CN106210471A - 一种室外面部识别方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了室外面部识别系统，属于生物识别技术领域，包括摄像头、补光灯板和面部识别模块；摄像头采用短焦距镜头，用于采集预定区域中的图像；补光灯用于对所述预定区域进行补光，补光灯的发光强度大于预定阈值；面部识别模块用于对图像进行面部识别。本发明实施例一方面通过提高补光灯的发光强度实现提高图像信噪比，另一方面采用了短焦距镜头的摄像头能够引导用户将面部靠近补光灯，从而提高面部受补光灯影响度进而提高图像信噪比，实现了即使是在室外强光下进行面部识别时，补光灯对面部的影响远远高于太阳光对面部的影响，提高了摄像头采集的图像的信噪比，进而提高了面部识别的准确率。

Description

一种室外面部识别方法和系统

技术领域

本发明涉及生物识别技术领域，尤其涉及一种室外面部识别方法和系统。

背景技术

面部识别技术融合计算机图像处理技术与生物统计学原理于一体，使用摄像机获取识别对象的面部视频，利用计算机图像处理技术从面部视频中提取面部特点，形成识别对象的面部特征，之后将面部特征与预先通过生物统计学算法建立的面部特征模板进行比对，根据比对结果得出身份鉴定结果。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有的面部识别技术存在以下问题：

首先，如何提高识别精准率是一个世界难题。其中，影响精准率的一个主要因素为光照。早期的解决方法主要是采用可见光主动补光，但是采用该方法的用户在进行面部识别时需要忍受补光灯产生的强光，因此带来较差的用户体验。后来出现了近红外主动补光，摄像头加装近红外滤光片，滤光片可以过滤大多数的人造光源(可见光)，只允许补光灯产生的光通过，同时近红外光对人眼是不可见的，因此无论是用户体验还是性能都得到了明显的提高。但是近红外主动补光的方法只在室内环境适用，因为室内光源的近红外成分小，面部成像的主要光源来源于补光灯。将近红外光源理解为信号，环境光源的近红外成分理解为噪声，室内成像时信噪比很高，环境光源不会干扰面部的成像。而室外强光下使用时由于太阳中含有近红外成分，因此成像的信噪比很低，太阳入射角度不同面部成像会产生很大的变化，使得现有技术中绝大多数经典的面部识别算法(例如PCA、LDA、LPP等)的准确率都会非常低，甚至完全失效。

第二，现有的面部识别装置无法准确定位面部的抓拍位置，为获得符合识别要求的面部图像，需要不断调整头部与摄像头之间的位置，延长了面部识别抓拍识别面部的时间，降低了用户的工作效率，极大地影响了用户的良好体验。

第三，当面部识别装置未进行面部识别任务时，红外补光灯也一直处于工作状态，这极大的缩短了补光灯使用寿命和补光质量，也增大了面部识别装置的功耗。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种通过调节红外补光灯的光照强度以提高拍摄图像的信噪比，从而提高面部识别计算的准确率的技术方案。

为了实现所述目的，提供了一种室外面部识别系统，包括：摄像头、补光灯板和面部识别模块；所述摄像头，采用短焦距镜头，用于采集预定区域中的图像；所述补光灯，用于对所述预定区域进行补光，所述补光灯的发光强度大于预定阈值；所述面部识别模块，用于对所述图像进行面部识别。

本发明实施例一方面通过提高补光灯的发光强度实现提高图像信噪比，另一方面采用了短焦距镜头的摄像头能够引导用户将面部靠近补光灯，从而提高面部受补光灯影响度进而提高图像信噪比，实现了即使是在室外强光下进行面部识别时，补光灯对面部的影响远远高于太阳光对面部的影响，提高了摄像头采集的图像的信噪比，进而提高了面部识别的准确率。

进一步，所述的室外面部识别系统，还包括：运动检测模块、环境光强度获取模块、补光匹配模块，补光灯调节模块。所述摄像头采集预定区域中的图像；所述运动检测模块对所述图像进行检测以确定所述图像中是否包含运动对象，若是，则向所述环境光强度获取模块发送指令；所述环境光强度获取模块在接收到所述指令后根据所述图像的曝光值和增益值来获取环境光强度，并发送给所述补光匹配模块；所述补光匹配模块中预设有所述环境光强度与补光强度的对应关系，所述补光匹配模块在接收到所述环境光强度后，根据所述对应关系获得与所述环境光强度相对应的补光强度，实现对所述预定区域的亮度进行调节，所述补光灯调节模块根据所述补光强度来调节补光灯的发光强度。

采用上述进一步的有益效果是：当补光灯的发光强度只要足够大时虽然能够提高采集的图像的信噪比，解决现有的面部识别在室外强光下由于信噪比低而来带的识别精准率不高的问题。然而，当补光灯无论在是否有面部需要识别的情况下以及是否是室外光强的环境下都持续发强光，一方面会造成能源的浪费，另一方面持续发强光产生的高温热量会引起其他部件的损害，因此，能够根据环境光强度对补光灯的发光强度进行调节，能够节约能源并且延长系统的使用寿命。

进一步，所述的室外面部识别系统，还包括：曝光增益控制模块，所述曝光增益控制模块获取所述图像的图像参考亮度并基于所述图像参考亮度来调节所述摄像头的所述曝光值和所述增益值。

进一步，所述的室外面部识别系统，所述曝光增益控制模块包括：图像参考亮度获取单元，用于获取所述图像的图像参考亮度；判断单元，用于判断所述图像参考亮度是否落入预设的目标区间，若否，则将所述图像参考亮度代入变步长控制算法进行计算，得到曝光调整步长和增益调整步长；若是，则停止对摄像头的曝光值和增益值的调整；曝光增益调整单元，根据所述曝光调整步长调整所述摄像头的所述曝光值，根据所述增益调整步长调整所述摄像头的所述增益值。

进一步，所述的室外面部识别系统，所述图像参考亮度获取单元，用于采用下述方式获取所述图像的图像参考亮度：选取当前所述图像中象素亮度值较大的前10％的象素；计算选取的像素的平均亮度值；将所述平均亮度值作为当前图像的图像参考亮度。

进一步，所述的室外面部识别系统，所述变步长控制算法为：根据式(1)计算当前图像参考亮度和目标参考亮度的差值；

ΔY＝Y_curr-Y_targ (1)；

根据式(2)确定曝光调整步长或增益调整步长所对应的值；

$\mathrm{\Δ}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{V}{64}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[1,8)\\ \frac{V}{32}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[8,16)\\ \frac{V}{8}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[16,32)\\ \frac{V}{4}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[32,64)\\ \frac{V}{2}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[64,256)\end{array}\right.---\left(2\right);$

其中，ΔY表示差值，Y_curr表示当前图像参考亮度，Y_targ表示预设的目标参考亮度；Δ表示曝光调整步长或增益调整步长，V表示当前摄像头的曝光值或增益值。

进一步，所述的室外面部识别系统，所述环境光强度获取模块，用于获取摄像头的曝光值和增益值，基于曝光值和增益值与环境光强度的表征关系，得到环境光强度；所述曝光值和增益值与环境光强度的表征关系为：I_env＝(exp+gain)/2exp,gain∈[0,1]

其中，I_env表示环境光强度，exp表示曝光值，gain表示增益值，

exp,gain∈[0,1]表示将曝光值和增益值归一化到[0,1]区间。

进一步，所述的室外面部识别系统，所述运动检测模块采用下述方式探测图像中是否包含运动对象：计算当前帧图像与上一帧图像的差分，当所述差分大于预定阈值时，判断存在运动，当所述差分不大于预定阈值时，判断不存在运动。

进一步，所述的室外面部识别系统，还包括：图像矫正模块，所述图像矫正模块采用球面模型矫正算法对图像进行矫正；所述球面模型矫正算法包括：根据式(3)对图像的原象素点S₂的坐标(x0,y0)进行计算，得到图像的矫正象素点S₁的坐标(x1,y1)；

$x1=ftan\left(2asin\right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)cos\left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)$

$y1=ftan\left(2asin\right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)\sin \left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)---\left(3\right)$

其中，O为一球的球心，P为非畸平面，S为空间中的一点；f为所述球的半径，Q为所述球与所述非畸平面P的焦点；S₀为所述空间中的一点S在所述球的球面的投影；S₁为线段SS₀与平面P的焦点；S₂为所述投影S₀在所述非畸平面P上的投影；β为线段QS₁与水平方向的夹角；α为线段OS与线段OQ的夹角。

采用上述进一步的有益效果是：短焦距镜头的摄像头能够引导用户在使用时，将面部靠近摄像头，从而实现靠近补光灯，增加补光灯对面部的影响。然而短焦距镜头可能会使得采集的图像发送扭曲，上述的图像矫正模块能够对短焦距镜头的摄像头所采集的图像进行矫正，防止当图像扭曲时影响识别的准确率。

进一步，所述的室外面部识别系统，还包括模式转换模块，当所述运动检测模块在检测到所述图像中包含运动对象时，向所述模式转换模块发送启动识别模式指令；在检测到所述图像中不包含运动对象时，向所述模式转换模块发送启动探测模式指令；所述模式转换模块根据接收到的所述启动识别模式指令或所述启动探测模式指令分别向所述补光匹配模块发送补光匹配指令或向补光灯调节模块发送启动低功耗指令；所述补光灯调节模块根据所述启动低功耗指令将补光灯的发光强度调节到低功耗状态。

进一步，所述的室外面部识别系统，还包括能对所述图像中运动对象的面部进行面部识别的面部识别模块，其中，所述模式转换模块在接收到启动识别模式指令后，向面部识别模块发送启动识别指令。

进一步，所述的室外面部识别系统，所述面部识别模块包括：特征提取单元，用于通过面部识别算法对图像进行特征提取，得到运动对象的面部特性信息；特征匹配单元，将所述面部特性信息在预存的特征数据库中进行匹配，若找到与所述面部特性信息相似度达到预定相似度阈值的面部特征模板，则匹配成功，否则，匹配失败。

进一步，所述的室外面部识别系统，还包括：位置检测模块，所述位置检测模块在所述图像中包含运动对象时，检测所述运动对象的面部是否位于所述图像的正中且所述面部尺寸满足预设范围；若是，则发出位置正确指示；若否，则发出位置错误指示。

进一步，所述的室外面部识别系统，还包括：提示模块和通信模块；所述提示模块对所述位置正确或所述位置错误的状态进行提示；所述通信模块将所述面部识别模块的识别结果和运动对象的面部图像发送到预定服务器或终端，还用于接收所述预定服务器或终端所发送的控制指令；环境摄像头，用于在用户注册时，抓拍当前用户的可见光面部图像。

进一步，所述的一种室外面部识别系统，所述补光灯采用脉冲驱动；所述脉冲的宽度大于所述摄像机的曝光时间的最大值。

采用上述进一步的有益效果是：补光灯采用脉冲驱动，且脉冲与摄像机的曝光同步，能够实现图像曝光期间补光灯点亮，其余时间补光灯熄灭，进而实现低功耗。

根据本发明的另一方面，提供了一种室外面部识别方法，采用短焦距镜头的摄像头采集预定区域中的图像；采用发光强度大于预定阈值的补光灯对所述预定区域进行补光；对所述图像进行面部识别。

本发明实施例一方面通过提高补光灯的发光强度实现提高图像信噪比，另一方面采用了短焦距镜头的摄像头能够引导用户将面部靠近补光灯，从而提高面部受补光灯影响度进而提高图像信噪比，实现了即使是在室外强光下进行面部识别时，补光灯对面部的影响远远高于太阳光对面部的影响，提高了摄像头采集的图像的信噪比，进而提高了面部识别的准确率。

进一步，所述的室外面部识别方法，在所述采用短焦距镜头的摄像头采集预定区域中的图像之后，还包括：检测所述图像是否包含运动对象，若是，则根据所述图像的曝光值和增益值获取环境光强度；基于预设的所述环境光强度与补光强度的对应关系得到与所述环境光强度相对应的补光强度，根据所述补光强度调节补光灯的发光强度。

采用上述进一步的有益效果是：当补光灯的发光强度只要足够大时虽然能够提高采集的图像的信噪比，解决现有的面部识别在室外强光下由于信噪比低而来带的识别精准率不高的问题。然而，当补光灯无论在是否有面部需要识别的情况下以及是否是室外光强的环境下都持续发强光，一方面会造成能源的浪费，另一方面持续发强光产生的高温热量会引起其他部件的损害，因此，能够根据环境光强度对补光灯的发光强度进行调节，能够节约能源并且延长系统的使用寿命。

进一步，所述的室外面部识别方法，在所述根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度之前，还包括：获取所述图像的图像参考亮度，并基于所述图像参考亮度调节所述摄像头的所述曝光值和所述增益值。

进一步，所述的室外面部识别方法，所述获取所述图像的图像参考亮度并基于该图像参考亮度调节摄像头的曝光值和增益值包括：获取所述图像的图像参考亮度；判断所述图像参考亮度是否落入预设的目标区间，若否，则将图像参考亮度代入变步长控制算法进行计算，得到曝光调整步长和增益调整步长，并根据所述曝光调整步长调整所述摄像头的所述曝光值，根据所述增益调整步长调整所述摄像头的所述增益值；若是，则停止对所述摄像头的所述曝光值和所述增益值的调整。

进一步，所述的室外面部识别方法，所述获取所述图像的图像参考亮度包括：选取当前所述图像中象素亮度值较大的前10％的象素；计算选取的像素的平均亮度值；将所述平均亮度值作为当前图像的图像参考亮度。

进一步，所述的室外面部识别方法，所述变步长控制算法为：根据式(1)计算当前图像参考亮度和目标参考亮度的差值；

ΔY＝Y_curr-Y_targ (1)；

根据式(2)确定曝光调整步长或增益调整步长所对应的值；

$\mathrm{\Δ}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{V}{64}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[1,8)\\ \frac{V}{32}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[8,16)\\ \frac{V}{8}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[16,32)\\ \frac{V}{4}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[32,64)\\ \frac{V}{2}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[64,256)\end{array}\right.---\left(2\right);$

其中，ΔY表示差值，Y_curr表示当前图像参考亮度，Y_targ表示预设的目标参考亮度；Δ表示曝光调整步长或增益调整步长，V表示当前摄像头的曝光值或增益值。

进一步，所述的室外面部识别方法，所述根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度包括：获取摄像头的曝光值和增益值；基于曝光值和增益值与环境光强度的表征关系，得到环境光强度；所述曝光值和增益值与环境光强度的表征关系为：

I_env＝(exp+gain)/2exp,gain∈[0,1]

其中，I_env表示环境光强度，exp表示曝光值，gain表示增益值，

exp,gain∈[0,1]表示将曝光值和增益值归一化到[0,1]区间。

进一步，所述的室外面部识别方法，所述探测图像中是否包含运动对象包括：计算当前帧与上一帧的差分，当所述差分大于预定阈值时，判断存在运动，当所述差分不大于预定阈值时，判断不存在运动。

进一步，所述的室外面部识别方法，在所述根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度之前，还包括采用球面模型矫正算法对图像进行矫正；

所述球面模型矫正算法包括：

根据式(3)对图像的原象素点S₂的坐标(x0,y0)进行计算，得到图像的矫正象素点S₁的坐标(x1,y1)；

$x1=ftan\left(2asin\right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)cos\left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)$

$y1=ftan\left(2asin\right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)\sin \left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)---\left(3\right)$

其中，O为一球的球心，P为非畸平面，S为空间中的一点；f为所述球的半径，Q为所述球与所述非畸平面P的焦点；S₀为所述空间中的一点S在所述球的球面的投影；S₁为线段SS₀与平面P的焦点；S₂为所述投影S₀在所述非畸平面P上的投影；β为线段QS₁与水平方向的夹角；α为线段OS与线段OQ的夹角。

采用上述进一步的有益效果是：短焦距镜头的摄像头能够引导用户在使用时，将面部靠近摄像头，从而实现靠近补光灯，增加补光灯对面部的影响。然而短焦距镜头可能会使得采集的图像发送扭曲，上述的图像矫正模块能够对短焦距镜头的摄像头所采集的图像进行矫正，防止当图像扭曲时影响识别的准确率。

进一步，所述的室外面部识别方法，当探测到图像中包含运动对象时，则根据环境光强度与补光强度的对应关系得到与所述环境光强度相对应的补光强度；当探测到图像中不包含运动对象时，将补光灯的发光强度调节到低功耗状态。

进一步，所述的室外面部识别方法，还包括：当探测到所述图像中包含运动对象时，对所述图像中的运动对象进行面部识别。

进一步，所述的室外面部识别方法，所述对所述图像进行面部识别包括：用于通过面部识别算法对所述图像进行特征提取，得到运动对象的面部特性信息；将所述面部特性信息在预存的特征数据库中进行匹配，若找到与所述面部特性信息相似度达到预定相似度阈值的面部特征模板，则匹配成功，否则，匹配失败。

进一步，所述的室外面部识别方法，在所述对图像进行面部识别之前，还包括：检测图像中所述运动对象的面部是否位于图像的正中且面部尺寸满足预设范围，若是，则发出位置正确指示，若否，则发出位置错误指示。

进一步，所述的室外面部识别方法，还包括：通过指示灯、播音器、显示器中的一个或多个提示位置正确或位置错误的状态；在所述对图像进行面部识别之后，还包括：将所述识别结果和运动对象的面部图像发送到预定服务器或终端；和/或接收所述预定服务器或终端所发送的控制指令；在用户注册时，通过环境摄像头抓拍当前用户的可见光面部图像。

进一步，所述的室外面部识别方法，所述补光灯采用脉冲驱动；所述脉冲的宽度大于所述摄像机的曝光时间的最大值。

采用上述进一步的有益效果是：补光灯采用脉冲驱动，且脉冲与摄像机的曝光同步，能够实现图像曝光期间补光灯点亮，其余时间补光灯熄灭，进而实现低功耗。

附图说明

图1为发明人在实施本发明的过程中测量所得补光灯的补光强度随距离变化的数据统计图；

图2为本发明第二实施方式中室外面部识别系统的模块关系示意图；

图3为本发明第三实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图；

图4为本发明第四实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图；

图5为本发明第五实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图；

图6为本发明第五实施方式中，球面模型矫正算法原理示意图；

图6a为球面模型示意图，图6b为图像平面示意图；

图7为本发明第六实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图；

图8为本发明第七实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图；

图9为本发明第七实施方式中面部识别模块的模块关系示意图；

图10为本发明第八实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

第一实施方式

图1为发明人在实施本发明的过程中测量所得补光灯的补光强度随距离变化的数据统计图。

需要说明的是，在实验中，发明人选用功率为36W、补光波段为940nm的红外灯作为补光灯，通过加装940nm波段带通滤光片的红外光功率计测得补光灯板的光功率。加装滤光片的目的是：保证红外光功率计测得的是指定波段的光功率。

如图1所示，纵坐标表示的是红外光功率计测得补光灯板的光功率，横坐标表示的是红外光功率计与补光灯板的距离。从图1中可以看出，距离补光灯板10cm处测得的光功率是距离补光灯板100cm处测得的光功率的10倍以上。

另外，用相同的加装940nm波段带通滤光片的红外光功率计测得室外最强太阳光下940nm波段的光功率大约为16W/m2，图1中距离补光灯板10cm处测得的光功率为70W/m2，16W/m2远小于70W/m2。因此，当面部距离补光灯板10cm时，面部成像的主要光源来源于补光灯，太阳光的影响基本可以忽略。由此可得，只要保证足够的补光强度，并且尽量减小面部与补光灯的距离，便能够在室外强光下提高面部识别的图像信噪比，进而提高面部识别的效率和准确率。

基于上述图1的实验原理，本发明的第一实施方式中，提出了一种室外面部识别系统，包括摄像头、补光灯和面部识别模块。其中面部识别模块采用现有技术中的面部识别模块，用于对所述图像进行面部识别。摄像头设置于设有补光灯的补光灯板上。

摄像头，采用短焦距镜头，用于采集预定区域中的图像。短焦距镜头，即广角镜头，它的水平视角一般大于30度，由于镜头的视角较宽，可以包容的景物场面较大，因此能够实现当面部距离摄像头较近时，依然能够获取面部的完整图像。本发明的摄像头的焦距范围在1毫米—4毫米，优选的，采用焦距范围为2.1毫米—3毫米的短焦距镜头。

补光灯，用于对所述预定区域进行补光，所述补光灯的发光强度大于预定阈值。本发明实施例中的补光灯设置于补光灯板上，补光灯的发光强度大于预定阈值指的是当采用红外光功率计测量补光灯时，每平方米补光灯测得的光功率不低于30瓦。补光灯可以采用波段在850mm-940mm之间的红外灯，补光灯的数量可根据补光灯的功率变化。需要说明的是，补光灯的数量越多，每个补光灯的功率越大，整个补光灯板的发光强度就越大，从而摄像头采集的图像的信噪比越高。然而考虑到节能、使用寿命以及成本的需要，本发明给出以下几种实施方式：当采用每颗功率在300—400毫瓦之间的补光灯时，补光灯的数量在100颗-200颗，优选的为120颗-200颗，更优选的为150颗-200颗。当采用每颗功率在1.5—2瓦之间的补光灯时，补光灯的数量在20颗-80颗，优选的为40颗-80颗，更优选的为60颗-80颗。

现有技术中，由于没有研究过补光灯距离面部的远近以及补光灯的发光强度对呈像的影响，一般采用的数量在4颗以内，单颗功率为300—400毫瓦的补光灯，采用的摄像头为焦距范围在5毫米—6毫米的长焦距镜头。当摄像头对面部识别时，尤其是在室外强光下进行面部识别时，由于补光的灯的发光强度较低，且面部距离补光灯较远，面部的成像光源主要来源与太阳光，由于太阳中含有近红外成分，且太阳入射角度不同面部成像会产生很大的变化，使得摄像头采集的图像的信噪比很低，严重影响了面部识别的准确率。

本发明实施例一方面通过提高补光灯的发光强度实现提高图像信噪比，另一方面采用了短焦距镜头的摄像头能够引导用户将面部靠近补光灯(由于摄像头设置在补光灯板上，靠近摄像头也就靠近了补光灯)，从而提高面部受补光灯影响度进而提高图像信噪比，实现了即使是在室外强光下进行面部识别时，补光灯对面部的影响远远高于太阳光对面部的影响，提高了摄像头采集的图像的信噪比，进而提高了面部识别的准确率。

第二实施方式

图2为本发明第二实施方式中室外面部识别系统的模块关系示意图。

如图2所示，在第一实施方式的基础上，本实施方式中的室外面部识别系统还包括：中央处理装置。中央处理装置为集成电路或超大规模的集成电路，能够解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。中央处理装置包括：运动检测模块、环境光强度获取模块、补光匹配模块和补光灯调节模块。

其中，运动检测模块，用于探测图像是否包含运动对象，若是，则向环境光强度获取模块和补光匹配模块发送匹配指令。具体的，运动对象为运动的面部图像。其中，探测图像是否存在运动可以采用现有的运动探测算法：计算当前帧图像与上一帧图像的差分，当所述差分大于预定阈值时，判断存在运动，当所述差分不大于预定阈值时，判断不存在运动。

环境光强度获取模块，用于在接收到匹配指令后根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度，并将所述环境光强度发送给补光匹配模块。曝光值和增益值分别存储于摄像头的曝光寄存器和增益寄存器中，当环境光强度获取模块在接收到匹配指令后，从寄存器中获取的曝光值和增益值即为当前图像的曝光值和增益值。具体的，环境光强度获取模块从曝光寄存器和增益寄存器中获取到当前的曝光值和增益值后，基于曝光值和增益值与环境光强度的表征关系，得到环境光强度。所述曝光值和增益值与环境光强度的表征关系为：I_env＝(exp+gain)/2exp,gain∈[0,1]。其中，I_env表示环境光强度，exp表示曝光值，gain表示增益值，exp,gain∈[0,1]表示将曝光值和增益值归一化到[0,1]区间。

补光匹配模块，用于在接收到匹配指令后，根据环境光强度与补光强度的对应关系得到与所述环境光强度相对应的补光强度。其中，环境光强度与补光强度的对应关系为预先设定，存储于关系对应表中。每个环境光强度都有与之对应的补光强度。补光匹配模块在接收到匹配指令后，在所述关系对应表中进行检索匹配，以找到与环境光强度相对应的补光强度，并将所述补光强度发送至补光灯调节模块。

补光灯调节模块，用于根据所述补光强度调节补光灯的发光强度。补光灯板由120-150颗不同发光功率，波段在850mm-940mm之间的红外灯组成，并呈矩形排列，每颗红外灯连接到补光灯调节模块，补光灯调节模块通过改变输入每个红外灯的电流和/或电压大小实现对红外灯发光强度的调节。

本实施例的有益效果：通过运动检测模块确认图像中是否存在运动的面部。当存在时，说明有待识别的面部，此时根据环境光强度对补光灯的发光强度进行调节，提高摄像头所图像的信噪比，从而解决现有的面部识别在室外强光下由于信噪比低而来带的识别精准率不高的问题。

第三实施方式

图3为本发明第三实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图。

如图3所示，在第二实施方式的基础上，本实施方式还包括：曝光增益控制模块，用于获取图像的图像参考亮度并基于该图像参考亮度调节摄像头的曝光值和增益值。具体的，曝光增益控制模块通过图像的图像参考亮度是否落入预设的目标区间而判断是否需要对摄像头的曝光值和增益值进行调整，如果图像参考亮度落入预设的目标区间，则不需要调整摄像头的曝光值和增益值，如果图像参考亮度没有落入预设的目标区间，则基于该图像参考亮度调节摄像头的曝光值和增益值。

第四实施方式

图4为本发明第四实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图。

如图4所示，在第三实施方式的基础上，本实施方式中曝光增益控制模块包括：图像参考亮度获取单元、判断单元和曝光增益调整单元。

其中，图像参考亮度获取单元，用于获取图像的图像参考亮度。图像参考亮度即为当前图像的亮度，现有技术中，通常采用将当前图像的所有像素点亮度的平均值作为当前图像的图像参考亮度。本实施例中可以采用现有技术中图像参考亮度的计算方法，也可以采用下述方式获取图像的图像参考亮度：选取当前图像中象素亮度值较大的前10％的象素；计算选取的像素的平均亮度值；将所述平均亮度值作为当前图像的图像参考亮度。

判断单元，用于判断所述图像参考亮度是否落入预设的目标区间，若否，则将所述图像参考亮度代入变步长控制算法进行计算，得到曝光调整步长和增益调整步长；若是，则停止对摄像头的曝光值和增益值的调整。预设的目标区间由预设的目标参考亮度决定，例如，目标参考亮度为Y_targ，则目标区间为[Y_targ-5,Y_targ+5]。

曝光增益调整单元，根据曝光调整步长调整摄像头的曝光值，根据增益调整步长调整摄像头的增益值。具体的，当得到曝光调整步长后，根据曝光调整步长对摄像头中的曝光寄存器中的曝光值进行更改，当得到增益调整步长后，根据增益调整步长对摄像头中的增益寄存器中的增益值进行更改。

所述判断单元中，变步长控制算法为：

根据式(1)计算当前图像参考亮度和目标参考亮度的差值；

ΔY＝Y_curr-Y_targ (1)；

根据式(2)确定曝光调整步长或增益调整步长所对应的值；具体的，根据式(2)确定所述差值所在的区间，并确定所述差值所在的区间与曝光调整步长或增益调整步长所对应的值。

$\mathrm{\Δ}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{V}{64}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[1,8)\\ \frac{V}{32}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[8,16)\\ \frac{V}{8}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[16,32)\\ \frac{V}{4}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[32,64)\\ \frac{V}{2}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[64,256)\end{array}\right.---\left(2\right);$

其中，ΔY表示差值，Y_curr表示当前图像参考亮度，Y_targ表示预设的目标参考亮度；Δ表示曝光调整步长或增益调整步长，V表示当前摄像头寄存器中的曝光值或增益值。

以下以具体实例说明通过变步长控制算法对曝光值和增益值进行调整，以调整曝光值为例，调整增益值也是一样的。

假设当前图像的参考亮度为210，当前摄像头寄存器中的曝光值为1500；预设目标参考亮度为120，目标区间为[115,125]。

步骤S1.根据式(1)计算ΔY＝210-120＝90；

步骤S2.根据式(2)可以查到当ΔY＝90，即ΔY∈[64,256)时，得到曝光调整步长Δ＝1500/2＝750；

步骤S3.根据得到的曝光调整步长750将当前摄像头寄存器中的曝光值改写为750＝1500-750。需要说明的是，当寄存器中的曝光值调整后，摄像机获取的图像的图像参考亮度相应发生改变；

步骤S4.判断调整后的图像参考亮度是否落在目标区间内，若是，则停止调整，否则，转到步骤S1。

第五实施方式

图5为本发明第五实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图。

如图5所示，在上述任一实施方式的基础上，本实施方式还包括：图像矫正模块，采用球面模型矫正算法对图像进行矫正，并将矫正后的图像分别发送到所述运动检测模块和/或所述曝光增益控制模块。具体的，当本实施例为基于第二实施方式的改进时，在对图像进行矫正后，将矫正后的图像发送到所述运动检测模块，当本实施例为基于第三实施方式的改进时，在对图像进行矫正后，将矫正后的图像分别发送到所述运动检测模块和所述曝光增益控制模块。

其中，球面模型矫正算法为：

根据式(3)对图像的原象素点S₂的坐标(x0,y0)进行计算，得到图像的矫正象素点S₁的坐标(x1,y1)；

$x1=ftan\left(2asin\right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)cos\left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)$

$y1=ftan\left(2asin\right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)\sin \left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)---\left(3\right)$

其中，O为一球的球心，P为非畸平面，S为空间中的一点；f为所述球的半径，Q为所述球与所述非畸平面P的焦点；S₀为所述空间中的一点S在所述球的球面的投影；S₁为线段SS₀与平面P的焦点；S₂为所述投影S₀在所述非畸平面P上的投影；β为线段QS₁与水平方向的夹角；α为线段OS与线段OQ的夹角。

图6为本发明第五实施方式中，球面模型矫正算法原理示意图。其中，图6a为球面模型示意图，图6b为图像平面示意图。

如图6a所示，球心为O，球的半径为f，该球与非畸平面P交于点Q，空间中的一点S在球面的投影为S₀，线段SS₀与平面P交于S₁，S₀在平面P上的投影为S₂，线段OS与线段OQ的夹角为α。

如图6b所示，S₂为原象素点，S₁为位置校正后的象素点，设S₂的图像坐标为(x0,y0),S₁的图像坐标为(x1,y1),QS₂＝L0，QS₁＝L1，QS₁与水平方向的夹角为β。

为了简化计算假设QS0＝QS2。由图6a可得：

$tan\mathrm{\α}=\frac{L1}{f}---\left(4\right)$

$sin\frac{\mathrm{\α}}{2}=\frac{L0}{2f}---\left(5\right)$

联立(4)式和(5)式可得：

$L1=ftan\left(2asin\right(\frac{L0}{2f}\left)\right)---\left(6\right)$

其中

由图6b可得：

$\mathrm{\β}=atan\left(\frac{y0}{x0}\right)---\left(7\right)$

校正后的像素S₁(x1,y1)坐标为：

x1＝L1cosβ (8)

y1＝L1sinβ (9)

第六实施方式

图7为本发明第六实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图。

如图7所示，在第二实施方式的基础上，本实施方式还包括：模式转换模块。

运动检测模块的输出端连接模式转换模块的输入端，模式转换模块的输出端分别连接补光灯匹配模块的输入端和补光灯调节模块的输入端。

当运动检测模块探测到图像中包含运动对象时，运动检测模块向模式转换模块发送启动识别模式指令；模式转换模块在根据接收到的启动识别模式指令后，根据启动识别模式指令，向补光匹配模块发送匹配指令；补光匹配模块在接收到匹配指令后，根据环境光强度与补光强度的对应关系得到与所述环境光强度相对应的补光强度。

当运动检测模块在检测到所述图像中不包含运动对象时，运动检测模块向模式转换模块发送启动探测模式指令，模式转换模块接收到启动探测模式指令后，向补光灯调节模块发送启动低功耗指令；补光灯调节模块在接收到启动低功耗指令后，将补光灯的发光强度调节到低功耗状态。

第七实施方式

图8为本发明第七实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图。

如图8所示，在第六实施方式的基础上，本实施方式还包括面部识别模块，该面部识别模块的输入端连接模式转换模块的输出端。模式转换模块在接收到启动识别模式指令后，向面部识别模块发送启动识别指令，面部识别模块能对图像进行面部识别。

图9为本发明第七实施方式中面部识别模块的模块关系示意图。

如图9所示，面部识别模块包括特征提取单元和特征匹配单元。特征提取单元通过面部识别算法对图像进行特征提取，得到运动对象的面部特性信息。特征匹配单元将所述面部特性信息在预存的特征数据库中进行匹配，若找到与所述面部特性信息相似度达到预定相似度阈值的面部特征模板，则匹配成功，否则，匹配失败。

第八实施方式

图10为本发明第八实施方式室外面部识别系统的模块关系示意图。如图10所示，在上述任一实施方式的基础上，本实施方式中室外面部识别系统，还包括位置检测模块。

当运动检测模块探测到图像包含运动对象时，向位置检测模块发送启动位置检测指令，位置检测模块接收到启动位置检测指令后，检测图像中面部是否位于图像的正中且面部尺寸满足预设范围，若是，则发出位置正确指示，若否，则发出位置错误指示。

第九实施方式

在第八实施方式的基础上，本实施方式中室外面部识别系统，还包括：提示模块、通信模块、环境摄像头中的一个或多个。

其中，提示模块用于提示位置正确或位置错误的状态，提示模块采用指示灯、播音器、显示器中的一个或多个。

通信模块，用于将所述面部识别模块的识别结果和运动对象的面部图像发送到预定服务器或终端，还用于接收所述预定服务器或终端所发送的控制指令；所述通信模块采用GPRS模块或WIFI模块。当本发明实施例室外面部识别系统用于门禁系统时，可以配合客户端软件可以远程查询进出记录。当本发明实施例室外面部识别系统用于考勤系统时，可以将考勤记录发送到远程服务器，配合客户端软件可以查询考勤记录。

环境摄像头，用于在用户注册时，抓拍当前用户的可见光面部图像，并将该图像通过通信模块发送到远程的客户端或服务器中。

第十实施方式

本发明第十实施方式提供的室外面部识别方法包括以下步骤：

步骤S002，采用短焦距镜头的摄像头采集预定区域中的图像；

步骤S004，采用发光强度大于预定阈值的补光灯对所述预定区域进行补光；

步骤S006，对所述图像进行面部识别。对图像进行识别可以采用现有技术中常用的面部识别技术。

第十一实施方式

在第十实施方式的基础上，在所述采用短焦距镜头的摄像头采集预定区域中的图像之后还包括：

步骤S003，检测所述图像是否包含运动对象，若是，则根据所述图像的曝光值和增益值获取环境光强度；具体的，运动对象为运动的面部图像。其中，探测图像是否存在运动可以采用现有的运动探测算法：计算当前帧图像与上一帧图像的差分，当所述差分大于预定阈值时，判断存在运动，当所述差分不大于预定阈值时，判断不存在运动。曝光值和增益值分别存储于摄像头的曝光寄存器和增益寄存器中，当探测图像包含运动对象，从寄存器中获取的曝光值和增益值即为当前图像的曝光值和增益值，之后，根据曝光值和增益值与环境光强度的表征关系得到环境光强度。其中，所述曝光值和增益值与环境光强度的表征关系为：I_env＝(exp+gain)/2exp,gain∈[0,1]。其中，I_env表示环境光强度，exp表示曝光值，gain表示增益值，exp,gain∈[0,1]表示将曝光值和增益值归一化到[0,1]区间。

步骤S004具体为：基于预设的所述环境光强度与补光强度的对应关系得到与所述环境光强度相对应的补光强度；根据所述补光强度来调节所述补光灯的发光强度。其中，环境光强度与补光强度的对应关系为预先设定，存储于关系对应表中。每个环境光强度都有与之对应的补光强度。因此，在得到环境光强度后，能够从关系对应表中找到与当前的环境光强度对应的补光强度。之后，根据得到的补光强度改变输入每个红外灯的电流和/或电压大小，从而实现对红外灯发光强度的调节

本实施例的有益效果：通过运动检测模块确认图像中是否存在运动的面部。当存在时，说明有待识别的面部，此时根据环境光强度对补光灯的发光强度进行调节，提高摄像头所图像的信噪比，从而解决现有的面部识别在室外强光下由于信噪比低而来带的识别精准率不高的问题。

第十一实施方式

在所述步骤S003中，根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度之前，还包括：获取图像的图像参考亮度并基于该图像参考亮度调节摄像头的曝光值和增益值，具体包括：

获取图像的图像参考亮度；

判断所述图像参考亮度是否落入预设的目标区间，

若否，则将图像参考亮度代入变步长控制算法进行计算，得到曝光调整步长和增益调整步长，并根据曝光调整步长调整摄像头的曝光值，根据增益调整步长调整摄像头的增益值；

若是，则停止对摄像头的曝光值和增益值的调整。

获取图像的图像参考亮度包括：

选取当前图像中象素亮度值较大的前10％的象素；

计算选取的像素的平均亮度值；

将所述平均亮度值作为当前图像的图像参考亮度。

变步长控制算法为：

根据式(1)计算当前图像参考亮度和目标参考亮度的差值；

ΔY＝Y_curr-Y_targ (1)；

根据式(2)确定曝光调整步长或增益调整步长所对应的值；

$\mathrm{\Δ}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{V}{64}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[1,8)\\ \frac{V}{32}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[8,16)\\ \frac{V}{8}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[16,32)\\ \frac{V}{4}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[32,64)\\ \frac{V}{2}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[64,256)\end{array}\right.---\left(2\right);$

其中，ΔY表示差值，Y_curr表示当前图像参考亮度，Y_targ表示预设的目标参考亮度；Δ表示曝光调整步长或增益调整步长，V表示当前摄像头的曝光值或增益值。

所述根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度包括：

获取摄像头的曝光值和增益值；

基于曝光值和增益值与环境光强度的表征关系，得到环境光强度；

所述曝光值和增益值与环境光强度的表征关系为：

I_env＝(exp+gain)/2exp,gain∈[0,1]

其中，I_env表示环境光强度，exp表示曝光值，gain表示增益值，

exp,gain∈[0,1]表示将曝光值和增益值归一化到[0,1]区间。

在所述根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度之前，和/或在所述获取图像的图像参考亮度并基于该图像参考亮度调节摄像头的曝光值和增益值之前，还包括采用球面模型矫正算法对图像进行矫正；

所述球面模型矫正算法包括：

根据式(3)对图像的原象素点S2的坐标(x0,y0)进行计算，得到图像的矫正象素点S1的坐标(x1,y1)；

$x1=ftan\left(2asin\right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)cos\left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)$

$y1=ftan\left(2asin\right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)\sin \left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)---\left(3\right)$

其中，O为一球的球心，P为非畸平面，S为空间中的一点；f为所述球的半径，Q为所述球与所述非畸平面P的焦点；S₀为所述空间中的一点S在所述球的球面的投影；S₁为线段SS₀与平面P的焦点；S₂为所述投影S₀在所述非畸平面P上的投影；β为线段QS₁与水平方向的夹角；α为线段OS与线段OQ的夹角。

当探测到图像中包含运动对象时，则根据环境光强度与补光强度的对应关系得到与所述环境光强度相对应的补光强度；当探测到图像中不包含运动对象时，将补光灯的发光强度调节到低功耗状态。

室外面部识别方法，还包括：当探测到图像中包含运动对象时，对图像进行面部识别。

在所述对图像进行面部识别之前，还包括：检测图像中面部是否位于图像的正中且面部尺寸满足预设范围，若是，则发出位置正确指示，若否，则发出位置错误指示。通过指示灯、播音器、显示器中的一个或多个提示位置正确或位置错误的状态；

在对图像进行面部识别之后，还包括：将所述识别结果和运动对象的面部图像发送到预定服务器或终端；和/或接收所述预定服务器或终端所发送的控制指令。

在对图像进行面部识别之前，还包括：在用户注册时，通过环境摄像头抓拍当前用户的可见光面部图像。

所述对图像进行面部识别包括：用于通过面部识别算法对图像中的运动对象的面部进行特征提取，得到运动对象的面部特性信息；将所述面部特性信息在预存的特征数据库中进行匹配，若找到与所述面部特性信息相似度达到预定相似度阈值的面部特征模板，则匹配成功，否则，匹配失败。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (26)

1.一种室外面部识别系统，其特征在于：包括摄像头和补光灯；

所述摄像头，采用短焦距镜头，用于采集预定区域中的图像；

所述补光灯，用于对所述预定区域进行补光，所述补光灯的发光强度大于预定阈值；

面部识别模块，用于对所述图像进行面部识别。

2.根据权利要求1所述的室外面部识别系统，还包括运动检测模块、环境光强度获取模块、补光匹配模块、补光灯调节模块，

所述运动检测模块对所述图像进行检测以确定所述图像中是否包含运动对象，若是，则向所述环境光强度获取模块发送指令；

所述环境光强度获取模块在接收到所述指令后根据所述图像的曝光值和增益值来获取环境光强度，并发送给所述补光匹配模块；

所述补光匹配模块中预设有所述环境光强度与补光强度的对应关系，所述补光匹配模块在接收到所述环境光强度后，根据所述对应关系获得与所述环境光强度相对应的补光强度；

所述补光灯调节模块根据所述补光强度来调节补光灯的发光强度。

3.根据权利要求2所述的室外面部识别系统，还包括：曝光增益控制模块；

所述曝光增益控制模块获取所述图像的图像参考亮度并基于所述图像参考亮度来调节所述摄像头的所述曝光值和所述增益值。

4.根据权利要求3所述的室外面部识别系统，所述曝光增益控制模块包括：

图像参考亮度获取单元，用于获取所述图像的图像参考亮度；

判断单元，用于判断所述图像参考亮度是否落入预设的目标区间，若否，则将所述图像参考亮度代入变步长控制算法进行计算，得到曝光调整步长和增益调整步长；若是，则停止对摄像头的曝光值和增益值的调整；

曝光增益调整单元，根据所述曝光调整步长调整所述摄像头的所述曝光值，根据所述增益调整步长调整所述摄像头的所述增益值。

5.根据权利要求4所述的室外面部识别系统，所述图像参考亮度获取单元采用下述方式获取所述图像的所述图像参考亮度：

选取当前所述图像中象素亮度值较大的前10％的象素；

计算选取的像素的平均亮度值；

将所述平均亮度值作为当前图像的图像参考亮度。

6.根据权利要求4或5所述的室外面部识别系统，所述变步长控制算法为：

根据式(1)计算当前图像参考亮度和目标参考亮度的差值；

ΔY＝Y_curr-Y_targ (1)；

根据式(2)确定曝光调整步长或增益调整步长所对应的值；

$\mathrm{\Δ}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{V}{64}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[1,8)\\ \frac{V}{32}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[8,16)\\ \frac{V}{8}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[16,32)\\ \frac{V}{4}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[32,64)\\ \frac{V}{2}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[64,256)\end{array}\right.---\left(2\right);$

其中，ΔY表示差值，Y_curr表示当前图像参考亮度，Y_targ表示预设的目标参考亮度；Δ表示曝光调整步长或增益调整步长，V表示当前摄像头的曝光值或增益值。

7.根据权利要求2-6任一所述的室外面部识别系统，所述环境光强度获取模块，在接收到所述指令后根据所述图像的曝光值和增益值与环境光强度的表征关系来获取环境光强度；其中，所述曝光值和增益值与环境光强度的表征关系为：

I_env＝(exp+gain)/2 exp,gain∈[0,1]

其中，I_env表示环境光强度，exp表示曝光值，gain表示增益值，

exp,gain∈[0,1]表示将曝光值和增益值归一化到[0,1]区间。

8.根据权利要求1所述的室外面部识别系统，还包括：图像矫正模块；所述图像矫正模块采用球面模型矫正算法对摄像头采集的图像进行矫正；

所述球面模型矫正算法是：

根据式(1)对图像的原象素点S₂的坐标(x0,y0)进行计算，得到图像的矫正象素点S₁的坐标(x1,y1)；

$x1=ftan\left(2a\sin \right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)cos\left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)$

其中，O为一球的球心，P为非畸平面，S为空间中的一点；f为所述球的半径，Q为所述球与所述非畸平面P的焦点；S₀为所述空间中的一点S在所述球的球面的投影；S₁为线段SS₀与平面P的焦点；S₂为所述投影S₀在所述非畸平面P上的投影；β为线段QS₁与水平方向的夹角；α为线段OS与线段OQ的夹角。

9.根据权利要求2-8任一所述的室外面部识别系统，还包括模式转换模块；

当所述运动检测模块在检测到所述图像中包含运动对象时，向所述模式转换模块发送启动识别模式指令；

在检测到所述图像中不包含运动对象时，向所述模式转换模块发送启动探测模式指令；

所述模式转换模块根据接收到的所述启动识别模式指令或所述启动探测模式指令分别向所述补光匹配模块发送补光匹配指令或向补光灯调节模块发送启动低功耗指令；

所述补光灯调节模块根据所述启动低功耗指令将补光灯的发光强度调节到低功耗状态。

10.根据权利要求9所述的室外面部识别系统，所述模式转换模块在接收到启动识别模式指令后，向所述面部识别模块发送启动识别指令以对所述图像中的运动对象进行面部识别。

11.根据权利要求1所述的室外面部识别系统，还包括：位置检测模块；所述位置检测模块在所述图像中包含运动对象时，检测所述运动对象的面部是否位于所述图像的正中且所述面部尺寸满足预设范围；

若是，则发出位置正确指示；若否，则发出位置错误指示。

12.根据权利要求11所述的室外面部识别系统，还包括：提示模块和通信模块；

所述提示模块对所述位置正确或所述位置错误的状态进行提示；

所述通信模块将所述面部识别模块的识别结果和运动对象的面部图像发送到预定服务器或终端，还用于接收所述预定服务器或终端所发送的控制指令；

环境摄像头，用于在用户注册时，抓拍当前用户的可见光面部图像。

13.根据权利要求2-12任一项所述的一种室外面部识别系统，所述补光灯采用脉冲驱动；所述脉冲的宽度大于所述摄像机的曝光时间的最大值。

14.一种室外面部识别方法，其特征在于，包括：

采用短焦距镜头的摄像头采集预定区域中的图像；

采用发光强度大于预定阈值的补光灯对所述预定区域进行补光；

对所述图像进行面部识别。

15.根据权利要求14所述的室外面部识别方法，在所述采用短焦距镜头的摄像头采集预定区域中的图像之后还包括：

检测所述图像是否包含运动对象，若是，则根据所述图像的曝光值和增益值获取环境光强度；

基于预设的所述环境光强度与补光强度的对应关系得到与所述环境光强度相对应的补光强度，实现对所述预定区域的亮度进行调节。

根据所述补光强度来调节所述补光灯的发光强度。

16.根据权利要求15所述的室外面部识别方法，在所述根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度之前，还包括：

获取所述图像的图像参考亮度，并基于所述图像参考亮度调节所述摄像头的所述曝光值和所述增益值。

17.根据权利要求16所述的室外面部识别方法，所述获取图像的图像参考亮度并基于该图像参考亮度调节摄像头的曝光值和增益值包括：

获取所述图像的图像参考亮度；

判断所述图像参考亮度是否落入预设的目标区间；

若否，则将图像参考亮度代入变步长控制算法进行计算，得到曝光调整步长和增益调整步长，并根据所述曝光调整步长调整所述摄像头的所述曝光值，根据所述增益调整步长调整所述摄像头的所述增益值；

若是，则停止对所述摄像头的所述曝光值和所述增益值的调整。

18.根据权利要求17所述的室外面部识别方法，所述获取所述图像的图像参考亮度包括：

选取当前所述图像中象素亮度值较大的前10％的象素；

计算选取的像素的平均亮度值；

将所述平均亮度值作为当前图像的图像参考亮度。

19.根据权利要求17或18所述的室外面部识别方法，所述变步长控制算法为：

根据式(1)计算当前图像参考亮度和目标参考亮度的差值；

ΔY＝Y_curr-Y_targ (1)；

根据式(2)确定曝光调整步长或增益调整步长所对应的值；

$\mathrm{\Δ}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{V}{64}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[1,8)\\ \frac{V}{32}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[8,16)\\ \frac{V}{8}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[16,32)\\ \frac{V}{4}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[32,64)\\ \frac{V}{2}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[64,256)\end{array}\right.---\left(2\right);$

其中，ΔY表示差值，Y_curr表示当前图像参考亮度，Y_targ表示预设的目标参考亮度；Δ表示曝光调整步长或增益调整步长，V表示当前摄像头的曝光值或增益值。

20.根据权利要求15-19任一所述的室外面部识别方法，所述根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度包括：

获取摄像头的曝光值和增益值；

基于曝光值和增益值与环境光强度的表征关系，得到环境光强度；

所述曝光值和增益值与环境光强度的表征关系为：

I_env＝(exp+gain)/2 exp,gain∈[0,1]

其中，I_env表示环境光强度，exp表示曝光值，gain表示增益值，

exp,gain∈[0,1]表示将曝光值和增益值归一化到[0,1]区间。

21.根据权利要求15所述的室外面部识别方法，在所述根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度之前，还包括采用球面模型矫正算法对图像进行矫正；

所述球面模型矫正算法为：

根据式(3)对图像的原象素点S₂的坐标(x0,y0)进行计算，得到图像的矫正象素点S₁的坐标(x1,y1)；

$x1=ftan\left(2a\sin \right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)cos\left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)$

$y1=ftan\left(2a\sin \right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)\sin \left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)---\left(3\right)$

其中，O为一球的球心，P为非畸平面，S为空间中的一点；f为所述球的半径，Q为所述球与所述非畸平面P的焦点；S₀为所述空间中的一点S在所述球的球面的投影；S₁为线段SS₀与平面P的焦点；S₂为所述投影S₀在所述非畸平面P上的投影；β为线段QS₁与水平方向的夹角；α为线段OS与线段OQ的夹角。

22.根据权利要求16-21任一所述的室外面部识别方法，当探测到所述图像中包含运动对象时，则根据环境光强度与补光强度的对应关系得到与所述环境光强度相对应的补光强度；当探测到图像中不包含运动对象时，将补光灯的发光强度调节到低功耗状态。

23.根据权利要求22所述的室外面部识别方法，还包括：当探测到所述图像中包含运动对象时，对所述图像中的运动对象进行面部识别。

24.根据权利要求23所述的室外面部识别方法，在所述对图像进行面部识别之前，还包括：

检测图像中所述运动对象的面部是否位于图像的正中且面部尺寸满足预设范围，

若是，则发出位置正确指示，

若否，则发出位置错误指示。

25.根据权利要求24所述的室外面部识别方法，还包括：

通过指示灯、播音器、显示器中的一个或多个提示位置正确或位置错误的状态；

在所述对图像进行面部识别之后，还包括：将所述识别结果和运动对象的面部图像发送到预定服务器或终端；和/或接收所述预定服务器或终端所发送的控制指令；

在用户注册时，通过环境摄像头抓拍当前用户的可见光面部图像。

26.根据权利要求14-25任一项所述的室外面部识别方法，所述补光灯采用脉冲驱动；所述脉冲的宽度大于所述摄像机的曝光时间的最大值。