一種人臉識別用的調製光補光裝置和補光方法

2023-08-07 02:54:51 2

專利名稱：一種人臉識別用的調製光補光裝置和補光方法
技術領域：
本發明涉及一種人臉識別用的調製光補光裝置和補光方法，屬於生物識別技術領 域。
背景技術：
人臉識別門禁必須白天黑夜都能正常工作，而白天和黑夜光線的動態變化範圍非 常大，夏日陽光下環境照度達50000LuX-120000LuX，夜間路燈時僅為0. lLux，星光夜裡約 為0.00035LUX。對比是50萬倍到3億倍。普通攝像機只具有3 1動態範圍，寬動態攝像 機達到100 1左右，在這種情況下用作人臉識別的攝像頭無論是否具有自動調整曝光功 能或者通過攝像頭本身的電子快門已不可能適應這麼寬的照度範圍，也就無法達到控制圖 像效果的作用。在一般的人臉識別系統中，為了克服日光對人臉識別的幹擾和解決黑暗環境中的 照明問題，普遍使用了紅外LED(發光二極體)作為主動補光光源，由穩壓或恆流驅動的紅 外LED發射近紅外光，照射在被識別的人臉上，配合近紅外濾光片，以此獲得具有一定光照 穩定性的近紅外圖像，供人臉識別模塊進行識別。加了紅外LED和紅外濾鏡後，雖然人臉識別性能有所改善，但是穩壓或恆流驅動 的紅外LED的光照度是固定不變的，以一種不變的光照度來應對非常大的環境光線的動態 範圍，仍然不能得到滿意的圖像，對人臉識別的性能造成明顯的影響。

發明內容
本發明提供的一種人臉識別用的調製光補光裝置和補光方法，使用脈寬調製驅動 電源來給紅外LED供電，能根據環境照度自動調節紅外LED的亮度，使得照射在人臉上的近 紅外照度與環境照度達到一定的正向比例關係，在一定程度上彌補環境光照和紅外LED的 光照對比問題，提高了人臉識別性能。為了達到上述目的，本發明提供一種人臉識別用的調製光補光裝置，包含依次電路連接的光傳感器、分壓電阻、控制電路、紅外LED驅動電路和紅外LED陣 列；光傳感器與分壓電阻串聯組成電阻分壓電路；該調製光補光裝置還包含分別電路連接所述控制電路的穩壓電路、晶振電路和復 位電路；所述的光傳感器採集可見環境光，轉換為相應的模擬量電阻值；所述的電阻分壓電路通過電阻分壓的方式將光傳感器輸出的模擬量電阻值轉換 為模擬電壓值；本發明的控制電路進行A/D轉換、計算高電平佔空比、輸出PWM脈衝信號來控制紅 外LED陣列中的紅外LED亮和滅的時間比例，從而調整輸出的紅外光的強度；所述的紅外LED驅動電路在控制電路的控制下，將PWM脈衝信號放大後，驅動紅外LED陣列；所述的紅外LED陣列包含若干組並聯的紅外LED組，每個紅外LED組包含若干串 聯的紅外LED和一個限流電阻；工作時，每個紅外LED流過的電流根據所選用的紅外LED額 定電流來確定，通過調節限流電阻使所選用的紅外LED達到額定工作電流值；所述的穩壓電路提供穩定的電壓給控制電路及其他元器件供電；所述的晶振電路為控制電路提供時鐘脈衝；所述的復位電路可在調試時或者故障時令調製光補光重新啟動。本發明還提供一種人臉識別用的調製光補光方法，包含以下步驟步驟1、光傳感器採集可見環境光，將可見環境光轉換為相應的模擬量電阻值，光 傳感器與分壓電阻串聯組成電阻分壓電路；步驟2、電阻分壓電路將模擬量電阻值轉換為模擬電壓信號輸出到控制電路；步驟3、控制電路將模擬電壓信號通過A/D轉換為數字量電壓值Vn ；步驟4、控制電路計算高電平佔空比Pn，跳轉到步驟5 ；Pn = ((Pl-PO)/(Vl-VO))* (Vn-VO)+PO ；其中，通過步驟4. 1得到強烈陽光環境下的數字量電壓值Vl和佔空比Pl ；通過步 驟4. 2得到黑暗環境下的數字量電壓值VO和佔空比PO ；步驟4. 1、在強烈陽光下，經光傳感器採集、並經過A/D轉換的電壓值為VI，設佔空 比 Pl = 1；步驟4. 2、在黑暗環境下，經光傳感器101採集、並經過A/D轉換的電壓值為V0，從 0開始逐步增大佔空比，LED陣列發出的紅外光也逐步增大，當調整到佔空比PO時，使得攝 像頭拍攝的人臉圖像亮度能夠達到人臉識別的要求，(具體要求的判定方法為將得到的 一定數量的圖像進行人臉識別，根據人臉識別方法對人臉檢測的結果，若檢測失敗率小於 千分之一，就判斷能達到人臉識別的要求)從而得到黑暗環境下的佔空比PO ；步驟5、控制電路輸出佔空比為Pn的PWM脈衝信號給紅外LED驅動電路；步驟6、紅外LED驅動電路將PWM脈衝信號放大後，輸出給紅外LED陣列；步驟6. 1、根據紅外LED特性調節串聯的限流電阻，確定每組LED的工作電流；步驟6. 2、根據強烈陽光下補光後的圖像質量確定LED的組數；具體步驟為保持紅外LED常亮，逐步增加紅外LED的並聯組數，直到使得攝像頭 拍攝的人臉圖像中能夠有效排除陽光造成的幹擾，得到理想的圖像；陽光對人臉識別造成的幹擾，主要有陽光從上往下直射在人臉上造成的陰影，如 鼻子、眉毛等突出部位下方的陰影、陽光從左側或右側斜射在人臉上造成的陰陽臉問題、以 及逆光時人臉圖像的黑臉問題，都是對人臉識別的幹擾。調試時逐步增加並聯的組數，使 整個LED陣列發出的紅外光隨著並聯組數的增加逐步增強，紅外光相對於陽光的比例就增 加，當這個比例增大到一定程度的時候，陰影、陰陽臉和黑臉就被照亮，得到的圖像質量就 高，具體判定的方法為將得到的一定數量的圖像進行人臉識別，根據人臉識別方法對人臉 檢測的結果，若檢測失敗率小於千分之一，就可以判定有效排除了陽光的幹擾；步驟7、紅外LED陣列發出經過PWM調製的紅外光，跳轉到步驟1 ；其中，步驟4. 1,4. 2,6. 1,6. 2隻在補光裝置第一次運行之前的調試階段執行，補 光裝置正常工作時循環執行步驟1、2、3、4、5、6、7。
本發明通過光傳感器檢測戶外可見環境光的強度，然後由控制電路輸出PWM(脈 寬調製)脈衝控制紅外LED陣列，使紅外LED陣列發出與戶外環境光強度相對應的紅外光， 達到更好的補光效果，從而進一步提高人臉識別的性能，本發明功能強、性能可靠、電路簡 單、成本低、智能化水平高。


圖1是本發明提供的一種人臉識別用的調製光補光裝置的電路結構示意圖；圖2是本發明提供的一種人臉識別用的調製光補光方法的流程圖。
具體實施例方式以下根據圖1和圖2，具體說明本發明的較佳實施方式如圖1所示，為一種人臉識別用的調製光補光裝置，該裝置包含依次電路連接的光傳感器101、分壓電阻102、控制電路103、紅外LED驅動電路 104和紅外LED陣列105 ；光傳感器101與分壓電阻102串聯組成電阻分壓電路；該調製光補光裝置還包含分別電路連接所述控制電路103的穩壓電路106、晶振 電路107和復位電路108 ；所述的光傳感器101可選用光電二極體、光電電晶體、光敏電阻、紅外線傳感器、 紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD(電荷耦合器件)和CMOS(互補金屬氧 化物半導體)圖像傳感器等；本發明選用最簡單的光傳感器光敏電阻，光敏電阻的輸出特性為線性模擬量電阻 輸出；所述的光敏電阻採集可見環境光，轉換為相應的模擬量電阻值；所述的電阻分壓電路通過電阻分壓的方式將光傳感器輸出的模擬量電阻值轉換 為模擬電壓值；本發明的控制電路103選用單片機電路，進行A/D轉換、計算佔空比、輸出PWM脈 衝信號來控制紅外LED陣列中的紅外LED亮和滅的時間比例，從而調整輸出的紅外光的強 度；在本發明中採用了單片機輸出PWM脈衝來控制紅外LED的方式，在脈衝的高電平 時，紅外LED發光，在脈衝的低電平時，紅外LED不發光，當脈衝的頻率大於IOOKHz時，相對 於攝像機的快門來說，脈衝的頻率很高，在一幅圖像的曝光周期中，包含了多個脈衝的信號 周期，其脈衝高電平佔空比越大，發光的時間越長，累積的紅外光平均亮度越強，反之，脈衝 高電平佔空比越小，發光的時間越短，累積的紅外光平均亮度越弱，在一幅圖像中的曝光量 是相當於紅外LED —直在發光，其平均亮度受到脈衝佔空比的控制；所述的紅外LED驅動電路104在控制電路103的控制下，將PWM脈衝信號放大後， 驅動紅外LED陣列；所述的紅外LED陣列105由若干串紅外LED並聯組成，每5個紅外LED串聯後再 串連一個限流電阻；工作時，每個紅外LED流過的電流根據所選用的紅外LED額定電流來確 定，通過調節限流電阻使所選用的紅外LED達到額定工作電流值；
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所述的穩壓電路106提供穩定的電壓給控制電路103及其他元器件供電；所述的晶振電路107為控制電路103提供時鐘脈衝；所述的復位電路108可在調試時或者故障時令調製光補光重新啟動。如圖2所示，為一種人臉識別用的調製光補光方法的流程圖，該補光方法包含以 下步驟步驟1、光傳感器101 (光敏電阻)採集可見環境光，將可見環境光轉換為相應的模 擬量電阻值，光傳感器與分壓電阻102串聯組成電阻分壓電路；步驟2、電阻分壓電路將模擬量電阻值轉換為模擬電壓信號輸出到控制電路103 ；步驟3、控制電路103 (單片機)將模擬電壓信號通過A/D轉換為數字量電壓值 Vn ；步驟4、控制電路103(單片機)計算高電平佔空比Pn，跳轉到步驟5 ；Pn = ((Pl-PO)/(Vl-VO))* (Vn-VO)+PO ；其中，通過步驟4. 1得到強烈陽光環境下的數字量電壓值Vl和佔空比Pl ；通過步 驟4. 2得到黑暗環境下的數字量電壓值VO和佔空比PO ；步驟4. 1、在強烈陽光下，經光傳感器101 (光敏電阻)採集、並經過A/D轉換的電 壓值為VI，設佔空比Pi = 1 ；步驟4. 2、在黑暗環境下，經光傳感器101 (光敏電阻)採集、並經過A/D轉換的電 壓值為V0，調整佔空比P0，使得攝像頭拍攝的人臉圖像亮度能夠達到人臉識別的要求(具 體要求的判定方法為將得到的一定數量的圖像(比如4000張或5000張)進行人臉識別， 根據人臉識別方法對人臉檢測的結果，就可以判定攝像頭拍攝的人臉圖像亮度能否達到人 臉識別的要求。(比如4000張或5000張中絕大多數能夠檢測出人臉，只有4張至5張不能 檢測到人臉，檢測失敗率小於千分之一，就判斷能達到人臉識別的要求))，從而得到黑暗環 境下的佔空比P0;步驟5、控制電路103 (單片機)輸出佔空比為Pn的PWM脈衝信號給紅外LED驅動 電路104 ；步驟6、紅外LED驅動電路104將PWM脈衝信號放大後，輸出給紅外LED陣列105 ；步驟6. 1、根據紅外LED特性調節串聯的限流電阻，確定每組LED的工作電流；(通 過改變串聯在每組紅外LED電路中的限流電阻來調節，工作電流的範圍依據所選用的紅外 LED的額定工作電流確定)；步驟6. 2、根據強烈陽光下補光後的圖像質量確定LED的組數，具體步驟為保持 紅外LED常亮，逐步增加紅外LED的並聯組數，直到使得攝像頭拍攝的人臉圖像中能夠有效 排除陽光造成的幹擾，得到理想的圖像；陽光對人臉識別造成的幹擾，主要有陽光從上往下直射在人臉上造成的陰影，如 鼻子、眉毛等突出部位下方的陰影、陽光從左側或右側斜射在人臉上造成的陰陽臉問題、以 及逆光時人臉圖像的黑臉問題，都是對人臉識別的幹擾。調試時逐步增加並聯的組數，使 整個LED陣列發出的紅外光隨著並聯組數的增加逐步增強，紅外光相對於陽光的比例就增 加，當這個比例增大到一定程度的時候，陰影、陰陽臉和黑臉就被照亮，得到的圖像質量就 高，具體判定的方法為將得到的一定數量的圖像(比如4000張或5000張)進行人臉識 別，根據人臉識別方法對人臉檢測的結果，就可以判定是否有效排除了陽光的幹擾。(比如4000張或5000張中絕大多數能夠檢測出人臉，只有4張至5張不能檢測到人臉，檢測失敗 率小於千分之一，就可以判定有效排除了陽光的幹擾)；步驟7、紅外LED陣列105發出經過PWM調製的紅外光，跳轉到步驟1 ；其中，步驟4. 1,4. 2,6. 1,6. 2隻在補光裝置第一次運行之前的調試階段執行，補 光裝置正常工作時循環執行步驟1、2、3、4、5、6、7。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的 描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
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權利要求
一種人臉識別用的調製光補光裝置，其特徵在於，該裝置包含依次電路連接的光傳感器(101)、分壓電阻(102)、控制電路(103)、紅外LED驅動電路(104)和紅外LED陣列(105)；所述的光傳感器(101)與分壓電阻(102)串聯組成電阻分壓電路。
2.如權利要求1所述的人臉識別用的調製光補光裝置，其特徵在於，所述的調製光補 光裝置還包含分別電路連接所述控制電路(103)的穩壓電路(106)、晶振電路(107)和復位 電路(108)。
3.如權利要求1所述的人臉識別用的調製光補光裝置，其特徵在於，所述的紅外LED陣 列(105)包含若干組並聯的紅外LED組，每個紅外LED組包含若干串聯的紅外LED和一個 限流電阻。
4.如權利要求1所述的人臉識別用的調製光補光裝置，其特徵在於，所述的光傳感器 (101)選用光電二極體、光電電晶體、光敏電阻、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電 傳感器、色彩傳感器、CCD電荷耦合器件和CMOS互補金屬氧化物半導體圖像傳感器中的任意一種。
5.如權利要求4所述的人臉識別用的調製光補光裝置，其特徵在於，所述的光傳感器 (101)優選光敏電阻。
6.如權利要求1所述的人臉識別用的調製光補光裝置，其特徵在於，所述的控制電路 (103)採用單片機。
7.一種人臉識別用的調製光補光方法，其特徵在於，該補光方法包含以下步驟 步驟1、光傳感器(101)採集可見環境光，將可見環境光轉換為相應的模擬量電阻值，光傳感器(101)與分壓電阻(102)串聯組成電阻分壓電路；步驟2、電阻分壓電路將模擬量電阻值轉換為模擬電壓信號輸出到控制電路(103)； 步驟3、控制電路(103)將模擬電壓信號通過A/D轉換為數字量電壓值Vn ； 步驟4、控制電路(103)計算高電平佔空比Pn，跳轉到步驟5 ； Pn = ((Pl-PO)/(Vl-VO))* (Vn-VO)+PO ；其中，通過步驟4. 1得到強烈陽光環境下的數字量電壓值Vl和佔空比Pl ；通過步驟 4. 2得到黑暗環境下的數字量電壓值VO和佔空比PO ；步驟5、控制電路(103)輸出佔空比為Pn的PWM脈衝信號給紅外LED驅動電路(104)； 步驟6、紅外LED驅動電路(104)將PWM脈衝信號放大後，輸出給紅外LED陣列(105)； 步驟7、紅外LED陣列(105)發出經過PWM調製的紅外光，跳轉到步驟1。
8.如權利要求7所述的人臉識別用的調製光補光方法，其特徵在於，在補光裝置第一 次運行之前的調試階段執行如下步驟步驟4. 1、在強烈陽光下，經光傳感器101採集、並經過A/D轉換的電壓值為VI，設佔空 比 Pl = 1；步驟4. 2、在黑暗環境下，經光傳感器101採集、並經過A/D轉換的電壓值為V0，從0開 始逐步增大佔空比，LED陣列發出的紅外光也逐步增大，當調整到佔空比PO時，使得攝像頭 拍攝的人臉圖像亮度能夠達到人臉識別的要求，從而得到黑暗環境下的佔空比P0。
9.如權利要求7所述的人臉識別用的調製光補光方法，其特徵在於，在補光裝置第一 次運行之前的調試階段執行如下步驟步驟6. 1、根據紅外LED特性調節串聯的限流電阻，確定每組LED的工作電流； 步驟6. 2、根據強烈陽光下補光後的圖像質量確定LED的組數。
10.如權利要求9所述的人臉識別用的調製光補光方法，其特徵在於，所述的確定LED 的組數的具體步驟為保持紅外LED常亮，逐步增加紅外LED的並聯組數，直到使得攝像頭 拍攝的人臉圖像中能夠有效排除陽光造成的幹擾，得到理想的圖像。
全文摘要
一種人臉識別用的調製光補光裝置和補光方法，該裝置包含依次電路連接的光傳感器、分壓電阻、控制電路、紅外LED驅動電路和紅外LED陣列，還包含分別電路連接所述控制電路的穩壓電路、晶振電路和復位電路。通過光傳感器檢測戶外可見環境光的強度，然後由控制電路輸出PWM(脈寬調製)脈衝控制紅外LED陣列，使紅外LED陣列發出與戶外環境光強度相對應的紅外光，達到更好的補光效果，從而進一步提高人臉識別的性能。
文檔編號H05B37/02GK101917795SQ201010220898
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者唐堅, 朱學曦 申請人:上海洪劍智能科技有限公司