CN103688218A - 获取生物统计特征的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于获取面部（110）生物统计特征的设备（100），其中，该设备（100）具有一个获取生物统计特征的照相机（102）以及一个半透明镜子（108）；其中，半透明镜子（108）设置在人和照相机（102）之间；其中，半透明镜子（108）是如此设置的，在半透明镜子面向人的一面（112），投射到半透明镜子的光束的光路与从半透明镜子反射回来的那部分光束的光路是平行的。

Description

获取生物统计特征的设备和方法

技术领域

本发明涉及到一种用于获取面部生物统计（biometerisch）特征的设备、获取面部生物统计特征的方法、计算机程序产品以及信号序列。

背景技术

现有技术已经公开了各种获取面部生物统计特征数据的系统。ISO19794-5针对获取到的面部图像提出了各种要求。由此，相应的照相机拍摄所得到面部和虹膜的生物对比算法结果就会很好。

本领域所熟知的系统如Easy PASS应用了一种运动，也就是整个摄像系统围绕适合的定位来移动。Smartgate系统则用多台照相机来取代照相机的运动。但是这些解决办法不是太贵，不易于维护，就是在拍摄效果上会大打折扣。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于获取面部生物统计特征的改进设备、获取面部生物统计特征的改进方法、改进的计算机程序产品以及改进的指令信号序列。

本发明的独立权利要求提供了实现上述发明目的的技术方案，而从属权利要求则给出了本发明的优选实施方式。

本发明提供了一种用于获取面部生物统计特征的设备，该设备具有一个获取生物统计特征的照相机以及一个半透明的镜子；其中，该半透明的镜子设置在人和照相机的光路中间；其中，该半透明的镜子是如此设置的，在该镜子面向人的这面，落在该半透明镜子的光束的光路与从该半透明镜子反射回来的光束部分的光路是平行的。

本发明具体实施方式的优势在于，通过半透明镜子拍摄面部图片或者虹膜图片，可以如此简单地定位头部：人本身，也就是他的镜像，看到自己的眼睛。这样，就可以避免照相机的机械方法，从而设备的生产成本减少，同时维护成本也减少。这种设备可以高品质、高质量地拍摄出“好”的照片，这些照片在自动面部识别系统中可以清晰地分析生物统计特征。生物统计特征可以是如人的虹膜、视网膜或者脸型（面部几何形状）。

高品质、高质量地拍摄出“好”照片的重点在于保证头部与照相机之间较小的角度偏差。当角度偏差大于10°时，在识别效果上就会大打折扣。所以，上述ISO标准建议头部向侧面、向下倾斜或者向侧面旋转小于5°。这样，在使用本发明设备时，人可以在半透明的镜子中注视自己，控制自己的头部。这样，就避免了现有技术中所必须的对面部和照相机定位的校正，人对照相机的光路可以自动保持最佳的水平正前方位置。

在这一点上就显示出，光学元件，如可以镜面化（可反射）的玻璃面，其只将一部分投射的光线反射回去，而让另一部分光线穿透过去，这就可以理解为半透明的镜子。

根据本发明的一具体实施方式，本发明的设备还进一步包含第一和第二镜结构；其中，第二镜结构是如此设置的，其设置在半透明镜子背对人的那一面，使得穿透半透明镜子、落在第二镜结构的光线转向第一镜结构；其中，第一镜结构是如此设置的，经转向落在第一镜结构上的、那些穿透的光线则反射到照相机上。

这样设计的优点在于，照相机可以放置在人的任意对齐方向。照相机最好如此安装，其镜头朝下安装，这样就可以最大程度地减少灰尘进入照相机的透镜系统。

根据本发明的一具体实施方式，第一镜结构和/或第二镜结构可以平行于第一镜结构和第二镜结构之间穿透半透明镜子的光线的光路移动。这就大大提高了设备针对人在半透明镜子前的位置调整至最佳状态的机率。

这样，根据本发明的一具体实施方式，第一镜结构和第二镜结构具有第一连接件；其中，该连接件是如此设置的，当第二镜结构移动时，第一镜结构就自动移动，使得第二镜结构与照相机之间的光学距离保持恒定。

由此，当第二镜结构垂直移动时，它总是相当于人面部的垂直位置保持预定的高度。这样，照相机拍摄到的面部图像总是保持恒定的大小，因为第二镜结构与照相机之间的光学距离是不变的。如果人的面部在垂直方向更低一些，第二镜结构就可以移到更低的面部位置。第一连接件就可以相应地调整第一镜结构的位置。

可以理解，任何类型的可以自动相互影响的普通零件都可以作为“连接件”，其作用只是确保在移动第二镜结构时，第一镜结构也做出相应地移动。例如，可以使用镜结构的纯机械连接件，或者是电子马达或执行机构，其在相应的电流作用下移动第一镜结构。此处，也可以通过计算机软件来控制合适的电流。

根据本发明的一具体实施方式，第一镜结构可以自动移动到相对于第二镜结构的固定位置，使得人的面部与照相机之间的光学距离对应预设值，和/或为获取生物统计特征、照相机所获取的面部图像大小对应预设值。

这样的优点在于，不受人与半透明镜子之间的距离的影响，不受人面部大小的影响，不改变照相机的位置，图片都可以保持一致的面部大小。如果人与半透明镜子之间的距离变远，第一镜结构就移向照相机，使得人的面部与照相机之间保持预设值的光学距离。如果人的脸很小，也可以将第一镜结构移向照相机，大大缩小人的面部与照相机之间的光学距离，从而使得脸相对于照相机而显得大一些。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的设备进一步包含一个照明设备，来给人物打光，其中，照明设备和第一镜结构具有第二连接件，该第二连接件是如此设置的，在移动第一镜结构时，通过第二连接件就可以自动地控制照明设备的照明行为。

这样的优点在于，不受人与半透明镜之间距离的影响，人可以总是得到最好的照明光线。由此可以保证可以高品质、高质量地获取到人的面部生物统计特征。此处，连接件也可以是机械连接件，它可以影响照明设备的移动或者转动；也可以用马达或者执行机构来控制照明设备的移动或者转动，其是基于第一镜结构的移动来控制的。还有一种可能就是在照明设备内使用多个照明体，它们可以根据第一镜结构的位置分开控制，这样就可以通过电子开关机构与第一镜结构连接。

ISO9794-5规定了在摄相时照明的建议角度。这样就不需要考虑，光源是否或者怎样反射到眼镜片上。反射会影响面部照片的质量及可使用性。如果在图片中灯光反射到了虹膜，则虹膜照就不能用了。如果没有光反射到眼镜镜片上，面部照片在质量上还是可用的。通过倾斜拍照人的头部，可以在拍摄过程中避免反射。因为必须正前方照相，影响了面部识别。

通过调整照明设备，使其配合第一镜结构的位置，就间接地影响到拍照人的面部位置，因为第一境结构的位置取决于人的面部位置，在避免眼镜镜片反光的情况下可以保证面部的最佳光线。补充说明的是，如果光线反射到眼镜镜片上，还可以用计算机对照明设备的照明行为进行自动后调整。为此，可以照相机上连接一个相应的评价模块，它来研究拍摄到的面部照片的眼镜镜片反射，接下来对照明设备发送修正信号，以避免反光。

也有可能通过连接件来影响照明工具的空间位置，或者是照明工具在不同位置上的有效活动及无效活动。如果安装了多组光源，开机后照了一组照片，可以选择没有反光或者反光少的照片。最好是自动连接照片，且评价照片。

在本发明具体实施方式的变型方式中，光源可以以5至10度的间距向外安装，围绕在拍照人的左右，以期得到光线对称的照片。紧接着可以拍摄一组照片，光线就采用预置的角度，最好是ISO19794-5推荐的拍摄面部照片时的照明角度。拍摄一组照片时，可以逐步地向内或者向外改变照明角度，直到照片几乎不反光。这样就在最大限度地保证照片质量的情况下最大限度地减少了拍摄费用。

另一方面，本发明还涉及到通过照相机和半透明镜子来获取面部生物统计特征的方法，该方法包括如下的步骤：在人和照相机之间安装半透明镜子；调整半透明镜子，使得在半透明镜子面向人的这一面，照射到半透明镜子上的光线的光路平行于从半透明镜子反射回去的那一部分光线的光路。

再一方面，本发明还涉及到一种计算机程序产品，其包括由处理器执行的指令，以执行上述方法的步骤。

又一方面，本发明还涉及一个信号序列，当其保存在计算机中，它就解释为一个指令序列，当其在计算机上来执行时，就执行之前描述的方法。

下面借助附图对本发明的实施方式进行详细说明。其中：

附图说明

图1是本发明获取生物统计特征之设备的示意图；

图2是本发明获取生物统计特征之设备的示意图，其需要对矮小的人进行调整；

图3是本发明获取生物统计特征之设备的示意图，其需要对高大的人进行调整。

具体实施方式

在下面的各具体实施方式中相应或相同的元件采用同样的附图标记。

图1显示的是获取人物面部110的生物统计特征的设备100。设备100包含一台照相机102，用于获取生物统计特征，还有一个半透明镜子108。半透明镜子108放置在人和照相机102之间，在半透明镜子108面向人的这一边112上，照射到半透明镜子108上的光线的光路114平行于从半透明镜子反射回去的那一部分光线的光路116。

设备100还另外包含第一镜结构104和第二镜结构106，第二镜结构106安置在半透明镜子108背对人的那一面118。落在第二镜结构106穿过半透明镜子的光线部分120转向第一镜结构104，落在第一镜结构104，穿透的那一部分光线则反射到照相机102上。

照相机102固定朝下安装，因为可以减少灰尘进入照相机的透镜系统。第一镜结构104位于光路中，在上述情况中是一面180°双面旋转镜。第二镜结构106在这种情况下是一面90°旋转镜。镜子104和106可以是垂直的，最好是通过一个元器件来控制，如连接件124。

在拍摄人物Ｐ的虹膜或者面部照片时，沿着光路11、12、13和14来拍摄生物统计特征的照片。镜子106最好是精确地定位在人物的面部110的位置。现在，应该这样选择，不取决于面部110的垂直位置，长度11+12+13+14是一个恒定值。

拍摄时面部110总是与设备100保持相同的水平距离，这样镜子106移动的路程是镜子104移动的路程的两倍（12和14是恒定的）。

面部110的垂直位置和镜子106的位置可以确定很多不同的方式：可以利用设备上的光电传感器。它可以与镜子106连接，镜子106移动直到面部110刚好碰到光电传感器。还可以利用具有大视野的单独照相机，从照片中可以确定面部位置。另一种可能就是通过镜子106的运动实现大范围运动，分析由照相机102拍摄得到的视频。从视频中选择镜子106的最佳位置。

也有一种可能，镜子104自动移动到相对于镜子106的固定位置，人物面部110与照相机102之间的光学距离11+12+13+14就保持了预设值。镜子104行驶确定的距离14，就恒定保持长度11+12+13+14。面部110到镜子106的距离114可以通过很多不同的方式来确定：可以通过另外的照相机来进行三角测量，或者利用超声测量距离。也可以通过另外的带有大视野的照相机或者地面获取器来评价地面上的标记128。还有一种可能，针对规定的单位大小来调整面部大小，由此计算距离14。如果景深不大，也可以判断目标对焦。

ISO19794-5AnnexC建议了面部获取角度，拍摄面部照的人的下面应该打光。如果光源固定，不同高矮的人只能大概遵守这个角度。安装照明设备122来给人物打光就可以通过设备100来解决这个问题，照明设备122和镜子104具有一个连接件126。在移动镜子104时，可以自动控制照明设备122的照明行为。

比如可以在照明设备122上安装光源，它可以与镜子104的运动同步。另一种方案或者可以补充的是，照明设备122的多个光源由连接件126控制。这样，就可以自动选择光源，以保证面部110的光线处于最佳状态，以减少眼镜镜片上的反光。

总的来说，设备100通过单独的照相机102不移动重的部件就可以拍摄照片，这样成本不高，并且快速。当人与照相机之间的距离太小时，长焦拍摄系统可以褶合光路。因为ISO19794-5ClauseB.2.15建议使用90-130mm焦距（35mm照片）的更轻的摄远镜头，所以这一点就更显优势。使用“瞩目者（Eyecatcher）”可以更好地引导使用者，使用分离的照明控制系统可以拍摄到眼镜无反光的照片。

最好安装一个控制单元130，它利用信号组和计算机程序产品来控制处理器，这样就可以执行相应的评价，也就是执行程序。控制单元130比如可以电动控制镜子104和106的位置，另外也可以控制照明设备122的照明行为。连接件124和126由此也由控制单元130来控制。

图2用图形介绍了图1中的设备调整时的状态，它适合于拍摄矮小人员的生物统计特征。由此特别可以看出，在这个举例中人的身高为120ｃｍ。另外由此也可以看出，照相机和人的面部的光学距离应该总是保持280cm。为了满足ISO19794-5修正版“拍照最佳实践…”中关于使用轻型摄远镜头的建议，这个距离就特别合适。

如图2所示，另外还说明了人的面部与镜子106之间的距离一直保持80cm。另外，180度旋转双面镜104的镜页之间的光学距离的长度是12到40cm。当光学距离总长为280cm时，行程11和13的总数值为160cm。如果镜子106的位置调整到人物面部110的中间位置，当照相机102固定时，镜子104可能会移动，11的值就是120cm，13的值就会是40cm。

图3中人物的身高为200cm。相应地相对于图2，镜子106会向上移动很大位置，直到镜子106调整到人物面部110的中间位置。由于人很高，照相机在垂直方向看起来“更接近”面部，这样照相机不会移动。

这样，人物面部与镜子106之间的距离保持在80cm。照相机102和面部110之间的光学距离的理想长度是280cm，当照相机102固定时，可以移动镜子104，11的值为80cm，13的值同样为80cm。因此，如图2所示,照相机102获取到的人物面部110的大小是一样的。

原则上来说，镜子在镜子106的序列中，右镜104和左镜104可以越来越小。其原因在于，由于镜子和人物面部110之间的距离加大，出现在镜子上的面部图像越来越小。假设面部照片高度最大应该为40cm（也就是说面部直径为40cm），照相机上为0cm，镜子就可以在行程中成比例越来越小。这样，镜子106上最大的图像高度为28,5cm，右镜104上的最大的图像高度为23cm，左镜上的最大的图像高度为17cm。这里所说的高度只是确定了各个镜子上的最大图像高度，而不是镜子大小。考虑到，图2和图3中的镜子总是向输入轴倾斜45°，这样光线就可以转向90°，镜子高度总是用最大图像高度的值乘以2。

另外还需要提醒的是，原则上来说可以用移动照相机102来代替移动镜子104，或者是在移动照相机102的同时，另外还可以移动镜子104。原则上重要的是，照相机与人物面部之间的光路长度是恒定的，它不取决于镜子106的长度，也不取决于人物与镜子106之间的距离。

附图标记清单

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                 100   设备

                 102   相机

                 104   镜子

                 106   镜子

                 108   半透明镜子

                 110   脸部

                 112   侧面

                 114   光路

                 116   光路

                 118   侧面

                 120   光路

                 122   照明

                 124   连接件

                 126   连接件

                 128   标识

                 130   控制单元

Claims (9)

1.一种用于获取面部（110）生物统计特征的设备（100），其中，该设备（100）具有一个获取生物统计特征的照相机（102）以及一个半透明镜子（108）；其中，所述半透明镜子（108）设置在人和照相机（102）之间；其中，所述半透明镜子（108）是如此设置的，在所述半透明镜子面向人的一面（112），投射到所述半透明镜子的光束的光路与从所述半透明镜子反射回来的那部分光束的光路是平行的。

2.如权利要求1所述的设备（100），其进一步包含第一镜结构（104）和第二镜结构（106）；其中，所述第二镜结构（106）是如此设置的，其设置在所述半透明镜子（108）背对人的那一面（118），使得穿过所述半透明镜子（108）、落在所述第二镜结构（106）的光线转向所述第一镜结构（104）；其中，所述第一镜结构（104）是如此设置的，经转向落在所述第一镜结构（104）上的、那些穿过的光线则反射到照相机（102）上。

3.如权利要求2所述的设备（100），其中，所述第一镜结构（104）和/或所述第二镜结构（106）能够以平行于在所述第一镜结构（104）和第二镜结构（106）之间的、穿过所述半透明镜子（108）的光线的光路而移动。

4.如权利要求3所述的设备（100），其中，所述第一镜结构（104）和所述第二镜结构（106）具有第一连接件（124）；其中，该连接件（124）是如此设置的，当移动所述第二镜结构（106）时，所述第一镜结构（104）就自动移动，使得所述第二镜结构（106）与照相机（102）之间的光学距离保持恒定。

5.如权利要求3所述的设备（100），其中，所述第一镜结构（104）能够自动地移动到相对于所述第二镜结构（106）的固定位置，使得：

-人的面部（110）与照相机（102）之间的光学距离对应预设值；和/或

-为获取生物统计特征、照相机（102）所获取的面部图像的大小对应预设值。

6.如权利要求4或5所述的设备（100），其进一步包括给人物打光的照明设备（122）；其中，所述照明设备（122）和所述第一镜结构（104）具有第二连接件（126）；该第二连接件（126）是如此设置的，在移动所述第一镜结构（104）时，其能够自动地控制所述照明设备（122）的照明行为。

7.一种借助获取面部生物统计特征的照相机（102）和半透明镜子（110）来获取面部生物统计特征的方法，该方法包括如下的步骤：

-在人和照相机（102）之间安装半透明镜子（108）；

-调整半透明镜子（108），使得在半透明镜子（108）面向人的这一面上，照射到该半透明镜子上的光线的光路平行于从该半透明镜子反射回去的那一部分光线的光路。

8.一种计算机程序产品，其包括由处理器执行的指令，以执行如权利要求7所述方法的步骤。

9.一种信号序列，当其保存在计算机中，其解释为一个指令序列，当其在计算机上来执行时，其执行之前所述的方法。

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