的自主的独立光源产生红外线或者紫外线向检测区域进行照射，然后利用黑白摄像头获取由人脸反射回来的反射光，并在摄像头前增加通过光片，该能光片只允许独立光源也就是本装置本身的照明光源所产生的窄带的红外线或者紫外线光通过，其它可见光和其它波长的光被挡住。这样获得比较懒定的人脸图像，然后从图像中捕获人脸。

这个步骤中还通过彩色摄像头获取检测范围内的影像，该影像不进行数据处理，只用于在系统的显示器LCD上显示作为记录现场的资料保存。

3、面部特征数据提取。

4、与数据库里已有的范本进行比对。

5、最后判断出所述的对象真实身份。

上面3、4、5步骤现在都有很多方法实现。

本实施例中：人脸识别系统上的人脸感应装置检测到人脸启动人脸图像采集装置进行视频采集，生成其面纹编码，与人脸模板数据库中的面纹编码进行检索比对，识别出当前用户的身份。

本实施例中，人脸图像采集装置是本实施例中有别于现有的人脸系统的主要地方，主要包括摄像机、辅助光源发光装置。图像处理可以采用现有技术中的装置，主要由模/数转换器、图像编码器、控制器组成。中央控制单元包括中央处理器和存储器，为人脸识别认证操作系统提供运行平台，所述用户界面包括但不限于是通过文字、图形、语音、显示反映的数据运算结果，所述数据库包括供系统控制单元调用的计算机程序和数据。

本实施例中人脸识别运算是运行于集成电路芯片中的人脸识别算法，进行人脸数据分析、计算的过程。

本实施例中人脸图像采集与处理、人脸识别运算、数据存储、系统控制相关器件，是由电路连接的一个集成模块，该集成模块是人脸识别身份认证装置的电控部分，装置通过UART和Internet与计算机连接，将人脸识别数据转化为外部设备可以识别的电子信号。人脸识别系统除提供必要的工作电源外，不依靠其它电子设备就可以完成人脸图像的采集、处理、识别、存储，所述人脸识别身份认证装置，可以将人脸识别的数据通过外部接口输出。

Claims (10)

1.一种人脸识别方法，包括获取识别对象的面部图像的步骤；面部特征数据提取的步骤；与数据库里已有的范本进行比对的步骤；最后判断出所述的对象真实身份；其特征在于：识别对象的面部图像的步骤中包括以下步骤：

步骤A、照明光源产生照射到检测范围内的光线；

步骤B、获取检测范围内由照明光源所产生的光线照射到识别对象时，所反射的黑白图像；

步骤C、捕获检测范围内面部图像。

2.根据权利要求1所述的人脸识别方法，其特征在于：所述步骤A中，照明光源为红外线或者紫外线光源。

3.根据权利要求2所述的人脸识别方法，其特征在于：所述的红外线或者紫外线光源为窄带红外线或者窄带紫外线。

4.根据权利要求1所述的人脸识别方法，其特征在于：在所述的步骤B中，采用照明光源波长的通光片滤除反射光中除照明光源波长外的杂质光源。

5.根据权利要求1至4中任一所述的人脸识别方法，其特征在于：在获取识别对象的面部图像的步骤之前，还需要检测在检测范围内是否有识别对象，如果有识别对象，则进行获取识别对象的面部图像的步骤，否则继续检测。

6.一种根据权利要求1所述的人脸识别方法的系统，包括人脸图像采集装置，进行面部特征数据提取的视频处理装置、保存有人脸模板特征文件的数据库的存储器和中央处理单元，所述的人脸图像采集装置的输出接所述的视频处理装置，所述的人脸图像采集装置、视频处理装置、存储器分别与中央处理单元连接；其特征在于：所述的人脸图像采集装置包括照明光源、黑白摄像头和通光片；所述的通光片为照明光源波长的通光片，设置在所述的黑白摄像头镜头前。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述的照明光源为产生窄带红外线或者紫外线的光源。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述的照明光源为红外线发光二极管。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：还包括与所述的黑白摄像头视场相同的彩色摄像头，所述的彩色摄像头输出接显示器显示。

10.根据权利要求6至9中任一所述的系统，其特征在于：还包括感应到有人体在检测范围内的人脸检测装置，所述的人脸检测装置与中央处理单元相连。

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