一种摄像装置人脸跟踪方法、系统及电子设备与流程

1.本发明涉及生物特征识别技术领域，具体涉及一种摄像装置人脸跟踪方法、系统及电子设备。


背景技术：

2.人脸检测问题最初来源于人脸识别。人脸识别的研究可以追溯到上个世纪六、七十年代，经过几十年的曲折发展已日趋成熟。当前国外对人脸检测问题的研究很多，比较著名的有mit，cmu等；国内的清华大学、中科院计算所和自动化所、南京理工大学、北京工业大学等都有人员从事人脸检测相关的研究。而且，mpeg7标准组织已经建立了人脸识别草案小组，人脸检测算法也是一项征集的内容。随着人脸检测研究的深入，国际上发表的有关论文数量也大幅度增长，如ieee的fg、icip\cvpr等重要国际会议上每年都有大量关于人脸检测的论文，占有关人脸研究论文的1/3之多。由此可以看到世界对人脸检测技术的重视。
3.人脸特征作为人最重要的外貌特征，热门应用于以下领域有三个方面：1)身份认证与安全防护。当前在许多安全级别要求较高的区域，例如金融机构、机关办公大楼、运动场馆、甚至重要设施的工地，都需要对大量的人员进行基于身份认证的门禁管理；手机、笔记本电脑等个人电子用品，在开机和使用中经常要用到身份验证功能。2)媒体与娱乐。人们的许多娱乐活动都是跟脸部有关的。在网络虚拟世界里，通过人脸的变化，可以产生大量的娱乐节目和效果。手机、数码相机等消费电子产品中，基于人脸的娱乐项目越来越丰富。qq、msn等即时通信工具以及虚拟化身网络游戏也是人脸合成技术的广阔市场。3)图像搜索。传统搜索引擎的图像搜索其实还是文字搜索，基于人脸图像识别技术的搜索引擎将会具有广泛的应用前景；而且大部分以图片作为输入的搜索引擎，例如tineye、搜狗识图、百度识图等，本质上是进行图片近似拷贝检测，即搜索看起来几乎完全一样的图片。百度识图最新探索发展的方向与之前功能的区别在于，如果用户给出一张图片，百度识图会判断里面是否出现人脸，如果有，百度识图在相似图片搜索之外，同时会全网寻找出现过的类似人像。
4.对于百度识图新增加的技术简而言之，首先是人脸检测并提取出特征表达，随后再据此进行数据库对比，最后按照相似度排序返回结果。虽然人脸检测的相关研究已有三十年历史，然而直到2009年底，百度推动这一技术付诸实施。
5.步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。步进电机基于最基本的电磁铁原理，是一种可以自由回转的电磁铁，其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。
6.步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是，接收数字控制信号并转化成与之相对应的角位移或直线位移，是一个完成数字模式转化的执行元件，并且可开环位置控制；输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比，其成本明显减低，几乎不必进行系统调整。步进电机的角位移量与输
入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步，因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可获得所需的转角、速度和方向。我国步进电机在二十世纪七十年代初开始起步，目前，随着科学技术的发展，特别是永磁材料、半导体技术、计算机技术的发展，使步进电机在众多领域得到了广泛应用。
7.当前，摄像装置进行自助人脸图像采集过程中，存在由于摄像装置上摄像头自身视角的限制，导致采集到的图像位置和视角达不到最优效果的技术问题。


技术实现要素：

8.本发明目的在于提供一种摄像装置人脸跟踪方法、系统及电子设备，通过识别到人脸信息后，逐步调节摄像头的角度，以便使人脸在摄像装置的成像区域内达到最优成像效果；解决摄像装置上由于摄像头自身视角的限制，导致采集到的图像位置和视角达不到最优效果的技术问题。
9.为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种摄像装置人脸跟踪方法，包括：
10.根据人脸检测技术，定位人脸的位置信息；
11.计算人脸在摄像装置成像区域的第一位置，比对该位置与摄像装置成像区域的目标位置，获取所述摄像装置第一次步进旋转的方向，并执行第一次步进；
12.对比摄像装置第一次步进后人脸在摄像装置成像区域的第二位置与摄像装置成像区域的目标位置，获取所述摄像装置第二次步进旋转的方向，并执行第二次步进；
13.循环执行比对步进后人脸在摄像装置成像区域的位置与摄像装置成像区域的目标位置获取第二次步进旋转的方向，并进行第二次步进，直至第二位置与目标位置的偏差在预设偏差范围内。
14.进一步的，还包括：感应人体靠近，启动所述摄像装置的人脸检测模块进入人脸扫描模式，以定位人脸。
15.进一步的，所述执行第一次步进，获得人脸在摄像装置成像区域的第二位置的过程为：
16.步进驱动摄像装置中第一摄像头和/或第二摄像头；
17.采用人脸配准算法分别计算人脸在第一摄像头、第二摄像头成像区域的关键点坐标；
18.融合人脸在第一摄像头、第二摄像头成像区域的关键点坐标，获得执行第一次步进后人脸的第二位置。
19.进一步的，还包括：判断人体与所述摄像装置的距离，当所述摄像装置距离人脸的距离小于预定阈值时，计算人脸在摄像装置成像区域的第一位置。
20.本发明另一目的在于公开一种摄像装置人脸跟踪系统，包括：
21.定位模块，用于根据人脸检测技术，定位人脸的位置信息；
22.计算模块，用于计算人脸在摄像装置成像区域的第一位置；
23.第一比对获取模块，用于比对第一位置与摄像装置成像区域的目标位置，获取摄像装置第一次步进旋转的方向；
24.第一执行模块，用于执行摄像装置的第一次步进，获取摄像装置第一次步进后人脸在摄像装置成像区域的第二位置；
25.第二比对获取模块，对比摄像装置第一次步进后人脸在摄像装置成像区域的第二位置与摄像装置成像区域的目标位置，获取所述摄像装置第二次步进旋转的方向；
26.第二执行模块，用于执行摄像装置的第二次步进；
27.循环模块，用于循环执行比对步进后人脸在摄像装置成像区域的位置与摄像装置成像区域的目标位置获取第二次步进旋转的方向，并进行第二次步进，直至第二位置与目标位置的偏差在预设偏差范围内。
28.进一步的，还包括：超声波感应模块，用于使用超声波感应人体靠近，启动所述摄像装置的人脸检测模块进入人脸扫描模式，以定位人脸。
29.进一步的，所述第一执行模块执行获取第二位置的过程包括如下执行单元：
30.步进驱动单元，用于步进驱动摄像装置中第一摄像头和/或第二摄像头；
31.计算单元，用于采用人脸配准算法分别计算人脸在第一摄像头、第二摄像头成像区域的关键点坐标；
32.融合获取单元，用于融合人脸在第一摄像头、第二摄像头成像区域的关键点坐标，获取执行第一次步进后人脸的第二位置。
33.进一步的，还包括：判断模块，用于判断人体与所述摄像装置的距离，当所述摄像装置距离人脸的距离小于预定阈值时，计算人脸在摄像装置成像区域的第一位置。
34.本发明又一目的在于公开一种电子设备，该电子设备包括至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述的摄像装置人脸跟踪方法。
35.本发明还公开一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述的摄像装置人脸跟踪方法。
36.由以上技术方案可知，本发明的技术方案获得了如下有益效果：
37.本发明公开的摄像装置人脸跟踪方法、系统及电子设备，其方法包括：根据人脸检测技术，定位人脸的位置信息；计算人脸在摄像装置成像区域的第一位置，比对该位置与摄像装置成像区域的目标位置，获取所述摄像装置第一次步进旋转的方向，并执行第一次步进；对比摄像装置第一次步进后人脸在摄像装置成像区域的第二位置与摄像装置成像区域的目标位置，获取所述摄像装置第二次步进旋转的方向，并执行第二次步进；循环执行比对步进后人脸在摄像装置成像区域的位置与摄像装置成像区域的目标位置获取第二次步进旋转的方向，并进行第二次步进，直至第二位置与目标位置的偏差在预设偏差范围内。即本发明应用于具有自助人脸图像采集功能的场景中时，当识别检测到人脸信息后逐步调节摄像头的角度，以便使人脸成像达到最优效果。
38.具体的，本发明先通过使用超声波来感应人体靠近，避免使用热红外人体感应器由于人体衣服特殊材质导致的检测失败的情况；然后当人体靠近到自助设备的预设距离时开始进行人脸检测，进而采用步进驱动单元逐步驱动至少一个摄像头调整拍摄角度，使得最终图像采集的结果位置和视角都在最优位置；本发明提高设备的智能化水平，能广泛应用于业务现场图像采集、活体检测、人脸识别身份安全认证等众多场景。
39.应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
40.结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
41.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
42.图1为本发明一实施例摄像装置人脸跟踪方法的总流程图；
43.图2为本发明一实施例摄像装置人脸跟踪方法人体检测判断流程图；
44.图3为本发明一实施例摄像装置人脸跟踪方法的工作流程；
45.图4为本发明摄像装置人脸跟踪系统的一具体实施结构。
46.图中，各标记的具体意义为：
47.1-摄像装置，2-超声波传感器，3-工作台。
具体实施方式
48.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
49.本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
50.基于现有技术人脸检测识别技术的发展，其在身份认证、娱乐和搜索等领域广泛应用；当前人脸检测在自助人脸图像采集的场景中，仍存在由于摄像装置上摄像头自身视角的限制，导致采集到的图像位置和视角达不到最优效果的技术问题。本发明旨在于针对该问题提出一种摄像装置人脸跟踪方法、系统及电子设备，通过持续步进调整摄像头的角度达到对人脸的最优采集效果。
51.下面结合附图所示的具体实施例，对本发明的技术方案的实施作进一步具体介绍。
52.结合图1和图2所示，本发明公开的摄像装置人脸跟踪方法包括如下步骤：
53.步骤s102，根据人脸检测技术，定位人脸的位置信息；
54.通过人脸检测技术初步确定人脸进入到摄像装置的成像区域内，人脸检测技术可采用构建adaboost框架的方法，通过boost算法利用多个简单的弱分类器，构建出准确率很高的强分类器；当然也可以采用简单的haar-like特征和级联的adaboost分类器构造检测器，进而进行人脸检测。此外，本发明不限于通过上述方法，例如实施时还可以通过建立图像分类的深度学习模型。一些实施例中直接通过可以通过人脸检测算法来进行人脸检测，输入扫描图像，输出被选中的一个人脸框的坐标序列。
55.步骤s104，计算人脸在摄像装置成像区域的第一位置，比对该位置与摄像装置成像区域的目标位置，获取所述摄像装置第一次步进旋转的方向，并执行第一次步进；
56.该步骤通过在摄像装置的成像区域将初始状态下人脸的第一位置与目标位置进行偏差比对，指引摄像装置进行步进调整的方向，获得人脸在成像区域的第二位置；第二位置作为待确定的目标位置或确定下一次步进旋转方向的中转状态。
57.步骤s106，对比摄像装置第一次步进后人脸在摄像装置成像区域的第二位置与摄像装置成像区域的目标位置，获取所述摄像装置第二次步进旋转的方向，并执行第二次步进；
58.步骤s108，循环执行比对步进后人脸在摄像装置成像区域的位置与摄像装置成像区域的目标位置获取第二次步进旋转的方向，并进行第二次步进，直至第二位置与目标位置的偏差在预设偏差范围内。
59.具体实施时，可通过设定一次步进的角度，实现逐次由第一位置步进至目标位置的过程，避免一步到位时造成摄像装置的摄像头不稳定，采集图像不清晰或用于人脸识别时识别进度低。
60.当本发明应用于自助人脸图像采集的具体实施场景中时，本发明的跟踪方法还包括：
61.步骤s112，感应人体靠近，启动所述摄像装置的人脸检测模块进入人脸扫描模式，以定位人脸；
62.本实施例中，感应人体靠近的方法采用超声波感应，以避免使用热红外人体感应器感应人体时由于人体衣服特殊材质导致的检测失败的情况。同时，只有当检测到人体才启动扫描，避免机器处于长时间的工作状态造成电量浪费。
63.步骤s114，判断人体与所述摄像装置的距离，当所述摄像装置距离人脸的距离小于预定阈值时，计算人脸在摄像装置成像区域的第一位置。
64.通过设定摄像装置进行图像采集的距离阈值，以减少人脸误采集的现象；减少仅是经过或其他停留在该场景中即被进行人脸采集的现象，避免对他人人脸信息造成的安全隐患。
65.在上述步骤s104中，执行第一次步进，获得人脸在摄像装置成像区域的第二位置的过程包括如下步骤：
66.步进驱动摄像装置中第一摄像头和/或第二摄像头；通过至少驱动其中一个摄像头达到进行人脸位置调整的效果，同时用于人脸的活体识别。采用人脸配准算法分别计算人脸在第一摄像头、第二摄像头成像区域的关键点坐标；融合人脸在第一摄像头、第二摄像头成像区域的关键点坐标，获得执行第一次步进后人脸的第二位置。人脸配准算法包括asm算法、procrustes方法以及利用局部二值特征进行人脸配准的算法，获取的关键点坐标为
人脸上五官关键点坐标。
67.本发明的人脸跟踪方法为解决在使用摄像装置进行自助人脸图像采集过程中，由于摄像头自身视角的限制，导致采集到的图像位置和视角达不到最优的效果的问题，提出采用当超声波感应到有人靠近时，装置进入到扫描模式，以检测人脸信息，当识别到人脸信息后，持续步进调节摄像头的角度，以便使人脸成像达到最优效果的解决方案。
68.本发明另一实施例提供了一种摄像装置人脸跟踪系统，该系统在具体应用时实现上述实施例公开的摄像装置人脸跟踪方法；示例的，上述摄像装置人脸跟踪方法可以被分割成多个模块，多个模块共同实现本发明的人脸跟踪方法。所述多个模块或单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述摄像装置人脸跟踪方法在所述摄像装置人脸跟踪系统中的执行过程。例如，上述摄像装置人脸跟踪方法可以被分割成定位模块、计算模块、第一比对获取模块、第一执行模块、第二比对获取模块、第二执行模块和循环模块，各模块的具体功能如下：
69.定位模块，用于根据人脸检测技术，定位人脸的位置信息；计算模块，用于计算人脸在摄像装置成像区域的第一位置；第一比对获取模块，用于比对第一位置与摄像装置成像区域的目标位置，获取摄像装置第一次步进旋转的方向；第一执行模块，用于执行摄像装置的第一次步进，获取摄像装置第一次步进后人脸在摄像装置成像区域的第二位置；第二比对获取模块，对比摄像装置第一次步进后人脸在摄像装置成像区域的第二位置与摄像装置成像区域的目标位置，获取所述摄像装置第二次步进旋转的方向；第二执行模块，用于执行摄像装置的第二次步进；循环模块，用于循环执行比对步进后人脸在摄像装置成像区域的位置与摄像装置成像区域的目标位置获取第二次步进旋转的方向，并进行第二次步进，直至第二位置与目标位置的偏差在预设偏差范围内。
70.如上述方法基于人体识别的准确性和能源节约的角度，实现上述方法程序的人体检测方法和计算第一位置的启动方法，实施例的人脸跟踪系统还包括：超声波感应模块，用于使用超声波感应人体靠近，启动所述摄像装置的人脸检测模块进入人脸扫描模式，以定位人脸；判断模块，用于判断人体与所述摄像装置的距离，当所述摄像装置距离人脸的距离小于预定阈值时，计算人脸在摄像装置成像区域的第一位置。
71.具体实施时，第一执行模块执行摄像装置步进获取人脸在摄像装置成像区域的第二位置的过程包括如下执行单元：步进驱动单元，用于步进驱动摄像装置中第一摄像头和/或第二摄像头；计算单元，用于采用人脸配准算法分别计算人脸在第一摄像头、第二摄像头成像区域的关键点坐标；融合获取单元，用于融合人脸在第一摄像头、第二摄像头成像区域的关键点坐标，获取执行第一次步进后人脸的第二位置。第一执行模块通过至少移动双目摄像头中的一个摄像头实现成像中人脸角度和位置的变换，同时进行活体检测。
72.结合图3所示实施例的工作流程，本发明的跟踪系统实现上述跟踪方法的具体执行过程为：在待机模式下，摄像装置的人脸检测模块处于待机状态，节省用电；当超声波感应有人体靠近，启动摄像装置的人脸检测模块进入人脸扫描模式扫描人脸信息，以检测到人脸，并计算人脸在摄像装置成像区域的第一位置；然后比对该第一位置与目标位置的偏差，获得摄像装置进行摄像头位置和角度调整的第一次步进方向，执行第一次步进，并获得人脸在摄像装置成像区域的第二位置；比对该第二位置与目标位置的偏差，获得摄像装置进行摄像头位置和角度调整的第二次步进方向，执行第二次步进；将下一次步进后获取的
memory)、硬盘(hdd)或固态硬盘(ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
79.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
80.本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置、设备和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。
81.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品，该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
82.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
83.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。