CN209086959U - 一种抗环境光干扰的人脸识别装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗环境光干扰的人脸识别装置，包括处理器模块和与处理器模块连接的人脸图像采集装置，所述处理器模块至少被配置为具备人脸识别功能，还包括与处理器模块连接的红外LED模组，所述红外LED模组设置于人脸识别装置的外表面且与人脸图像采集装置相匹配的位置，其被配置为用于为人脸录入时提供不同的红外光照强度。该装置具备了各种环境光干扰下的人脸特征数据，无论在红外环境光较强还是很弱的情况下均能进行正常的人脸比对，大大提高了人脸识别的抗环境光干扰能力和人脸比对通过率。

Description

一种抗环境光干扰的人脸识别装置

技术领域

本实用新型涉及人脸识别技术领域，具体涉及一种抗环境光干扰的人脸识别装置。

背景技术

人脸识别技术是对人的脸部特征信息进行识别，它是一种生物识别技术。用图像采集装置采集含有人脸的图像或视频流，并根据图像自动检测和跟踪人脸，并对人脸进行特征定位、提取，通过比对辨识达到识别不同人身份的目的。

传统的门禁采用RFID、指纹等进行识别认证，近些年由于人脸识别技术的发展，门禁设备上也开始用到人脸识别。

现有人脸识别门禁主要分成三种：人脸识别门禁、小区单元门人脸识别门禁和一体化人脸识别锁。由于使用场景不一样，前两种均采用有源外部供电，安卓平板硬件，可见光补光。而一体化人脸识别锁则安装于防盗门或木门上，不具备外部供电的条件，因此在技术方案上不能采用启动较慢的安卓和耗电很大的可见光补光灯，通常这种类型的锁具均采用850nm红外进行补光，软件上也采用启动速度更快的实时嵌入式系统。

现有的一体化人脸识别锁由图像采集、CPU处理器、红外补光灯、SDRAM、FLASH存储器、马达和门锁执行机构等组成。其采用红外补光，人脸采集红外照片，生成人脸特征数据用于进行人脸识别。但在实际人脸识别时人脸会受到环境光影响，红外环境光强有可能是零，也有可能因离太阳光比较近，此时的红外光强度成倍于锁具自身发出的红外光强度，故现有人脸识别锁当红外环境光较强或很弱情况下人脸比对通过率很低，作为对识别率要求100%的门禁来说，大大降低了用户体验，引发客户的抱怨。该现象的原因是在技术上存在算法上对外部光线环境改变的适应能力比较差，而导致干扰光源例如光谱极宽的太阳光的散射、直射干扰下无法正确比对。

实用新型内容

本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种抗环境光干扰的人脸识别装置，该装置具备了各种环境光干扰下的人脸特征数据，无论在红外环境光较强还是很弱的情况下均能进行正常的人脸比对，大大提高了人脸识别的抗环境光干扰能力和人脸比对通过率。

本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种抗环境光干扰的人脸识别装置，处理器模块和与处理器模块连接的人脸图像采集装置，所述处理器模块至少被配置为具备人脸识别功能，其特征在于，还包括与处理器模块连接的红外LED模组，所述红外LED模组设置于人脸识别装置的外表面且与人脸图像采集装置相匹配的位置，其被配置为用于为人脸录入时提供不同的红外光照强度。

进一步地，所述处理器模块内集成有人脸识别算法，或，所述处理器模块包括处理器和与处理器连接的人脸识别模块。

进一步地，所述处理器包括主处理器以及与主处理器连接的副处理器。

进一步地，所述人脸图像采集装置包括可见光摄像头模组和红外摄像头模组。

进一步地，还包括与处理器模块连接的人机交互模块，所述人机交互模块设置于人脸识别装置的外表面，所述人机交互模块包括显示屏和扬声器，更进一步地，所述显示屏为触摸显示屏。

进一步地，还包括与处理器模块连接且用于唤醒处理器模块的唤醒模块，更进一步地，所述唤醒模块为启动按键或红外感应装置中的一种，在无需进行人脸录入和人脸识别时，处理器模块处于休眠状态，故人脸录入和人脸识别时需要通过唤醒模块将处理器模块唤醒。

进一步地，还包括门禁控制模块，所述门禁控制模块包括电机控制器、电机和门锁联动执行机构，所述电机控制器的输入端与处理器模块连接、输出端与电机输入端连接，电机的输出端与门锁联动执行机构连接，另外，门锁联动执行机构与门锁连接。

进一步地，还包括电源模块，所述电源模块包括为整个装置供电的总电源和为红外LED模组供电的LED电源模组，所述红外LED模组通过LED电源模组与处理器模块连接，更进一步地，所述总电源和LED电源采用锂电池或碱性干电池。

进一步地，所述红外LED模组包括若干个红外大功率LED，所述LED电源模组包括与红外大功率LED的个数相等的LED电源，每个红外大功率LED通过一个LED电源与处理器模块连接，各个红外大功率LED分别受处理器模块控制。更进一步地，所述红外大功率LED和LED电源均为4个。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过设置红外LED模组，为人脸录入时提供不同的红外光照强度，使得该人脸识别装置具备了各种环境光干扰下的人脸特征数据，无论在红外环境光较强还是很弱的情况下均能进行正常的人脸比对，大大提高了人脸识别的抗环境光干扰能力和人脸比对通过率。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述人脸识别装置的原理框图。

图2为本实用新型实施例所述人脸识别装置录入人脸的流程图。

图3为本实用新型实施例所述人脸识别装置识别人脸的流程图。

图4为本实用新型实施例所述主处理器的电路图。

图5为本实用新型实施例所述副处理器的部分电路图Ⅰ。

图6为本实用新型实施例所述副处理器的部分电路图Ⅱ。

图7为本实用新型实施例所述副处理器的部分电路图Ⅲ。

图8为本实用新型实施例所述人脸识别模块的电路图。

图9为本实用新型实施例所述其中一路红外LED控制电路的电路图。

图10为本实用新型实施例所述显示屏的电路图。

图11为本实用新型实施例所述可见光摄像头模组的电路图。

图中，1、主处理器，2、副处理器，3、人脸识别模块，4、红外LED模组，5、可见光摄像头模组，6、红外摄像头模组，7、人机交互模块，71、显示屏，72、扬声器，8、唤醒模块，9、门禁控制模块，91、电机控制器，92、电机，93、门锁联动执行机构，10、总电源，11、LED电源模组，12、SDRAM，13、FLASH。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实施例所述的一种抗环境光干扰的人脸识别装置，包括处理器模块和与处理器模块连接的人脸图像采集装置，所述处理器模块至少被配置为具备人脸识别功能。

作为本实施例改进最大的地方，所述抗环境光干扰的人脸识别装置还包括与处理器模块连接的红外LED模组4，所述红外LED模组4设置于人脸识别装置的外表面且与人脸图像采集装置相匹配的位置，其被配置为用于为人脸录入时提供不同的红外光照强度以完成不同红外光照强度下的人脸特征模板采集。

进一步地，所述处理器模块可以有多种形式。例如，第一种，所述处理器模块内集成有人脸识别算法，这样就无需再连接人脸识别模块；第二种，所述处理器模块包括处理器和与处理器连接的人脸识别模块3。

以上述所述的第二种处理器模块为例，更进一步地，所述处理器包括主处理器1和副处理器2，主处理器1为低功耗处理器，所述主处理器1与副处理器2通过串口连接，所述人脸图像采集装置包括可见光摄像头模组5和红外摄像头模组6，所述红外摄像头模组6与人脸识别模块3连接用于捕捉红外人脸图像，人脸识别模块3和红外LED模组4分别与主处理器1连接，可见光摄像头模组5与副处理器2连接用于捕捉人脸图像，所述可见光摄像头模组5和红外摄像头模组6均设置于人脸识别装置的外表面且便于识别人脸的位置。

本实施例所述的人脸识别装置还包括与处理器模块连接的人机交互模块7、唤醒模块8、门禁控制模块9、电源模块、同步动态存储器SDRAM 12以及闪存FLASH 13。

本实施例中，所述人机交互模块7与副处理器2连接，其设置于人脸识别装置的外表面，所述人机交互模块7包括显示屏71和扬声器72，所述显示屏71用于显示人脸录入过程、人脸识别过程、门锁状态信息等，进一步地，所述显示屏71为触摸液晶显示屏，无需单独设置按键，通过触摸显示屏上的菜单键可输入相关指令信息等，所述扬声器72与副处理器2内置的语音编解码器通过D/A接口连接，用于播放副处理器2的提示或警示信息等。

所述唤醒模块8为启动按键或红外感应装置中的一种。由于低功耗主处理器1绝大多数时间处于休眠状态，这样可以将待机功耗降到100微安以下，故人脸录入和人脸识别时需要通过唤醒模块8将主处理器1唤醒，如果是在人脸识别装置上设置了启动按键，可以通过按下启动按键将主处理器1唤醒，如果是在人脸识别装置上设置了红外感应装置，当人走到人脸识别装置前红外感应装置自动将主处理器1唤醒，本实施例优选采用启动按键的形式。

本实施例中，所述门禁控制模块9设置于人脸识别装置内，其包括电机控制器91、电机92和门锁联动执行机构93，本实施例所述电机92为微型直流电机，所述电机控制器91的输入端通过IO口与主处理器1连接、输出端与电机92输入端连接，电机92的输出端与门锁联动执行机构93连接，当人脸识别模块3捕捉的人脸数据与事先注册生成的特征数据比对成功后，主处理器1控制电机控制器91开启以驱动电机92转动，从而使门锁联动执行机构93将门锁打开。

本实施例中，所述电源模块包括为整个装置供电的总电源10和为红外LED模组供电的LED电源模组11，所述红外LED模组4通过LED电源模组11与主处理器1连接，优选所述总电源和LED电源采用锂电池或碱性干电池。

本实施例中，所述SDRAM 2和FLASH 3通过数据总线分别与副处理器5连接。

本实施例中，所述红外LED模组4包括若干个红外大功率LED，所述LED电源模组11包括与红外大功率LED的个数相等的LED电源，每个红外大功率LED通过一个LED电源与主处理器1连接。本实施例优选，所述红外大功率LED和LED电源均为4个，定义为红外大功率LED一、红外大功率LED二、红外大功率LED三和红外大功率LED四以及LED电源一、LED电源二、LED电源三和LED电源四，也可以根据具体情况选用其他数量，进一步地，所述4个红外大功率LED为相同规格，相应地，4个LED电源的规格也相同，本实施例采用850nm的红外LED，当然也可以选用其他波长的红外LED。

本实施例中，如图4所示，所述主处理器1采用飞思卡尔的32位工业级ARM处理器KL16Z256LH4，该处理器主频为48MHZ，自带FLASH 256KB，RAM 32KB，串口3个，SPI总线2个，I2C总线2个。支持超低功耗运行，休眠时电流只有20微安。除此之外还集成看门狗。PIN1和PIN2脚（即U1_TX和U1_RX）为串口1，该口作为通信口，和电脑上位机进行通信；PIN11和PIN12脚（即LRXD和LTXD）为串口2，该口和副处理器2通信，用来进行显示控制方面的数据交互；PIN23和PIN24脚（即U0_RX和U0_TX）为串口0，该口作为与人脸识别模块3的通信口，用来发送模块的采集命令及数据获取；PIN39~PIN42脚为GPIO口，用来控制红外大功率LED灯的启闭，当输出高电平时红外大功率LED灯亮，低电平时红外大功率LED灯灭。

本实施例中，所述副处理器2采用新唐的32位ARM处理器N32926，该处理器支持CMOS摄像头接入，支持同步数字LCD屏，最大可接入分辨率1024×768 TFT屏，主频240MHZ，64M DDR2 RAM。该芯片内置了SDRAM，并采用LQFP128封装，大大降低了PCB设计要求，减少了很多外围布线。如图5-7所示，PIN80和PIN81脚作为串口通信口，和主处理器1进行数据交互；PIN53~PIN70脚为液晶显示屏的数据线，PIN73~PIN76脚为液晶显示屏的控制线，这些数据控制信号连接至液晶显示屏；从PIN7脚开始的SPD0~SPD7为摄像头数据线，PIN19~PIN23脚的信号线为摄像头的控制线，这些线都和可见光摄像头P9进行连接，以获取可视图像。

本实施例中，如图8所示，所述人脸识别模块3的PIN1和PIN2脚为串口通信口，与主处理器1进行通信；PIN3和PIN4脚作为备用串口通信口，预留；PIN8和PIN10脚为USB通信口，在本实施例中未采用USB口通信。

本实施例中，红外大功率LED的控制电路共有4路，如图9所示为其中一路红外LED的控制电路。该电路由可控DC-DC降压开关电源完成，PIN1脚为使能脚，高地平开启，低电平关闭；PIN4脚为系统5V电源输入，PIN3脚SW为开关电源开关管的输出，PIN5脚作为输出反馈，开启时开关电源开始工作，将输出电压稳定在DC1.8V，红外LED灯处于点亮状态，此时输出电流约在700毫安左右。

本实施例中，所述显示屏71采用群创的5英寸TFT LCD液晶屏，如图10所示，分别率为640×480，该屏采用同步数字接口。LD0~LD15为液晶显示屏的数据线，PIN10脚 LVSYNC为帧同步信号，PIN11脚LHSYNC为行同步信号，PIN37脚 LPCLK为像素时钟，这些信号都连接至副处理器2。

本实施例中，所述可见光摄像头模组5的型号为OV7725，如图11所示，其中SPD0~SPD7为数据信号，SDA和SCL为I2C接口用来进行参数设置，PIN7脚SVSYNC为帧同步信号，PIN9脚SHSYNC为行同步信号，PIN13脚SXCLKO为像素时钟信号，这些信号均连接至副处理器2。

在人脸识别之前需要事先录入人脸，具体流程如图2所示，首先，按下启动按键，通过中断唤醒低功耗主处理器1，主处理器1开启副处理器2及相关外围电路的工作电源，显示屏71上出现了人脸录入菜单，点击该菜单，副处理器2通过串口告知主处理器1需要录入人脸，接下来主处理器1马上发送注册人脸指令给人脸识别模块3，录入过程中，主处理器1控制先启动红外大功率LED一，此时有一个红外光照强度，本实施例优选每个红外大功率LED的红外光照强度均为150uw/cm²，本实施例优选在此红外光强度下录制两个人脸模板（也可以在一个红外光照强度下录制其他数量的人脸模板，人脸模板数量越多，采集到的人脸特征越详细），然后，再启动红外大功率LED二，此时红外光照强度为300uw/cm²，同样在此光照强度下录制两个人脸模板，依次类推录制八个人脸模板，在最后两个人脸模板录制时红外光照强度达到600uw/cm²，已经是一个很强的红外光照强度。接下来关闭4个红外大功率LED和人脸识别模块的电源，一个含有不同红外光照强度信息的、完整的人脸特征模板采集完成。

当需要人脸识别开门时，如图3所示，首先按下启动按键，主处理器1被中断触发，程序马上启动其中一个红外大功率LED（保证能提供一定的红外光照强度即可，但又不能太强，也可以选择启动2个或3个）和人脸识别模块3，人脸识别模块3根据捕捉到的图像生成特征数据，该特征数据与事先注册时生成的特征数据中的八个人脸模板一一比对，比对成功后，主处理器1控制电机控制器91开启以驱动电机92转动，从而使门锁联动执行机构93将门锁打开，此时完成了人脸识别开门的流程。

以上仅描述了本实用新型的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗环境光干扰的人脸识别装置，包括处理器模块和与处理器模块连接的人脸图像采集装置，所述处理器模块至少被配置为具备人脸识别功能，其特征在于，还包括与处理器模块连接的红外LED模组（4），所述红外LED模组（4）设置于人脸识别装置的外表面且与人脸图像采集装置相匹配的位置，其被配置为用于为人脸录入时提供不同的红外光照强度。

2.根据权利要求1所述的抗环境光干扰的人脸识别装置，其特征在于，所述处理器模块内集成有人脸识别算法，或，所述处理器模块包括处理器和与处理器连接的人脸识别模块（3）。

3.根据权利要求2所述的抗环境光干扰的人脸识别装置，其特征在于，所述处理器包括主处理器（1）以及与主处理器连接的副处理器（2）。

4.根据权利要求1-3任一项所述的抗环境光干扰的人脸识别装置，其特征在于，所述人脸图像采集装置包括可见光摄像头模组（5）和红外摄像头模组（6）。

5.根据权利要求4所述的抗环境光干扰的人脸识别装置，其特征在于，还包括与处理器模块连接的人机交互模块（7），所述人机交互模块（7）设置于人脸识别装置的外表面，所述人机交互模块（7）包括显示屏（71）和扬声器（72）。

6.根据权利要求5所述的抗环境光干扰的人脸识别装置，其特征在于，还包括与处理器模块连接且用于唤醒处理器模块的唤醒模块（8）。

7.根据权利要求5或6所述的抗环境光干扰的人脸识别装置，其特征在于，还包括门禁控制模块（9），所述门禁控制模块（9）包括电机控制器（91）、电机（92）和门锁联动执行机构（93），所述电机控制器（91）的输入端与处理器模块连接、输出端与电机（92）输入端连接，电机（92）的输出端与门锁联动执行机构（93）连接。

8.根据权利要求7所述的抗环境光干扰的人脸识别装置，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块包括为整个装置供电的总电源（10）和为红外LED模组供电的LED电源模组（11），所述红外LED模组（4）通过LED电源模组（11）与处理器模块连接。

9.根据权利要求8所述的抗环境光干扰的人脸识别装置，其特征在于，所述红外LED模组（4）包括若干个红外大功率LED，所述LED电源模组（11）包括与红外大功率LED的个数相等的LED电源，每个红外大功率LED通过一个LED电源与处理器模块连接。

10.根据权利要求9所述的抗环境光干扰的人脸识别装置，其特征在于，所述红外大功率LED和LED电源均为4个。