CN203552276U - 一种适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置 - Google Patents
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Abstract
一种适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，包括由图像采集装置、辅助光源和数据通讯接口组成的面部图像采集系统、分别与面部图像采集系统连接的由环境光线传感器、红外探测传感器和控制单元组成的红外人体感应系统和由主CPU和从CPU组成的面部识别运算系统，以及分别与面部识别运算系统连接的液晶图像显示系统、输入输出装置和外部设备。图像采集装置包括光学镜头、与光学镜头连接的WDR CMOS图像传感器以及与WDR CMOS图像传感器连接的DSP，图像采集装置通过数据通讯接口与面部识别运算系统连接。可以在宽动态范围的不同环境中获取高质量面部图像，提高比对效率，显著提高面部图像质量，并提高面部图像的采集速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及应用电子电路进行生物特征识别的方法或装置，特别是涉及一种适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置。
背景技术
生物特征识别领域中的人脸识别与目前广泛应用的指纹识别技术相比，有着比较直观性、方便性、非接触性，以及用户接受度高等显着特点。的在先专利CN201927050U公告了《一种具有红外人体感应功能的面部识别装置》，其特征是：包括图像采集装置、辅助光源、红外人体感应系统、控制单元、外部通讯接口、液晶图像显示系统，以及输出控制电路，通过设置阵列式分布红外LED灯作为辅助光源，并通过红外人体感应系统中感光元件自动检测外在环境的光线。并以此光线为基准调整辅助光源的光照程度。从而大大提高了图像质量和图像采集速度。由于人脸图像在采集过程中受到光照因素包括光源、数量、亮度和位置的影响。在先专利CN201927050U在强光源（日光、灯具或反光等）照射下的高亮度区域和阴影、逆光等相对较低亮度区域在图像中同时存在时，其摄像机输出的图像仍然会出现高亮度区域因曝光过度变成白色，而相对较低亮度区域因曝光不足变成黑色，严重影响图像质量。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是弥补本申请人的在先专利CN201927050U的缺陷，提供一种适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置。
本实用新型的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，包括由图像采集装置、辅助光源和数据通讯接口组成的面部图像采集系统、分别与面部图像采集系统连接的由环境光线传感器、红外探测传感器和控制单元组成的红外人体感应系统和由主CPU和从CPU组成的面部识别运算系统，以及分别与面部识别运算系统连接的液晶图像显示系统、输入输出装置和外部设备。所述图像采集装置将采集到的人的面部黑白图像传送至所述面部识别运算系统，所述面部识别运算系统独立完成用户面部黑白图像采集比对、出入记录存储、拆机和异常开门报警功能，比对通过后在所述液晶图像显示系统的液晶屏上显示用户登记时的照片、工号、姓名，以表示通过识别。
这种适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置的特点是：
所述图像采集装置包括光学镜头、与光学镜头连接的宽动态范围（Wide Dynamic Range，缩略词为WDR）互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，缩略词为CMOS）图像传感器，以及与所述WDR CMOS图像传感器连接的数字信号处理器（DigitalSingnal Processor，缩略词为DSP），所述图像采集装置通过数据通讯接口与所述面部识别运算系统连接。所述WDR CMOS图像传感器动态范围宽、数字图像分辨率高、低照度且持双滤光片切换器，在宽动态范围的不同环境中的特别亮部位和特别暗部位同时都能看得特别清楚，在极亮和极暗甚至全黑环境中也能输出清晰的黑白视频图像。
本实用新型的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述WDR CMOS图像传感器是美国豪威（OmniVision）公司出品的芯片型号为OV10633的CMOS黑白图像传感器，其动态范围为115dB，数字图像分辨率为1280×720dpi，最低照度为1lux，支持双滤光片切换器。
所述数字信号处理器是海思半导体公司出品的基于ARM9处理器内核的数字信号处理器，数字信号处理器的芯片型号为HI3512。
所述环境光线传感器是型号为PT550系列的自动调节光敏传感器，用于探测环境光照强度，决定是否开启动态调节补光电路的环境光线传感器，以调整辅助光源的亮度。
所述红外探测传感器是采用红外对管的红外探测传感器，其中红外发射二极管型号为PH303，红外接收二极管型号为SFH506-38，用于检测前方是否有人体辐射出的红外线信号，如果没有，通过所述控制单元控制所述面部识别装置进入低功耗待机的休眠状态。
所述控制单元是采用P-MOS去控制休眠电源的控制单元，在设定时间内所述红外探测传感器未检测到前方有人体辐射出的红外线信号，即当前没有考勤操作时，所述控制单元控制所述面部识别装置进入低功耗待机的休眠状态，在设定时间内所述红外探测传感器检测到前方有人体辐射出的红外线信号，即当前有考勤操作时，所述控制单元控制所述面部图像采集系统工作和所述辅助光源的电源开启。
所述辅助光源是设有动态调节补光电路的波长为850nm的红外发光二极管（Light Emitting Diode，缩略词为LED）阵列。
所述红外LED阵列是阵列式分布的红外LED灯，前置有高散射面板，在散射面板作用下，形成均匀的平面光源，以便正常采集极暗甚至全黑环境中的人脸图像，所述辅助光源只起补光作用，所述面部图像采集系统主要靠外界环境光源照明，用户可设为自动模式进行补光正常外界环境光源照明时，可有效的进行人脸识别，所述辅助光源和外在环境光线一起使进行人脸图像识别的人体面部光源保持在一个稳定可靠的参数，减少系统曝光参数的变化，使曝光参数相对固定，从而提高提取图像的数度，解决当外界光线较弱时需延长曝光时间导致采集图像慢、图像质量不佳的问题。
优选的是，所述阵列式分布的红外LED灯是18个红外LED阵列式分布的红外LED灯，安装时，所述红外LED阵列和所述光学镜头的投射方向与人体成42°夹角，通过安装高度的调整，使所述辅助光源与人的面部平面的夹角为42°～60°，避免戴眼镜的用户的眼镜表面反射光线过强、局部图像过饱和而导致所述WDR CMOS图像传感器难以采集有效的眼睛图像。
所述动态调节补光电路是均匀分布在所述光学镜头四周的12个波长为850nm红外LED阵列，用于调节辅助光源的发光强度，所述动态调节补光电路与所述红外人体感应系统中的控制单元连接，在面部识别装置进入休眠状态时，所述辅助光源的电源关闭。
所述面部识别运算系统是采用主从式双CPU架构的ARM运算处理器。
所述主CPU由32位624MHz ARM MIXBIO600CPU构成，分别与所述面部图像采集系统、液晶图像显示系统的液晶屏、实时时钟、开关机复位电路、语音输出电路、按键板以及U盘接口连接。
所述从CPU是辅助控制器，由带有Flash片内程序存储器的CMOS微控制器AT89S52以及八位高速MCU构成，分别与电池、锁控信号输出、Wiegand26输出、报警输出装置连接，并完成芯片AT89S52和所述主CPU之间的串口通讯，当外部供电突然断开时，所述电池会立即给面部识别装置供电，保证用户的正常使用；当出现强制性拆机或开门时，所述从CPU检测到异常，发出报警信号，当所述主CPU发生故障不能正常工作时，所述从CPU将自动复位，面部识别装置重新启动，恢复正常工作。
所述液晶图像显示系统的液晶屏是高分辨率TFT LCD显示屏，分辨率为640x480dpi，可清晰的显示面部图像，实现主动对焦的功能，显示黑白的面部图像，表示当前装置是人脸识别模式。
所述输入输出装置包括锁控装置、韦根输入装置、韦根输出装置、报警输出装置和以太网接口、串口通信接口。
本实用新型的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。
还设有指示灯，所述指示灯与所述外部设备连接。
所述指示灯是一个红蓝绿三色LED组成的指示灯。
在10分钟之内无操作，所述指示灯亮绿色，指示面部识别装置进入休眠状态，所述液晶图像显示系统的液晶屏和所述辅助光源的电源关闭。
当人的面部在距离所述光学镜头约70cm的范围时，所述红外人体感应系统中的红外线探测传感器检测到前方人体辐射出的红外线信号，所述指示灯闪亮一下蓝色，表示面部识别装置唤醒，进入工作状态，所述液晶图像显示系统的液晶屏、WDR CMOS图像传感器和辅助光源的电源开启，所述WDR CMOS图像传感器采集到人的面部黑白图像传送至所述面部识别运算系统进行比对，同时所述红外人体感应系统中的红外人体感应单元的环境光线传感器感应到的外部红外光线转换成微弱的电信号送至所述控制单元，由所述控制单元进行信号放大，并根据预设的参数计算光源亮度的补偿值，控制所述动态调节补光电路输出脉冲宽度调制（Pulse WidthModulation，缩略词为PWM）信号控制所述红外LED阵列1的发光强度补光。当用户考勤通过时，所述指示灯长亮绿色3秒，当用户考勤未通过时，所述指示灯长亮红色3秒。
还设有按键板，所述按键板与所述外部设备连接。
所述按键板包括快捷键F1～F6，分别设置为功能快捷键、考勤状态快捷键和工作号码快捷键，用户只需要按下快捷键，即可完成相应的操作。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
本实用新型采用WDR的CMOS图像传感器配合DSP可以在宽动态范围的不同环境中获取高质量面部图像，提高比对效率，显著提高面部图像质量，并提高面部图像的采集速度。
本实用新型适用面部距离图像采集装置约为0.65米、身高为150cm～185cm的用户进行登记和比对。
附图说明
附图是本实用新型具体实施方式的组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型进行说明。
一种如附图所示的适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，包括由图像采集装置11、辅助光源12和数据通讯接口13组成的面部图像采集系统1、分别与面部图像采集系统1连接的由环境光线传感器212、红外探测传感器211和控制单元22组成的红外人体感应系统2和由主CPU51和从CPU52组成的面部识别运算系统5，以及分别与面部识别运算系统5连接的液晶图像显示系统3、输入输出装置4和外部设备7。
输入输出装置包括锁控装置、韦根输入装置、韦根输出装置、报警输出装置和以太网接口、串口通信接口，图像采集装置11将采集到的人的面部黑白图像传送至面部识别运算系统5，面部识别运算系统5独立完成用户面部黑白图像采集比对、出入记录存储、拆机和异常开门报警功能，比对通过后在液晶图像显示系统3的液晶屏上显示用户登记时的照片、工号、姓名，以表示通过识别。
图像采集装置11包括光学镜头111、与光学镜头111连接的宽动态范围（Wide Dynamic Range，缩略词为WDR）互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，缩略词为CMOS）图像传感器112，以及与WDR CMOS图像传感器112连接的数字信号处理器（DigitalSingnal Processor，缩略词为DSP）113，图像采集装置11通过数据通讯接口13与面部识别运算系统5连接。
WDR CMOS图像传感器112是美国豪威（OmniVision）公司出品的芯片型号为OV10633的CMOS黑白图像传感器，其动态范围为115dB，数字图像分辨率为1280×720dpi，最低照度为1lux，支持双滤光片切换器，在宽动态范围的不同环境中的特别亮部位和特别暗部位同时都能看得特别清楚，在极亮和极暗甚至全黑环境中也能输出清晰的黑白视频图像。
数字信号处理器113是海思半导体公司出品的基于ARM9处理器内核的数字信号处理器，数字信号处理器的芯片型号为HI3512。
环境光线传感器212是型号为PT550系列的自动调节光敏传感器，用于探测环境光照强度，决定是否开启动态调节补光电路121的环境光线传感器212，以调整辅助光源的亮度。
红外探测传感器211是采用红外对管的红外探测传感器，其中红外发射二极管型号为PH303，红外接收二极管型号为SFH506-38，用于检测前方是否有人体辐射出的红外线信号，如果没有，通过控制单元22控制面部识别装置进入低功耗待机的休眠状态。
控制单元22是采用P-MOS去控制休眠电源的控制单元，在设定时间内红外探测传感器211未检测到前方有人体辐射出的红外线信号，即当前没有考勤操作时，控制单元22控制面部识别装置进入低功耗待机的休眠状态，在设定时间内红外探测传感器211检测到前方有人体辐射出的红外线信号，即当前有考勤操作时，控制单元22控制面部图像采集系统1工作和辅助光源12的电源开启。
辅助光源12是设有动态调节补光电路121的波长为850nm的红外LED阵列122，红外LED阵列122是18个红外LED阵列式分布的红外LED灯，前置有高散射面板，在散射面板作用下，形成均匀的平面光源，以便正常采集极暗甚至全黑环境中的人脸图像，辅助光源12只起补光作用，面部图像采集系统1主要靠外界环境光源照明，用户可设为自动模式进行补光正常外界环境光源照明时，可有效的进行人脸识别，辅助光源12和外在环境光线一起使进行人脸图像识别的人体面部光源保持在一个稳定可靠的参数，减少系统曝光参数的变化，使曝光参数相对固定，从而提高提取图像的数度，解决当外界光线较弱时需延长曝光时间导致采集图像慢、图像质量不佳的问题。安装时，红外LED阵列122和光学镜头111的投射方向与人体成42°夹角，通过安装高度的调整，使辅助光源12与人的面部平面的夹角为42°～60°，避免戴眼镜的用户的眼镜表面反射光线过强、局部图像过饱和而导致WDRCMOS图像传感器112难以采集有效的眼睛图像。
动态调节补光电路121是均匀分布在光学镜头111四周的12个波长为850nm红外LED阵列，用于调节辅助光源的发光强度，动态调节补光电路121与红外人体感应系统2中的控制单元22连接，在面部识别装置进入休眠状态时，辅助光源12的电源关闭。
面部识别运算系统5是采用主从式双CPU架构的ARM运算处理器。
主CPU51由32位624MHz ARM MIXBIO600CPU构成，分别与面部图像采集系统1、液晶图像显示系统3的液晶屏、实时时钟、开关机复位电路、语音输出电路、按键板以及U盘接口连接。
从CPU52是辅助控制器，由带有Flash片内程序存储器的CMOS微控制器AT89S52以及八位高速MCU构成，分别与电池、锁控信号输出、Wiegand26输出、报警输出装置连接，并完成芯片AT89S52和主CPU51之间的串口通讯，当外部供电突然断开时，电池会立即给面部识别装置供电，保证用户的正常使用；当出现强制性拆机或开门时，从CPU52检测到异常，发出报警信号，当主CPU51发生故障不能正常工作时，从CPU52将自动复位，面部识别装置重新启动，恢复正常工作。
液晶图像显示系统3的液晶屏是高分辨率TFT LCD显示屏，分辨率为640x480dpi，可清晰的显示面部图像，实现主动对焦的功能，显示黑白的面部图像，表示当前装置是人脸识别模式。
还设有与外部设备7连接的指示灯71，指示灯71是一个红蓝绿三色LED组成的指示灯。
在10分钟之内无操作，指示灯71亮绿色，指示面部识别装置进入休眠状态，液晶图像显示系统3的液晶屏和辅助光源12的电源关闭。
当人的面部在距离所述光学镜头约70cm的范围时，红外人体感应系统2中的红外线探测传感器211检测到前方人体辐射出的红外线信号，指示灯71闪亮一下蓝色，表示面部识别装置唤醒，进入工作状态，液晶图像显示系统3的液晶屏、WDR CMOS图像传感器112和辅助光源12的电源开启，WDR CMOS图像传感器112采集到人的面部黑白图像传送至面部识别运算系统5进行比对，同时红外人体感应系统2中的环境光线传感器212感应到的外部红外光线转换成微弱的电信号送至控制单元22，由控制单元22进行信号放大，并根据预设的参数计算光源亮度的补偿值，控制动态调节补光电路121输出脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，缩略词为PWM）信号控制红外LED阵列122的发光强度补光。当用户考勤通过时，指示灯71长亮绿色3秒，当用户考勤未通过时，指示灯71长亮红色3秒。
还设有与外部设备7连接的按键板72，按键板72包括快捷键F1～F6，分别设置为功能快捷键、考勤状态快捷键和工作号码快捷键，用户只需要按下快捷键，即可完成相应的操作。
本具体实施方式的工作过程如下：
当人的面部在距离本具体实施方式的光学镜头111约70cm的范围时，红外人体感应系统2中的红外线探测传感器211将检测到前方人体辐射出的红外线信号，指示灯71闪亮一下蓝色，表示面部识别装置唤醒，进入工作状态，液晶图像显示系统3的液晶屏、WDR的CMOS图像传感器112和辅助光源电源12打开，面部图像采集系统1开始工作，图像采集装置11中的WDR的CMOS图像传感器112采集到人的面部黑白图像传送至面部识别运算系统5进行比对，同时红外人体感应系统2中的环境光线传感器212检测到外在环境的光线，并将感应到的外部红外光线转换成微弱的电信号送至控制单元22，由控制单元22进行信号放大，并根据预设的参数计算光源亮度的补偿值，控制动态调节补光电路121输出脉冲宽度调制（PulseWidth Modulation，缩略词为PWM）信号控制红外LED阵列122的发光强度，使辅助光源12和外在环境光线一起使进行人脸图像识别的人体面部光源保持在一个稳定可靠的参数，减少系统曝光参数的变化，使曝光参数相对固定，从而提高提取图像的数度，解决当外界光线较弱时需延长曝光时间导致采集图像慢、图像质量不佳的问题。
比对时，根据采集到的图像质量，对用户进行语音和显示提示，用户根据提示调整姿势，比对通过后，指示灯71长亮绿色3秒，并发出“Thankyou！”，在液晶屏上将出现用户登记时的照片、工号、姓名，以示比对通过，还发出锁控信号，如果此时接锁，锁就会打开；比对不通过，指示灯71长亮红色3秒，并发出“Please try again”以示比对不通过。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，包括由图像采集装置、辅助光源和数据通讯接口组成的面部图像采集系统、分别与面部图像采集系统连接的由环境光线传感器、红外探测传感器和控制单元组成的红外人体感应系统和由主CPU和从CPU组成的面部识别运算系统，以及分别与面部识别运算系统连接的液晶图像显示系统、输入输出装置和外部设备，其特征在于：
所述图像采集装置包括光学镜头、与光学镜头连接的宽动态范围WDR互补金属氧化物半导体CMOS图像传感器，以及与所述WDR CMOS图像传感器连接的数字信号处理器DSP，所述图像采集装置通过数据通讯接口与所述面部识别运算系统连接。
2.如权利要求1所述的适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，其特征在于：
所述WDR CMOS图像传感器是芯片型号为OV10633的CMOS黑白图像传感器。
3.如权利要求1或2所述的适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，其特征在于：
所述数字信号处理器是基于ARM9处理器内核的数字信号处理器，数字信号处理器的芯片型号为HI3512。
4.如权利要求3所述的适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，其特征在于：
所述环境光线传感器是型号为PT550系列的自动调节光敏传感器；
所述红外探测传感器是采用红外对管的红外探测传感器；
所述控制单元是采用P-MOS去控制休眠电源的控制单元。
5.如权利要求4所述的适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，其特征在于：
所述辅助光源是设有动态调节补光电路的波长为850nm的红外发光二极管LED阵列；
所述红外LED阵列是阵列式分布的红外LED灯，前置有高散射面板，和所述光学镜头的投射方向与人体成42°夹角，且所述辅助光源与人的面部平面的夹角为42°～60°；
所述动态调节补光电路是均匀分布在所述光学镜头四周的12个波长为850nm红外LED阵列。
6.如权利要求5所述的适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，其特征在于：
所述面部识别运算系统是采用主从式双CPU架构的ARM运算处理器；
所述主CPU由32位624MHz ARM MIXBIO600CPU构成，分别与所述面部图像采集系统、液晶图像显示系统的液晶屏、实时时钟、开关机复位电路、语音输出电路、按键板以及U盘接口连接；
所述从CPU是辅助控制器，由带有Flash片内程序存储器的CMOS微控制器AT89S52以及八位高速MCU构成，分别与电池、锁控信号输出、Wiegand26输出、报警输出装置连接。
7.如权利要求6所述的适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，其特征在于：
所述液晶图像显示系统的液晶屏是高分辨率TFT LCD显示屏，分辨率为640x480dpi。
8.如权利要求7所述的适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，其特征在于：
所述输入输出装置包括锁控装置、韦根输入装置、韦根输出装置、报警输出装置和以太网接口、串口通信接口。
9.如权利要求8所述的适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，其特征在于：
还设有指示灯，所述指示灯与所述外部设备连接；
所述指示灯是一个红蓝绿三色LED组成的指示灯。
10.如权利要求9所述的适用于宽动态范围环境光线中的面部识别装置，其特征在于：
还设有按键板，所述按键板与所述外部设备连接；
所述按键板包括快捷键F1～F6，分别设置为功能快捷键、考勤状态快捷键和工作号码快捷键。
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