CN103945093A - 基于arm平台人脸识别可见近红外一体摄像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于ARM平台人脸识别可见近红外一体摄像装置及方法，用于人脸识别的图像获取和补光，该装置包括：一个M12*0.5的近红外一体镜头、一个M12*0.5的可见光一体镜头、两个CMOS图像传感器Sensor、两个图像处理单元ISP（Image signal processing unit）、两个EEPROM存储器、电源管理模块、食人鱼近红外LED光源。采用本发明所述的图像获取装置和方法，能够显著提高人脸识别算法对光线的适应范围，而且基于ARM的移动运算平台，与该平台一起构成低成本移动人脸识别设备。

Description

基于ARM平台人脸识别可见近红外一体摄像装置及方法

技术领域

本发明专利涉及一种基于ARM平台人脸识别可见近红外一体摄像装置及方法，属于生物特征模式识别领域。 

背景技术

生物特征识别技术被国际社会公认为对21世纪人类社会带来革命性影响的十大关键性技术之一。生物特征识别技术是指通过运算单元利用人类自身的生理或行为特征进行身份认定的一种技术。生物特征包括指纹、虹膜、掌纹、人脸、声音、视网膜、DNA等生理特征，也包括签名的动作、行走的步态、击打键盘的力度等行为特征。在这所有的特征中人脸识别以其主动、方便、非接触和用户友好、用户接受度高等优点被世界各国广泛开发。 

人脸识别分为二维人脸识别和三维人脸识别，三维人脸以其算法复杂、运算量大、成本高昂等缺陷还没有办法达到实用化水平。二维人脸识别是基于动态或静态的平面图像的，即通过现有摄像机采集人脸图像，进行人脸检测、人眼定位和特征提取，然后再与已经建好的模板库照片进行比对，做出识别判断。现有的二维人脸识别又进一步细分为可见光人脸识别和近红外人脸识别，可见光人脸识别是以人脸灰度图像为基础的，而灰度图像容易受外界光线变化的影响，尤其是受阳光这个复杂的天然光源的有无、强弱影响而产生较大干扰，从而产生误识别或不识别的现象，可见光算法无法解决光照变化的影响。所以后来就有了近红外算法，用主动光源对抗被动光源，以抵消光线变化造成的一部分影响，得到了实际应用。此方法使人脸识别技术迅速普及。但是受限于成本高昂、可靠性得不到保证，还没有完全普及。现在ARM平台的手持设备不断增加，价格不断下降，而且其运算能力能够满足人脸识别算法需求， 市场上常见的摄像机一般都是单个成像装置，不是近红外摄像机，就是彩色可见光摄像机，没有彩色可见光摄像机及近红外黑白摄像机集成于一块线路板，而且将传感器Sensor一个水平放置，另外一个垂直放置。所以发明一种基于ARM平台人脸识别可见近红外一体摄像装置及方法已经迫在眉睫。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ARM运算平台的廉价的可靠的独特的可见近红外一体摄像机装置及方法。 

本发明提供的主要人脸识别装置包括：40颗大功率食人鱼近红外LED补光光源及成90度夹角的双CMOS传感器可见近红外摄像机成像装置，以及与双传感器摄像机配套的ARM平台人脸识别近红外人脸定位识别算法、可见光人脸定位算法。 

为了实现上述目标，大功率食人鱼近红外LED补光光源与成90度夹角的双CMOS传感器可见近红外摄像机成像装置必须置于同一水平面上，食人鱼近红外LED均匀的放置于成90度夹角的双CMOS传感器可见近红外摄像机成像装置的四周。大功率近红外LED补光光源是为了实现营造一个均匀的稳定的主动光照环境，以提高近红外人脸识别算法的光照适应范围。食人鱼封装的目的是营造一个长期均匀稳定的主动光照环境，以提高识别算法的光照时间适应范围，提高一次建模的使用时间。双90度夹角CMOS传感器可见近红外摄像机成像装置的目的是在长期均匀稳定主动光照环境下及同样的成像装置下面实现不同成像效果和ARM平台的处理速度。一般情况下人脸是长方形，且水平方向距离短，垂直方向距离长，为了获取更多的水平方向信息，近红外主传感器成90度夹角与可见光传感器放置。该装置应用于普通的ARM平台能够减少ARM的运算量，显著提高人脸识别算法对光线的适应范围，与ARM平台一块构成人脸识别产品，能够提高人脸的普及应用程度。 

附图说明： 

图1是可见近红外一体摄像机装置原理框图。

图2是双传感器可见近红外一体摄像机与食人鱼LED光源装置结构示意图。 

图中①电源管理模块，②两个EEPROM存储器，③两个图像处理单元ISP（Image signal processing unit），④两个CMOS 图像传感器Sensor，⑤一个M12*0.5的可见光镜头，⑥一个M12*0.5的近红外镜头，⑦食人鱼近红外LED光源。 

  

具体实施方式：

结合附图进行详细说明本发明的具体实施方式。

图1 是根据本发明的具体实施方式的可见近红外一体摄像机装置原理框图。 

双传感器可见近红外一体摄像机装置包括：一个M12*0.5的可见光镜头⑤、一个M12*0.5的近红外镜头⑥、两个CMOS 图像传感器Sensor④、两个图像处理单元ISP（Image signal processing unit）③、两个EEPROM存储器②、电源管理模块①、食人鱼近红外LED⑦光源。食人鱼近红外LED⑦光源发射指定波长的光，同时人眼又对此波长不敏感。两个CMOS 图像传感器Sensor④分别通过一个M12*0.5的可见光镜头⑤、一个M12*0.5的近红外镜头⑥，在食人鱼近红外LED⑦光源的照射下，分别映射正面的人脸图像信息，并将映射来的图像信息传输给两个图像处理单元ISP③，两个图像处理单元ISP③分别负责处理两个CMOS 图像传感器Sensor④传来的图像，并将处理后的视频信号转换成后续运算单元需要的视频输出格式。为了减小ARM单元的运算压力，近红外摄像机使用复合视频信号格式，可见光摄像机使用数字视频格式。两个EEPROM存储器②分别存储两个图像处理单元ISP③的配置参数，用于随意调整配置参数（如黑白、彩色模式、白平衡、亮度控制、增益控制）。两个CMOS 图像传感器Sensor④在绘制线路板之前就按照90度夹角的放置，以便于用同样的元器件，在同一光照环境下，形成两幅不同的可见近红外人脸照片。 

图2是根据本发明的具体实施方式的双传感器可见近红外一体摄像机与食人鱼LED光源装置结构示意图。分别将一个M12*0.5的可见光镜头⑤、一个M12*0.5的近红外镜头⑥、两个CMOS 图像传感器Sensor ④、两个图像处理单元ISP（Image signal processing unit）③、两个EEPROM存储器②、电源管理模块①集成到一块线路板，将若干大功率食人鱼近红外LED⑦集成到另外一块线路板上面，并将这两块电路板通过物理和电气连接做成一个整体。 

  通过以上具体的实施方法做成的实际产品，并配合ARM平台上面的可见光定位算法、近红外识别算法以及运算单元，能够显著提高人脸识别算法对光线适应范围，并且能够应用于ARM的移动运算平台，与该平台一起构成低成本移动人脸识别设备。 

Claims (5)

1.基于ARM平台人脸识别可见近红外一体摄像装置及方法，其特征在于，该装置包括：（1)放置在同一水平线位置上成90度夹角的双传感器摄像机模块，两传感器之间尽可能的靠近，使其尽可能成一点(2)若干大功率食人鱼近红外LED灯构成的补光光源，要与摄像机处于同一平面(3)人脸识别ARM平台单元，用于接收并识别可见近红外摄像机传来的视频信号，并分析是否有人脸以及人脸判断结果，并将判断结果进行输出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，近红外一体镜头能够过滤可见光，只通过食人鱼近红外LED光源发射波长的光，这样就能够从物理上滤除其他波段光的干扰，能够显著提高人脸识别算法对光线适应范围，用于近红外算法单元使用。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，可见光一体镜头能够过滤近红外光，只通过可见光，滤除食人鱼近红外LED光源发射波长的光，形成颜色鲜明的可视图像，用于彩色显示器彩色回显定位使用。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，ISP处理单元能够预先对图像做一部分处理，对近红外镜头垂直放置传感器传来的彩色格式的图像转成黑白信号，做边缘锐化处理，特定区域增强处理，以减轻处理单元的压力，提高处理单元速度，对可见光镜头水平放置传感器传来的彩色格式的图像做色彩校正、彩色复原、边缘锐化处理，特定区域增强处理等，依据ARM平台处理单元的配置，可见光使用CVBS模式复合视频输出格式、近红外使用USB的数字视频输出格式。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，食人鱼近红外LED光源，使用40颗大功率的食人鱼近红外LED，其特点是功率大、散热好、光衰小、寿命长、时间一致性好，使长时间光照环境均匀一致，能够显著提高人脸识别算法对光线适应范围。