專利名稱：人臉識別裝置及人臉圖像識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人臉識別技術(shù)。
背景技術(shù)：
人臉識別是當(dāng)前生物特征識別領(lǐng)域的一大熱點，具有直觀性、方便性、非接觸性、友好性、用戶接受度高等顯著優(yōu)點。在人臉識別中，采集到的人臉圖像質(zhì)量的好壞會直接影響到識別性能，然而，現(xiàn)有的很多人臉識別裝置中通過將攝像頭軸線固定在水平方向，這一般只適合標(biāo)準(zhǔn)身高的用戶，對于身高偏高或偏矮的部分用戶，采集的圖像幾乎無法進(jìn)行人臉識別
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明鑒于以上問題，提供了一種人臉識別裝置以及人臉圖像識別方法。本發(fā)明的一方面提供人臉識別裝置其包括攝攝像頭(6)，其用于獲取人臉圖像；伺服單元(13)，其用于帶動攝像頭(2)以設(shè)定速度轉(zhuǎn)動；以及控制單元(12)，其用于控制所述伺服單元(13)帶動所述攝像頭(6 )以設(shè)定速度轉(zhuǎn)動，并控制所述攝像頭(6 )在轉(zhuǎn)動的同時以設(shè)定的掃描速度獲取人臉圖像。本發(fā)明的另一方面提供人臉圖像識別方法，用于人臉識別裝置，該人臉識別裝置具有攝像頭，其包括為人臉識別裝置的攝像頭配置伺服單元的步驟；由伺服單元控制攝像頭轉(zhuǎn)動，并以設(shè)定掃描速度獲取人臉圖像的步驟；以及對所獲取的人臉圖像進(jìn)行處理的步驟。本發(fā)明提供的人臉識別裝置以及人臉圖像識別方法，通過轉(zhuǎn)動攝像頭并以設(shè)定掃描速度獲取多個人臉圖像，只要攝像頭轉(zhuǎn)動角度以及掃描速度設(shè)置合適，所獲取的多個人臉圖像中至少有一個或幾個適于進(jìn)行識別的人臉圖像，因此，通過轉(zhuǎn)動攝像頭并以設(shè)定掃描速度獲取多個人臉圖像可使人臉識別裝置適用于較寬身高范圍的使用者。在本發(fā)明一種優(yōu)選方式中，當(dāng)獲取多個人臉圖像后，首先從該多個人臉圖像中選出符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像，然后再對該符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像進(jìn)行識別，這樣對于較寬身高范圍內(nèi)的使用者均可獲得一個或多個可用于識別的高質(zhì)量的人臉圖像，從而提高了人臉識別裝置的識別效果以及效率。


圖I為本發(fā)明一實施方式的人臉識別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I所示的人臉識別裝置的左視圖；圖3為圖I所示的人臉識別裝置的功能結(jié)構(gòu)圖；圖4為圖I所示的人臉識別裝置的伺服單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖I所示的人臉識別裝置的攝像頭的轉(zhuǎn)動示意圖；圖6為本發(fā)明一實施方式的人臉圖像識別方法的流程圖7為本發(fā)明一實施方式的人臉圖像識別方法的流程圖。
具體實施例方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明提供的人臉識別裝置以及人臉圖像識別方法進(jìn)行詳細(xì)描述。在這些附圖中，對于相同或者相當(dāng)?shù)臉?gòu)成要素，標(biāo)注相同標(biāo)號。圖I為本發(fā)明人臉識別裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I所示人臉識別裝置的左視圖。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的人臉識別裝置100包括本體I、顯示屏2，鍵盤區(qū)3，濾光片4、指示燈5、攝像頭6、傾斜面板7以及設(shè)置在本體I內(nèi)部的電路單元。在本實施方式中，本體I表面大致呈矩形，其在實際應(yīng)用中可固定于墻體等位置上。顯示屏2設(shè)置在本體I上方，用于顯示用戶身份信息以及識別結(jié)果。鍵盤區(qū)3位于顯示屏2的下方，用于輸入信息，比如員工工號、身份證號碼等。在鍵盤區(qū)3的下方設(shè)置有傾斜面板7，該傾斜面板7相對本體I傾斜設(shè)置，其與水平面的夾角(角度C)為46度-59度， 優(yōu)選為53度。在傾斜面板7上設(shè)置有凹槽70，指示燈5設(shè)置在凹槽外側(cè)的邊緣位置，指示燈顏色的改變表示有人體接近人臉識別裝置。攝像頭6設(shè)置在凹槽70內(nèi)，其例如采用百萬像素圖像傳感器(CMOS或(XD)。濾光片4例如為透紅外光的濾光片，設(shè)置在攝像頭6的上方，可反射自然光，并透射紅外光。需要指出的是，雖然在本實施方式中，攝像頭6的數(shù)量優(yōu)選為一個，且攝像頭6的最優(yōu)位置是在濾光片4的正中間，但在實際應(yīng)用中不局限于此，而是可根據(jù)具體情形設(shè)置攝像頭的數(shù)量以及位置。此外，在實際應(yīng)用中，也可以沒有傾斜面板7，攝像頭6位于一與本體I平行的平面上且垂直該平面安裝，也可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。還需要指出的是，雖然在本實施例中，傾斜面板7設(shè)置在本體I下方，但是在實際應(yīng)用中，不局限于該方式，例如，傾斜面板7可覆蓋本體I整個表面，或者本體I前表面為一傾斜面，其與水平面的夾角為優(yōu)選為46-59度，此時，光源、顯示屏、攝像頭、鍵盤區(qū)等均設(shè)置在該傾斜面板上或傾斜面上。進(jìn)一步地，在實際應(yīng)用中，人臉識別裝置100還可包括光源，例如由多個線性排布的發(fā)光二極管構(gòu)成的光源，二極管的數(shù)量根據(jù)人臉識別裝置的尺寸而定。 在本實施方式中，為了獲取高質(zhì)量的人臉圖像以便于進(jìn)行識別，在凹槽70中還設(shè)置有伺服單元，其與攝像頭6電性連接。伺服單元帶動攝像頭6以設(shè)定的速度轉(zhuǎn)動，而攝像頭6在轉(zhuǎn)動的同時以設(shè)定掃描速度獲取一定數(shù)量的人臉圖像，處理單元14可對該一定數(shù)量的人臉圖像進(jìn)行處理，從而得到高質(zhì)量的人臉圖像用于人臉識別。下面結(jié)合圖3至圖5對本發(fā)明提供的人臉識別裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。圖3為圖I所示的人臉識別裝置的功能結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，本發(fā)明的人臉識別裝置100包括人體接近感應(yīng)單元11、控制單元12、伺服單元13以及處理單元14。其中，人體接近感應(yīng)單元11與控制單元12電性連接，控制單元12與伺服單元13電性連接，伺服單元13與攝像頭6電性連接；控制單元12接收人體接近感應(yīng)單元11發(fā)送的信號，根據(jù)預(yù)設(shè)信息給伺服單元13發(fā)送相應(yīng)的控制信號，伺服單元13以設(shè)定的速度帶動攝像頭6上下轉(zhuǎn)動，與此同時，攝像頭6以設(shè)定的掃描速度獲取一定數(shù)量的人臉圖像，并通過數(shù)據(jù)傳輸接口(USB或網(wǎng)口)發(fā)送至處理單元14中進(jìn)行處理。處理單元14將得到的高質(zhì)量的人臉圖像發(fā)送至識別單元15進(jìn)行人臉識別。人體接近感應(yīng)單元11是人體接近感應(yīng)傳感器，用于感應(yīng)是否有人體有接近人臉識別裝置100。在本實施例中，人體接近感應(yīng)傳感器根據(jù)需要選擇兩線制接近傳感器、直流三線式接近傳感器、電容型接近傳感器、光電型接近傳感器、超聲波型接近傳感器、磁性接近傳感器和霍爾式接近傳感器等。人體接近感應(yīng)單元11在檢測到有人接近人臉識別裝置100時，向控制單元12發(fā)送人體接近信號。控制單元12在接收到該人體接近信號后，控制攝像頭6將其喚醒或復(fù)位上電進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)連續(xù)一段時間人體接近感應(yīng)單元11未檢測到靠近人臉識別裝置的人體時，控制單元12控制攝像頭6休眠或斷電。該時間段可以進(jìn)行任意設(shè)定，如設(shè)定為3分鐘或5分鐘等，這樣，能夠顯著降低人臉識別裝置100的能耗，并且延緩攝像頭6的老化。
在本實施方式中人體接近感應(yīng)單元11的感應(yīng)范圍優(yōu)選接近于人臉識別裝置的攝像頭4的工作范圍，這樣就可排除部分無意義的人體接近信號，避免了攝像頭4的頻繁啟動。本實施方式的人臉識別裝置100由于人體接近感應(yīng)單元11可自動感應(yīng)是否有人體接近人臉識別裝置100，并且當(dāng)有人體接近時自動開始獲取人臉圖像并進(jìn)行人臉識別，因而具有較高的易用性以及用戶體驗。需要指出的是，雖然在本實施方式中設(shè)置人體接近感應(yīng)單元11來自動感應(yīng)是否有人體接近人臉識別裝置100，但是在實際應(yīng)用中，也可不設(shè)置人體接近感應(yīng)單元11，例如可通過使用者操作按鍵或刷卡來啟動人臉識別裝置100進(jìn)行識別工作。伺服單元13例如為微型步進(jìn)電機(jī)，其安裝于攝像頭6的下方并與控制單元12電性連接。如圖4所示，攝像頭6垂直于傾斜面板7安裝，齒輪8與攝像頭6相連接，微型步進(jìn)電機(jī)10包括傳動軸9，傳動軸9與齒輪8相連接，齒輪8上具有兩個相互咬合的齒輪，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)10旋轉(zhuǎn)的時候，兩個齒輪帶動旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而促使攝像頭轉(zhuǎn)動?？刂茊卧?2的RS232C接口里的輸出線接到步進(jìn)電機(jī)10接口電路，進(jìn)行功率放大，再連接到步進(jìn)電機(jī)10，控制步進(jìn)電機(jī)10旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步的，所述攝像頭6設(shè)置有控制轉(zhuǎn)動范圍的限位開關(guān)。當(dāng)然，在實際應(yīng)用中還可以采用絲杠螺母把微型步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，以帶動攝像頭6的轉(zhuǎn)動。進(jìn)一步地，伺服單元13還可以包括電機(jī)安裝座用以安裝步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)然，本發(fā)明實現(xiàn)該功能的并不限于步進(jìn)電機(jī)一種方式，任何可以使物體的位置、方位等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)的任意變化的自動控制單元均可以在這里使用。例如，直流無槽、直流永磁有刷電機(jī)，以及永磁交流伺服電機(jī)系統(tǒng)、正弦波交流伺服系統(tǒng)等等。在本實施方式中，當(dāng)控制單元12接收人體接近感應(yīng)單元11發(fā)送的人體接近信號后，指示伺服單元13以設(shè)定速度帶動攝像頭6轉(zhuǎn)動，同時控制單元12控制攝像頭6以設(shè)定掃描速度獲取人臉圖像，例如以16幀/秒的掃描速度獲取人臉圖像。在本實施方式中，攝像頭6轉(zhuǎn)動的方向是上下方向，并且可設(shè)定使攝像頭6轉(zhuǎn)動一定的角度或在一定角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。如圖5所示，相對傾斜面板7上下轉(zhuǎn)動60度(角度A)，即攝像頭6的轉(zhuǎn)動范圍為120度(角度C)。在實際應(yīng)用中，可以采用光電限位開關(guān)來控制攝像頭4的極限行程(或角度)。需要指出的是，本發(fā)明不限于這些具體設(shè)定的速度、方向和角度，這些參數(shù)是可以在具體的應(yīng)用環(huán)境中根據(jù)客戶的需求在控制器中進(jìn)行更改的，比如24幀/秒、32幀/秒、64幀/秒，等等，轉(zhuǎn)動的方向也可以是左右方向、或360度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動角度可以是±90度的范圍內(nèi)任意角度，如30度、60度、90度、120度、130度、140度、150度、160度、170度、180度的
轉(zhuǎn)動范圍。當(dāng)攝像頭6獲取人臉圖像結(jié)束后，將所獲取的所有人臉圖像發(fā)送至處理單元14，處理單元14對所獲取的所有人臉圖像進(jìn)行處理，以得到高質(zhì)量的人臉圖像用于人臉識別。具體地，處理單元14首先從所獲取的所有人臉圖像中選擇一最符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像作為后續(xù)人臉識別的基礎(chǔ)。所述預(yù)設(shè)條件是當(dāng)前人臉與攝像頭之間的位置達(dá)到最佳識別位置掃描得到的人臉圖像。這是因為掃描過程中對高矮不一的用戶，會掃描到除人臉以外的身體其他部位，如脖子、肩膀等，所以處理單元14對所獲取的所有人臉圖像進(jìn)行人臉檢測，檢測到人臉后按像素點范圍截取人臉圖像，對非完整人臉圖像首先排除，然后對剩余的人臉圖像按順序進(jìn)行判別，選出正面人臉圖像。具體地，處理單元14對剩余的人臉圖像進(jìn)行特征提取，接著進(jìn)行該人臉圖像和數(shù)據(jù)庫中模板的匹配，比較人臉圖像與模板的匹配度，匹配度的值越大，表示是正面人臉圖像的可能性越大，最后選取匹配度的值最大的一張人臉·圖像作為識別對象。另外，對于預(yù)設(shè)的閾值范圍內(nèi)的人臉圖像也是可識別的。本實施例中，處理單元14選擇符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像進(jìn)行識別，此處的預(yù)設(shè)條件是人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中模版的匹配度最大或人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中的模版匹配度達(dá)到一設(shè)定閾值，所述設(shè)定閾值的取值范圍為60%至100%。通常情況下，用戶來到人臉識別裝置前，很難一次達(dá)到最佳識別位置，人臉相對攝像頭存在一定的偏轉(zhuǎn)或者眼瞼會遮擋住眼睛在面部的定位，如果依賴用戶自己轉(zhuǎn)動頭部來尋找這個最佳位置，會導(dǎo)致用戶體驗不佳且不能很快的找準(zhǔn)識別最佳位置。而本實施方式中，處理單元14通過大量的人臉模板樣本訓(xùn)練，已經(jīng)根據(jù)人的正面面部特征提取出了這個最佳識別位置的預(yù)設(shè)特征條件，優(yōu)選的，所述提取的面部特征點包括眼角、眼球、鼻尖、鼻翼、鼻基、下顎這六個特征點。S卩，判斷所獲取的多幅圖像中當(dāng)前用戶的人臉是正面、可以清楚定位眼睛、鼻子等各個部位最清楚的面部圖像，攝像頭6在上下轉(zhuǎn)動的過程中，會拍攝到多幅當(dāng)前用戶不同角度的人臉圖像，當(dāng)比對發(fā)現(xiàn)符合預(yù)設(shè)特征條件時，就能快速自動的選定該人臉圖像。當(dāng)處理單元14選出符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像后，將其發(fā)送至識別單元15，識別單元15對人臉圖像進(jìn)行識別，然后將識別結(jié)果顯示在顯示屏2上。需要指出的是，雖然在本實施例方式中，首先由處理單元14選擇符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像，但是在實際應(yīng)用中，也可由識別單元15直接對攝像頭6所獲取的所有人臉圖像進(jìn)行識別，只要有一幅人臉圖像符合條件，即可判定為通過識別。圖6為本發(fā)明一實施方式的人臉圖像識別方法的流程圖。如圖6所示，本實施方式的人臉圖像識別方法，用于人臉識別裝置，該人臉識別裝置具有攝像頭，其包括在步驟S21中，為人臉識別裝置的攝像頭配置伺服單元，由伺服單元控制攝像頭轉(zhuǎn)動，并以設(shè)定掃描速度獲取人臉圖像。攝像頭的轉(zhuǎn)動方向、角度以及掃描速度都可根據(jù)具體情形進(jìn)行設(shè)置，例如，可控制攝像頭上下轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動角度為水平線方向上下60度,掃描速度可為16巾貞/秒。在步驟S22中，對在步驟I中所獲取的人臉圖像進(jìn)行處理，從中選出符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像。所述預(yù)設(shè)條件為所述人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中模版的匹配度最大或所述人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中模版的匹配度達(dá)到設(shè)定閾值。具體處理過程如前所述，在此不再贅述。在步驟S23中，對在步驟S22中選取的符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像進(jìn)行識別，并顯示識別結(jié)果。圖7為本發(fā)明另一實施方式的人臉圖像識別方法的流程圖。如圖7所示，本實施方式的人臉圖像識別方法，用于人臉識別裝置，該人臉識別裝置具有攝像頭，其包括在步驟S20中，判斷是否有人體接近人臉識別裝置，具體判斷方法如前所述在此不再贅述。如果有人體接近時，轉(zhuǎn)入步驟S21至S23，步驟S21至S23同前所述，在此不再贅述。如果沒有人體接近則轉(zhuǎn)入步驟S24，結(jié)束。例如，在步驟24中，控制攝像頭休眠或斷電。需要指出的是，上述實施方式中的人臉識別方法，均是首先從攝像頭所獲取的所有人臉圖像中選出符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像，然后對該人臉圖像進(jìn)行識別。但是在實際應(yīng) 用中，也可直接對攝像頭所獲取的所有人臉圖像或符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像進(jìn)行識別，此處的預(yù)設(shè)條件是人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中的模版匹配度達(dá)到一設(shè)定閾值，所述設(shè)定閾值的取值范圍為60%至100%，只要有一幅符合條件，即可判定為通過識別。以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)區(qū)間。
權(quán)利要求
1.一種人臉識別裝置，其特征在于，包括 攝像頭(6)，其用于獲取人臉圖像； 伺服單元(13)，其用于帶動攝像頭(6)以設(shè)定速度轉(zhuǎn)動；以及 控制單元(12)，其用于控制所述伺服單元(13)帶動所述攝像頭(6)以設(shè)定速度轉(zhuǎn)動，并控制所述攝像頭(6 )在轉(zhuǎn)動的同時以設(shè)定的掃描速度獲取人臉圖像。
2.如權(quán)利要求I所述的人臉識別裝置，其特征在于，所述伺服單元(13)包括步進(jìn)電機(jī)，其內(nèi)設(shè)有傳動軸，該傳動軸旋轉(zhuǎn)帶動所述攝像頭(6 )轉(zhuǎn)動。
3.如權(quán)利要求I所述的人臉識別裝置，其特征在于，所述攝像頭(6)上下轉(zhuǎn)動。
4.如權(quán)利要求3所述的人臉識別裝置，其特征在于，所述攝像頭(6)轉(zhuǎn)動的角度范圍為30 度-180 度。
5.如權(quán)利要求I所述的人臉識別裝置，其特征在于，還包括人體接近感應(yīng)單元(11)，其用于感應(yīng)是否有人體接近所述人臉識別裝置，并且當(dāng)有人體接近所述人臉裝置時向所述控制單元(12)發(fā)送人體接近信號。
6.如權(quán)利要求5所述的人臉識別裝置，其特征在于，所述控制單元(12)在接收到所述人體接近信號后，指示所述伺服單元(13)帶動所述攝像頭(6)以設(shè)定速度轉(zhuǎn)動，并控制所述攝像頭(6 )在轉(zhuǎn)動的同時獲取一定數(shù)量的人臉圖像。
7.如權(quán)利要求1-6任意一項所述的人臉識別裝置，其特征在于，還包括處理單元(14)和識別單元(15)，其中， 所述處理單元(14)從所述攝像頭(6)所獲取的所有人臉圖像中選出符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像； 所述識別單元(15)對符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像進(jìn)行識別。
8.如權(quán)利要求7所述的人臉識別裝置，其特征在于，所述預(yù)設(shè)條件是所述人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中模版的匹配度最大或所述人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中模版的匹配度達(dá)到設(shè)定閾值。
9.一種人臉圖像識別方法，用于人臉識別裝置，該人臉識別裝置具有攝像頭，其特征在于包括 為人臉識別裝置的攝像頭配置伺服單元的步驟； 由伺服單元控制攝像頭轉(zhuǎn)動，并以設(shè)定掃描速度獲取人臉圖像的步驟；以及 對所獲取的人臉圖像進(jìn)行處理的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的人臉圖像識別方法，其特征在于，所述對所獲取的人臉圖像進(jìn)行處理的步驟具體包括 從所獲取的所有人臉圖像中選出符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像的步驟； 對所述符合預(yù)設(shè)條件的人臉圖像進(jìn)行識別的步驟； 其中，所述預(yù)設(shè)條件是所述人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中模版的匹配度最大或所述人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中模版的匹配度達(dá)到設(shè)定閾值。
全文摘要
本發(fā)明一方面提供一種人臉識別裝置，包括攝像頭(6)，其用于獲取人臉圖像；伺服單元(13)，其用于帶動攝像頭(2)以設(shè)定速度轉(zhuǎn)動；以及控制單元(12)，其用于控制所述伺服單元(13)帶動所述攝像頭(6)以設(shè)定速度轉(zhuǎn)動，并控制所述攝像頭(6)在轉(zhuǎn)動的同時以設(shè)定的掃描速度獲取人臉圖像。本發(fā)明的另一方面提供一種人臉圖像識別方法，用于人臉識別裝置，該人臉識別裝置具有攝像頭，其包括為人臉識別裝置的攝像頭配置伺服單元的步驟；由伺服單元控制攝像頭轉(zhuǎn)動，并以設(shè)定掃描速度獲取人臉圖像的步驟；以及對所獲取的人臉圖像進(jìn)行處理的步驟。本發(fā)明提供的人臉識別裝置以及人臉圖像識別方法具有良好的識別效果和識別效率。
文檔編號H04N5/232GK102930256SQ20121045745
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者袁禮君, 宋柏君, 丁少楓, 張華玲 申請人:漢王科技股份有限公司