CN108875718B - 人脸识别系统及其扫描装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了人脸识别系统及其扫描装置，所述扫描装置包括红外激光器、透镜以及扫描振镜。所述红外激光器用于发出红外激光；所述透镜用于将所述红外激光汇聚于所述扫描振镜上，使所述红外激光经过所述扫描振镜的反射后在被扫描对象的表面上形成光强分布均匀的扫描线；所述扫描振镜用于通过转动控制所述扫描线在被扫描对象的表面上进行移动，以生成用于检测被扫描对象的红外图像。所述扫描装置仅需设置所述透镜和扫描振镜，便可将所述红外激光器的红外激光投影到被扫描对象的表面上形成扫描线，相比于现有技术，其有着结构简易，体积较小，功耗较低以及检测精度较高等优点。

Description

人脸识别系统及其扫描装置
技术领域
本发明涉及人脸识别技术领域，尤其是涉及人脸识别系统及其扫描装置。
背景技术
人脸识别技术是基于人的脸部特征进行身份识别的一种生物识别技术。人脸的唯一性和不易伪造的优势为身份识别提供了坚实的基础。目前人脸识别系统主要包括扫描装置、红外光接收单元和图像处理单元。扫描装置的红外光源发出红外光入射至人脸处以对人脸进行扫描，由于人脸的表面深度不一致，红外光会受到人脸形貌的影响而产生空间相位形变，红外光构成的红外光图像被红外光接收单元采集，传送至图像处理单元分析计算后获得人脸的三维信息。
常见的人脸识别系统中的扫描装置主要为以下几种：基于常用投影机的红外光点阵投影器、基于常用投影机的条纹投影器以及基于光学衍射元件的红外光点阵投影器，基于常用投影机的红外光点阵投影器和条纹投影器只需将普通投影机的中可见光光源替换成红外光源，然后将需要的红外光图案投射到人脸上即可，但两者有着采用的投影机作为扫描装置的光源组件过于复杂和光源组件的体积过大的缺点；而基于光学衍射元件的红外光点阵投影器是将红外激光器发出的光经过光学衍射元件后在人脸上形成大量点阵分布的红外光图案，点阵投影方式相对于条纹投影方式的检测精度较低，而且光学衍射元件相对容易发生老化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供人脸识别系统及其扫描装置，来解决上述问题。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明提供了一种用于人脸识别系统的扫描装置，所述扫描装置包括红外激光器、透镜以及扫描振镜；所述红外激光器用于发出红外激光；所述透镜用于将所述红外激光汇聚于所述扫描振镜上，使所述红外激光经过所述扫描振镜的反射后在被扫描对象的表面扫描上形成光强分布均匀的扫描线；所述扫描振镜用于通过转动控制所述扫描线在被扫描对象的表面上进行移动，以生成用于检测被扫描对象的红外图像。
优选地，所述透镜包括朝向所述红外激光器的第一凸面和朝向所述扫描振镜的第二凸面，所述第一凸面为非球面，所述第二凸面为非球柱面。
优选地，所述第一凸面的曲率半径为1.0mm～1.5mm，所述第一凸面的非球面系数为-3.0～-3.5；所述第二凸面的曲率半径为0.5mm～1mm，所述第二凸面的非球面系数为-3.5～-4.5；所述第一凸面与所述第二凸面之间的距离为1.5～2mm，所述透镜的折射率为1.5～2。
优选地，所述扫描振镜处于初始位置时，所述透镜的主光轴与所述扫描振镜所在平面之间的夹角为45°。
优选地，所述扫描装置还包括控制芯片、设置于所述扫描振镜的转轴上的压阻传感器和比较器；所述控制芯片用于控制所述扫描振镜进行转动，且用于根据所述比较器提供的数字位置信号控制所述红外激光器发出的红外激光的光强；所述压阻传感器用于根据所述扫描振镜的转动位置输出对应的电压；所述比较器用于根据所述压阻传感器输出的电压产生所述数字位置信号。
优选地，所述压阻传感器包括第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器，其中，第一电阻器的第一端和第二电阻器的第一端连接且用于接收一恒定电压，第一电阻的第二端与第三电阻器的第一端连接，第二电阻器的第二端与第四电阻器的第一端连接，第三电阻器的第二端和第四电阻器的第二端均电性接地，所述压阻传感器输出的电压为第一电阻的第二端和第二电阻器的第二端之间的电压。
优选地，所述红外激光的光强沿着所述扫描线的移动方向呈周期性变化。
优选地，所述红外激光的光强与所述扫描线的位置之间的关系为正弦函数。
本发明还提供了一种人脸识别系统，包括如上所述的扫描装置。
本发明提供的人脸识别系统及其扫描装置，仅以红外激光器、透镜以及扫描振镜构成所述扫描装置，实现将所述红外激光器产生的红外激光投射至被扫描对象的表面上形成扫描线，通过所述扫描线进行扫描以生成红外图像，相较于现有技术的方案，所述扫描装置无需设置投影机等复杂的光源组件，其体积更小，功耗更小，可以应用在各类小型器件中，且比点阵投影器的检测精度更高，性能更优。
附图说明
图1是本发明实施例提供的扫描装置的侧视图；
图2是所述扫描装置的俯视图；
图3是对应图2中所述扫描装置的透镜的示意图；
图4是所述扫描装置中各部件的连接框图；
图5是所述扫描装置中的压阻传感器的电路示意图。
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，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了关系不大的其他细节。
参阅图1(图中的虚线代表扫描振镜3转动后，被反射的光可能移动到的位置之一)和图2所示，本实施例提供了一种用于人脸识别系统的扫描装置，所述扫描装置包括红外激光器1、透镜2以及扫描振镜3。
其中，所述红外激光器1用于发出红外激光；所述透镜2用于将所述红外激光汇聚于所述扫描振镜3上，使所述红外激光经过所述扫描振镜3的反射后在被扫描对象的表面100上形成光强分布均匀的扫描线10，即所述扫描线10沿其长度方向上的光强分布一致；所述扫描振镜3用于通过转动控制所述扫描线10在被扫描对象的表面100上进行移动，以生成用于检测被扫描对象的红外图像。
本实施例提供的上述人脸识别系统的扫描装置，相比于现有技术中基于常用投影机的红外光点阵投影器和条纹投影器，其仅需设置所述透镜2和所述扫描振镜3便可实现将红外激光器1产生的红外激光投射至被扫描对象的表面100上形成扫描线10，以沿其长度方向上光强分布一致的所述扫描线10进行扫描，生成用于检测被扫描对象的红外图像，所述扫描装置需要设置的组件较少，结构更为简易，相对光学衍射元件不易发生老化，体积更小，可以应用于手机和门锁等小型物体内；所述扫描线10在被扫描对象的表面100上进行移动时通过激光光强的变化可生成具有指定条纹图案的红外图像，相比于点阵投影的方案，所述扫描装置的检测精度更高，而且透过所述透镜2汇聚形成的扫描线10比现有技术利用鲍威尔棱镜等光学元件获得的扫描线的宽度更细，进而使得条纹图案中的条纹更细，有利于进一步提高检测精度。
结合图3所示，具体地，所述透镜2包括朝向所述红外激光器1的第一凸面21和朝向所述扫描振镜3的第二凸面22，所述第一凸面21为非球面，所述第二凸面22为非球柱面。
所述红外激光器1发射的红外激光从所述透镜2的第一凸面21入射，所述红外激光透过所述第一凸面21进行汇聚，从所述透镜2的第二凸面22出射后，由于所述第二凸面22为非球柱面，所述红外激光沿所述第二凸面22的宽度方向上和沿所述第二凸面22的高度方向上的汇聚程度不同，使得汇聚于所述扫描振镜3上的红外激光经过所述扫描振镜3的反射后，最终在被扫描对象的表面100上汇聚于同一直线所在位置，形成扫描线10。
本实施例中，所述第一凸面21和所述第二凸面22的具体参数需要根据所述扫描线10的扫描范围等实际应用情况进行不同的设定，对于不同的扫描线长度以及宽度的要求，所述透镜2的参数都需要进行对应的变化。示例性地，在本实施例中，所述第一凸面的曲率半径为1.0mm～1.5mm，示例性地设置为1.3mm；所述第一凸面的非球面系数为-3.0～-3.5，示例性地设置为-3.2；所述第二凸面的曲率半径为0.5mm～1mm，示例性地设置为0.6mm；所述第二凸面的非球面系数为-3.5～-4.5，示例性地设置为-4；所述第一凸面与所述第二凸面之间的距离为1.5～2mm，示例性地设置为2mm；所述透镜的折射率为1.5～2，示例性地设置为1.81。另外，由于需要制作小体积的所述透镜2，本实施例中的所述透镜2为以模压玻璃为材料，通过模压工艺制作的透镜。
进一步地，所述扫描振镜3处于初始位置时，所述透镜2的主光轴与所述扫描振镜3所在平面之间的夹角为45°。由此，当所述扫描振镜3处于转动前的初始位置时，所述红外激光中通过所述透镜2的主光轴的光线与其从所述扫描振镜3上反射的光线之间相互垂直，所述红外激光器1和所述透镜2与被扫描对象不在同一路径上，避免造成所述扫描装置的长度过大，提高了所述扫描装置的空间利用率。
结合图4所示，进一步地，所述扫描装置还包括控制芯片4、设置于所述扫描振镜3的转轴上的压阻传感器5和比较器6。当然，根据实际需要的不同，所述扫描装置还可以增设其他部件。其中，所述控制芯片4用于控制所述扫描振镜3进行转动，且用于根据所述比较器6提供的数字位置信号控制所述红外激光器1发出的红外激光的光强；所述压阻传感器5用于根据所述扫描振镜3的转动位置输出对应的电压；所述比较器6用于根据所述压阻传感器5输出的电压产生所述数字位置信号。
具体地，所述扫描装置的工作过程为：所述控制芯片控制所述红外激光器1发出红外激光，同时控制所述扫描振镜3进行转动，所述扫描振镜3的转轴随着转动发生形变，所述压阻传感器5感应转轴上的压力，向所述比较器6输出对应的电压，所述比较器6比对电压的变化，产生数字位置信号反馈至所述控制芯片4，所述控制芯片4解析所述数字位置信号，确定所述扫描线10在被扫描对象的表面100上的位置，并根据预设的指定图案，对应调节所述红外激光器1发出的红外激光的光强，以生成具有指定图案的红外图像。在该过程中，所述压阻传感器5实现了对所述扫描振镜3的转动进行实时监控，使得所述控制芯片4能根据所述压阻传感器5反馈的信号控制所述扫描振镜3持续进行转动，进而使所述扫描线10在被扫描对象的表面100上进行循坏的持续扫描。
结合图5所示，更具体地，所述压阻传感器5包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3和第四电阻器R4。其中，第一电阻器R1的第一端和第二电阻器R2的第一端连接且用于接收一恒定电压VCC，第一电阻R1的第二端与第三电阻器R3的第一端连接，第二电阻器R2的第二端与第四电阻器R4的第一端连接，第三电阻器R3的第二端和第四电阻器R4的第二端均电性接地，所述压阻传感器5输出的电压Vout为第一电阻R1的第二端和第二电阻器R2的第二端之间的电压。当所述扫描振镜3进行转动时，所述扫描振镜3的转轴随着转动发生形变，使四个构成电桥的电阻器的阻值发生变化，进而使所述压阻传感器5输出到所述比较器6的电压随之发生变化。在本实施例中，当所述扫描振镜3处于初始位置处，所述输出电压值Vout为0，所述扫描振镜3位于预设的最大转动角度处，所述输出电压值Vout达到最大值。
在本实施例中，所述红外激光的光强沿着所述扫描线10的移动方向呈周期性变化，以生成具有条纹图案的红外图像，被扫描对象会使所述红外图像上的条纹发生扭曲，使得可以从所述红外图像上解析出被扫描对象的形貌。
示例性地，所述红外激光的光强与所述扫描线10的位置之间的关系为正弦函数，即预设的图案为光强渐变的条纹图案。当然，所述红外图像还可以预设为其他条纹图案，以适用于各种人脸三维信息获取算法，例如可通过将所述红外激光器1的驱动电流转换为方波信号，即可使所述红外图像具有光强突变的等间距细条纹图案。
本发明实施例还提供了一种人脸识别系统，包括如上所述的扫描装置。所述人脸识别系统还包括红外光接收单元和图像识别单元，本实施例采用红外相机作为所述红外光接收单元，所述红外相机通过拍摄采集被扫描对象的红外图像，将所述红外图像发送到所述图像识别单元，所述图像识别单元对所述红外图像进行解析，经过相移法解调出相位、相位展开等步骤，获得被扫描对象的三维形貌信息。
本实施例提供的上述人脸识别系统及其扫描装置中，所述扫描振镜3为基于微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)的扫描振镜。所述扫描微镜3转轴上的压阻传感器和比较器都需要采用微型的器件，以实现所述扫描装置的微型化。
综上所述，本发明实施例提供的人脸识别系统及其扫描装置，仅以红外激光器1、透镜2以及扫描振镜3构成所述扫描装置，实现将所述红外激光器1产生的红外激光投射至被扫描对象的表面100上形成扫描线10，通过所述扫描线10进行扫描以生成红外图像，相较于现有技术的方案，所述扫描装置无需设置投影机等复杂的光源组件，其体积更小，功耗更小，可以应用在各类小型器件中，且比点阵投影器的检测精度更高，性能更优。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于人脸识别系统的扫描装置，其特征在于，所述扫描装置包括红外激光器、透镜以及扫描振镜；
所述红外激光器用于发出红外激光；
所述透镜用于将所述红外激光汇聚于所述扫描振镜上，使所述红外激光经过所述扫描振镜的反射后在被扫描对象的表面上形成光强分布均匀的扫描线；
所述扫描振镜用于通过转动控制所述扫描线在被扫描对象的表面上进行移动，以生成用于检测被扫描对象的具有条纹图案的红外图像；
其中，所述扫描振镜为基于MEMS的扫描振镜。
2.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述透镜包括朝向所述红外激光器的第一凸面和朝向所述扫描振镜的第二凸面，所述第一凸面为非球面，所述第二凸面为非球柱面。
3.根据权利要求2所述的扫描装置，其特征在于，所述第一凸面的曲率半径为1.0mm～1.5mm，所述第一凸面的非球面系数为-3.0～-3.5；所述第二凸面的曲率半径为0.5mm～1mm，所述第二凸面的非球面系数为-3.5～-4.5；所述第一凸面与所述第二凸面之间的距离为1.5～2.5mm，所述透镜的折射率为1.5～2。
4.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述扫描振镜处于初始位置时，所述透镜的主光轴与所述扫描振镜所在平面之间的夹角为45°。
5.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述扫描装置还包括控制芯片、设置于所述扫描振镜的转轴上的压阻传感器和比较器；
所述控制芯片用于控制所述扫描振镜进行转动，且用于根据所述比较器提供的数字位置信号控制所述红外激光器发出的红外激光的光强；
所述压阻传感器用于根据所述扫描振镜的转动位置输出对应的电压；
所述比较器用于根据所述压阻传感器输出的电压产生所述数字位置信号。
6.根据权利要求5所述的扫描装置，其特征在于，所述压阻传感器包括第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器，其中，第一电阻器的第一端和第二电阻器的第一端连接且用于接收一恒定电压，第一电阻的第二端与第三电阻器的第一端连接，第二电阻器的第二端与第四电阻器的第一端连接，第三电阻器的第二端和第四电阻器的第二端均电性接地，所述压阻传感器输出的电压为第一电阻的第二端和第二电阻器的第二端之间的电压。
7.根据权利要求5或6所述的扫描装置，其特征在于，所述红外激光的光强沿着所述扫描线的移动方向呈周期性变化。
8.根据权利要求7所述的扫描装置，其特征在于，所述红外激光的光强与所述扫描线的位置之间的关系为正弦函数。
9.一种人脸识别系统，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的扫描装置。
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