一种基于紫外光源的人脸识别系统的制作方法

本发明涉及图像识别技术，更具体地说，涉及一种基于紫外光源的人脸识别系统。

背景技术：

人脸识别是基于计算机、图像处理和模式识别等技术的生物识别技术，与其它识别技术(例如指纹识别、虹膜识别等)相比较，具有简便、易用、卫生、非接触和非侵扰等诸多优点，因此被广泛应用在身份识别、身份确认和身份验证领域。对于身份识别，可根据人脸图像识别出人物的身份，解决是谁的问题，例如在公安系统中根据罪犯的照片从数据库中查出罪犯的身份；对于身份确认和验证，判断图像中的人脸是否是指定的人，即解决是不是某人的问题，例如安全检查、门禁系统中对访问者的身份验证，访问者为指定的合法人员才允许通过。此外，还可以应用在家庭娱乐领域，例如能识别主人身份的智能玩具和机器人等。

人脸识别过程通常包括三个步驟：(1)采集人脸图像；(2)人脸特征提取；(3)人脸特征比对。具体过程为：通过成像装置(如摄像机、数码相机等)采集人脸图像序列，然后将这些图像序列发送至计算机进行处理；在计算机中，从输入的图像中检测定位人脸部分，并在对人脸姿态进行校正后提取人脸的特征信息；将待识别的人脸特征信息与计算机的人脸特征数据库中的人脸图像进行比对，输出比对的相似度。

要获得高度可靠、精确的人脸识别效果，所提取的人脸特征应能反映脸部的本质特征，即不会随皮肤色调、面部毛发、发型、眼镜、表情、姿态和光线而变化。但是，研究表明，由光线造成的同一人脸的图像差别要远远大于不同人脸的图像差别。现有的人脸识别技术主要依赖的是环境光源。但在实际应用过程中，环境光线变化多样，特别是在室外环境下，环境光线经常变化，且难以控制。由于每次人脸信息采集时的外部环境不同，不能保证每次采集时人脸数据的一致性，因环境光源的变化会使得获取的人脸图像发生显著的变化，导致所提取的人脸特征信息发生显著变化，因此进行人脸信息比对时会出现误差，导致人脸特征比对的准确率下降，从而影响了人脸识别的性能，因此现有的人脸识别系统只能在室内使用，大大限制了人脸识别系统的应用。

自然界的光可以分为可见光和非可见光，而非可见光又可以分为紫外光和红外光，红外光和可见光在自然界中大量存在，易受环境变化的影响，红外光源产生的红外光对于环境光线的影响会比较低，而自然界中紫外光所占的比例最小，但其受环境光线变化的影响最低，因此，需要一种基于紫外光源获取人脸图像，进而进行人脸识别的系统，能在室外使用，并能克服现有的人脸识别技术中环境光线对人脸图像穗定性的影响，从而获取比较稳定的人脸图像，提高了识别率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于紫外光源的人脸识别系统，旨在解决现有技术由于环境光线的影响只可适用在室内，并且人脸图像稳定性不高的问题。

为实现发明目的，所述一种基于紫外光源的人脸识别系统，包括成像装置和数据处理器，所述成像装置采集人脸图像并交给所述数据处理器进行图像处理，还包括为所述成像装置设置用于辅助其成像的光学系统，所述光学系统包括紫外光源和紫外滤光片，所述紫外光源直接或间接投射到脸部识别区域，所述紫外滤光片位于所述成像装置的镜头前，与所述紫光光源的波长相匹配，用于滤除可见光和红外光。

优选地，所述紫外光源位于所述成像装置的镜头周边，面向人脸，并相对所述成像装置的镜头成中心对称。

优选地，所述光学系统还包括紫外光反射装置，所述紫外光反射装置位于所述成像装置的镜头周边，面向人脸，用于对紫外光进行反射。

进一步优选地，所述紫外光源位于人脸周围，面向所述紫外光反射装置，所述紫外光源发出的光经所述紫外光反射装置反射后，照射到人脸区域。

优选地，所述紫外滤光片为滤除可见光和红外光且可通过紫外光的带通型或截止型的紫外滤光镜片。

优选地，所述成像装置的镜头内部加有与所述紫外光源的波长相匹配，用于滤除可见光和红外光的镀膜。

进一步优选地，所述紫外光源是UVA紫外光源、UVB紫外光源或UVC紫外光源。

在本发明基于紫外光源的人脸识别系统中，所述人脸识别系统还包括与所述成像装置及所述数据处理器连接的模数转换模块，所述模数转换模块用于将所述成像装置釆集到的模拟人脸图像转换为数字人脸图像，并将所述数字人脸图像交给所述数据处理器进行图像处理。

在本发明基于紫外光源的人脸识别系统中，所述人脸识别系统还包括数据库，所述数据库存储了标准的人脸图像信息，所述数据处理器采用人脸识别算法对接收到的数字人脸图像进行分割处理，提取人脸图像信息，并与所述数据库中存储的标准人脸图像信息进行比对，输出比对的相似度。

本发明通过设置辅助成像的紫外光源，可有效降低环境光线中的可见光和红外光的比例，最大限度的避开外界光线的变化对人脸成像的影响，在成像装置处设置与紫外光源匹配的紫外滤光片和镀膜，可抑制可见光和红外光，进一步增强了人脸成像的稳定性，由于紫外光不易受环境变化的影响，使本发明可以适用在室外的环境下，扩大了人脸识别系统的应用环境，同时因本发明成像的稳定性，提高了人脸识别系统的识别率，另外，本发明通过紫外光反射装置对紫外光源发出的光进行反射，使得紫外光源可以设在人脸的一端而不用面向人脸，其能减少紫外光直接照射人脸而给人带来的不适。

附图说明

图1是本发明中基于紫外光源的人脸识别系统的系统结构图；

图2是本发明的一个实施例中人脸识别系统的工作示意图；

图3是本发明的一个实施例中紫外滤光片的工作原理图；

图4是本发明的另一个实施例中人脸识别系统的工作示意图；

图5是本发明的一个实施例中人脸识别系统的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明中基于紫外光源的人脸识别系统的系统结构图，包括光学系统200、成像装置300、模数转换模块400、数据库500和数据处理器600，其中：

光学系统200为成像装置300而设置，用于辅助成像装置300成像。

成像装置300与模数转换模块400连接，用于釆集人脸图像，采集到的人脸图像为模拟人脸图像，在一实施例中，成像装置300可以是摄像机或数码相机。

模数转换模块400与成像装置300和数据处理器600连接，用于将成像装置300采集到的模拟人脸图像转换为数字人脸图像，并将数字人脸图像交给数据处理器600进行图像处理，在一实施例中，模数转换模块400可以是视频釆集卡。

数据库500与数据处理器600连接，用于存储标准的人脸图像信息。

数据处理器600与模数转换模块400及数据库500连接，用于釆用人脸识别算法对接收到的数字人脸图像进行分割处理，提取出人脸图像信息，并与数据库500中存储的标准人脸图像信息进行比对，输出比对的相似度。在一实施例中，数据处理器600连接外界设备700，该外界设备700可以是门禁控制系统、监控系统或公安档案系统等，可以通过人脸识别系统实现门禁控制、监控及犯罪分子身份识别等功能。

如图2所示，示出了本发明的一个实施例中人脸识别系统的工作示意图，其中，壳体面板1由螺栓2固定，成像装置300位于壳体面板1中，成像装置300的镜头3位于壳体面板1的中间位置。

在一个实施例中，光学系统200包括紫外光源4和紫外滤光片5，紫外光源4可以直接投射到脸部识别区域，紫外滤光片4位于成像装置300的镜头3前，与紫外光源4的波长相匹配，用于滤除可见光和红外光。如图2，在该实施例中，紫外光源4位于成像装置300的镜头3周边，面向人脸100，并相对成像装置300的镜头3成中心对称，该紫外光源4是UVA紫外光源、UVB紫外光源或UVC紫外光源。在一实施例中，该紫外光源4可以紫外线灯或紫外发光二极管，可采用UVA紫外线灯、UVB紫外线灯或UVC紫外线灯。

在壳体面板1上还装有与成像装置300及紫外光源4连接的触摸键盘6，用于控制成像装置300及紫外光源4的开关，可通过触摸键盘6感应紫外光源4。

在对人脸100进行识别的过程中，保持紫外光源4和成像装置300的相对位置固定，且紫外光源6的投射方向与成像装置300的镜头3的轴线成一锐角。在采集人脸图像时，应当尽量保持人脸100的人脸平面与成像装置300的相对位置不变，且保持人脸100的人脸平面与成像装置300的镜头3的轴线方向相互垂直，这样紫外光源4对人脸100进行照射时，所获得的图像最为稳定。在对人脸100进行识别的过程中，人如果配带加过防紫外光镀膜的眼镜，则无法使用该系统。

通过触摸键盘6感应打开紫外光源4，紫外光源4对人脸100的识别区域进行照射，使得人脸100的识别区域中的可见光和红外光的比例下降，而紫外光的比例上升，特别是在室外环境下，由于室外环境光线变化多样，可见光和红外光的比例比较大，而紫外光的比例相对小，通过对人脸100的区域进行照射，可以有效提升紫外光的比例，而由于紫外光受环境的影响最低，成像装置300对人脸100进行拍摄或摄像时，人脸100的成像更稳定。在补紫外光的时候，紫外线指数为0～2级，由于紫外线指数在0～2级的紫外线对人体的影响几乎可以忽略不计，在自然界普通的环境下，其对人体皮肤几乎无影响，属于安全的辐射范围，因此可以不采用特殊防范。另外，由于紫外光源4还可以用于人工照明，因此本发明在室内和室外环境下都可以使用。

在成像装置300的镜头3前还加装了紫外滤光片5，用于滤除可见光或红外光，以进一步减低环境光线的影响，如图3所示，示出了本发明的一个实施例中紫外滤光片5的工作原理图，紫外滤光片5是可滤除可见光和红外光且可通过紫外光的带通型或截止型的紫外滤光镜片。紫外滤光片5与紫外光源4的波长相匹配，选用紫光光源的波长需要配合相同波长的紫外滤光片才能使成像装置发挥最理想的效能。

在一实施例中，也可以不采用紫外滤光片5，而在成像装置300的镜头3内部加有与紫外光源4的波长相匹配，用于滤除可见光和红外光的镀膜，其原理与紫外滤光片5的原理相同。

如图4所示，是本发明的另一个实施例中人脸识别系统的工作示意图，其中，壳体面板1由螺栓2固定，成像装置300位于壳体面板1中，成像装置300的镜头3位于壳体面板1的中间位置，在壳体面板1上装有紫外光反射装置7，其位于成像装置300的镜头3周边，面向人脸100，用于对紫外光进行反射。

在该实施例中，光学系统200包括在紫外光源4和紫外滤光片5，紫外光源4间接投射到脸部识别区域，紫外滤光片4位于成像装置300的镜头3前，与紫外光源4的波长相匹配，用于滤除可见光和红外光。如图4，在该实施例中，紫外光源4位于人脸100的周围，可以与人脸100的人脸平面在同一平面上，也可以在人脸100的人脸平面稍后一点，紫外光源4面向紫外光反射装置7，紫外光源4发出的光将经过紫外光反射装置7反射后，再照射到人脸100区域。对比图2中的实施例，该实施例使得紫外光源4不会直接照射到人脸100上，这样，避免了由于光线直接照射人脸100而给人带来的不适。

紫外光源4是UVA紫外光源、UVB紫外光源或UVC紫外光源。在一实施例中，该紫外光源4可以紫外线灯或紫外发光二极管，可采用UVA紫外线灯、UVB紫外线灯或UVC紫外线灯。

通过触摸键盘6感应打开紫外光源4，紫外光源4发出的光经过紫外光反射装置7反射后，照射到人脸区域，使得人脸100的区域中的可见光和红外光的比例下降，而紫外光的比例上升，成像装置300对人脸100进行拍摄或摄像，由于紫外光受环境变化的影响最低，使人脸100的成像更稳定。

为进一步减低环境光线对成像的影响，在成像装置300的镜头3前还可加装有可滤除可见光和红外光的紫外滤光片5，也可以不采用紫外滤光片5，而是在成像装置300的镜头3内部加有与紫外光源4的波长相匹配，用于滤除可见光和红外光的镀膜。其原理与图2中的实施例相同。

如图5所示，是本发明的一个实施例中人脸识别系统的工作流程图，该流程包括以下步骤：

在步骤S501中，启动人脸识别系统，可通过触摸键盘6感应打开成像装置300和紫外光源4。

在步骤S502中，当人体接近该人脸识别系统时，紫外光源4会对人脸100的识别区域进行照射。可以设置紫外光源4面向人脸100，如图2中的实施例，紫外光源4对人脸100进行直接照射；也可以设置紫外光源4与人脸在同一边，如图4中的实施例，紫外光源4发出的光被紫外光反射装置7反射后，再照射到人脸100的识别区域。这时人脸100的识别区域的可见光和红外光的比例下降，而紫外光的比例上升，由于紫外光受外界环境的影响低，使本发明可在室外使用，并且能获得稳定的人脸图像。

在步骤S503中，成像装置300随紫外光源4照射区域跟踪人脸100进行拍摄。该成像装置300可以是摄像机或数码相机，其拍摄到的人脸图像为模拟人脸图像。

在步骤S504中，成像装置300将捕捉到至少一侧人脸图像传至模数转换模块400。

在步骤S505中，模数转换模块400将模拟人脸图像转换为数字人脸图像，在一实施例中，模数转换模块400可以是视频采集卡，其将接收的模拟人脸图像转换为数字人脸图像，并交给数据处理器600进行图像处理。

在步骤S506中，数据处理器600对人脸图像进行分割处理，提取出人脸图像信息，在一实施例中，数据处理器600采用人脸识别算法对接收到的数字人脸图像进行分割处理，提取出人脸图像信息。

在步骤S507中，数据处理器600将提取的人脸图像信息与数据库500中存储的人脸信息进行比对，输出比对的相似度。数据库500存储了标准的人脸图像信息，在一实施例中，标准人脸图像信息可以是在档人员的标准人脸图像，这里的在档人员可以是具有存档信息的人员，例如，在门禁系统中，在档人员可以为允许通过门禁系统内部人员；在储蓄卡持卡人的身份验证中，在档人员可以是为储蓄卡的合法持有者；这些在档人员的信息在使用人脸识别系统的单位存有档案，例如该人员的姓名、年龄等。

进行比对的方式有很多种，例如，预先设定一个比对的阀值，计算采集到的人脸图像与数据库500中的每一张人脸图像的最大相似度，如果最大相似度大于预先设定的阀值，则判定访问人员为合法人员，向外界设备700发送合法信息，否则判断访问人员为非法人员，向外界设备700发送非法信息，这里的外界设备700可以是诸如门禁控制系统、监控系统或公案档案系统等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。