专利名称：基于超声波测距的自主式人脸图像采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像采集技术，特别是涉及一种基于超声波测距的自主式人脸图像的采集技术。
背景技术：
传统的人脸识别系统所采用的图像是在较常规的采集设备中获取到的，其一般是由固定在支架上的带长定焦镜头的CCD或CMOS摄像头组成，如果考虑到与系统的交互，会在摄像头上方或下方加装可以实时显示采集图像的液晶屏，在采集图像时，用户可以根据液晶屏中显示的图像进行适当的调整。
该采集装置的优点是系统设计简单，用户交互采集比较直观。但由于做人脸识别时，影响识别性能的因素很多，包括光照、姿势、图像分辨率、采集图像的球面失真程度等等，因此高质量的人脸采集系统将对人脸识别起着至关重要的作用。而单单采用摄像头和液晶屏组成的采集系统存在先天的弱点，就算用户的配合度很高，但用户对液晶屏中显示图像质量判断与识别系统对图像质量要求总会存在一定的差距，如用户与摄像头之间的距离不同，摄像头选择景深较长的长焦镜头，，因此在用户判断图像都较清晰的情况下采集到的图像中人脸的分辨率将有很大不同，而用户又无法判断多大的分辨率识别效果最佳；又如用户的身高不同，镜头是固定的，则人脸在图像中所处的位置不同，理想情况是人脸应该处在图像的中心，这样因镜头所致的球面失真也将最小，而如果人脸在图像中所处的位置不固定，前后采集到的人脸图像将发生一定程度的偏差。上述两种情况都将直接影响人脸识别的准确性。因此，设计一种能够采集较高图像质量的人脸采集系统，以使能够准确地进行人脸识别具有非常重要的意义。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够采集较高图像质量的基于超声波测距的自主式人脸图像采集系统。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于超声波测距的自主式人脸图像采集系统，包括一采集单元，由摄像头、连接摄像头的采集卡、连接采集卡的图像处理主机和同样也连接摄像头的显示屏组成，摄像头设置于显示屏下方；还包括一超声波测距单元，由用于测量用户与摄像头之间距离的超声波测距装置和用于测量用户身高的超声波测高装置组成，超声波测距装置与摄像头并行设置于显示屏下方同一高度处，系统将根据该装置测量的距离值引导用户进行前后移动，超声波测高装置设置于用户最佳站立位置的正上方；一音视频交互单元，设置于显示屏上方的语音输出设备，用于引导用户进行前后移动的语音提示，通过显示屏提供的反馈信息引导用户调整拍摄姿态；一自主式俯仰机构；设有能驱动摄像头调整俯仰角度的步进电机，能控制摄像头作相应的俯仰角度的调整，使得摄像头能够对准用户人脸中心；摄像头俯仰角α的计算如下tanα＝(H1-H2-L2)/L1，其中，H1为超声波测高装置与地面之间的距离，H2为摄像头与地面之间的距离为，L2为超声波测高装置与用户头顶之间的距离，L1为超声波测距装置与用户之间的水平距离。
利用本发明提供的基于超声波测距的自主式人脸图像采集系统，由于采用超声波测距装置测距和音视频交互单元的语音提示，使用户能前后移动在摄像头前达到人脸成像的最佳位置；由于采用超声波测高装置测量用户的身高，并根据测量到的用户身高和用户与摄像头之间的距离，由tanα＝(H1-H2-L2)/L1，自动调整摄像头的俯仰角度α，使得人脸的成像能够处于采集图像的垂直中心位置并通过视频单元反馈将人脸调整到采集图像的水平中心位置并使用户保持好的拍摄姿态；从而使系统能够采集较高图像质量的人脸图像。
图1是人脸采集系统中的超声波装置的结构框图；图2是本发明实施例中摄像头俯仰角调整的原理图；图3是人脸采集系统中的采集单元的结构框图；图4是本发明实施例中的音视频交互单元的正视图；图5是本发明实施例中的超声波测距单元、采集单元、音视频交互单元组合示意图；图6是本发明实施例中的自主式俯仰机构的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合
对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
本发明所提供的一种该基于超声波测距的自主式人脸图像采集系统分为四个部分超声波测距单元、采集单元、音视频交互单元、自主式俯仰机构1)超声波测距单元由超声波测距装置、超声波测高装置组成。超声波测距装置主要是用于探测用户与摄像头之间的距离，与摄像头并行放置于音视频交互单元中的液晶屏下方同一高度处，系统将根据该装置探测的距离值引导用户进行移动；超声波测高装置主要用于探测用户头顶与其之间的距离以探测用户的身高，指导摄像头作相应的俯仰角度调整，使得摄像头能够对准人脸中心，其放置于成像最佳站立位置正上方。如图1所示，所述超声波装置(包括超声波测距装置和超声波测高装置)由信号处理器、控制信号处理器的微处理器、分别连接信号处理器的超声波发射装置、超声波接收装置和温度补偿等部分组成；由微处理器控制信号处理器输出一定频率的电脉冲窄波，去驱动超声波发射装置发射该频率的超声波，当该超声波碰到障碍物时反射回来，由超声波接收装置接收，经信号处理器处理后，得出该装置与障碍物之间的距离值，根据该距离值，微处理器将做出相应的控制动作。如图2所示，摄像头俯仰角α的计算如下超声波测距装置1与用户之间的水平距离为L1，超声波测高装置2与用户头顶之间的距离为L2，超声波测高装置2与地面之间的距离为H1，摄像头与地面之间的距离为H2，则tanα＝(H1-H2-L2)/L1。
2)采集单元由高灵敏度的摄像头、双路视频线以及视频采集卡组成，摄像头采用CCD摄像头，并采用长定焦镜头，对焦距离约500mm。如图3所示，CCD摄像头的视频信号分两路传输，一路通过采集卡传输到图像处理主机，另一路传输到音视频交互单元供液晶屏直接显示。
3)音视频交互单元由一片分辨率不低于640*480像素的高亮度液晶屏以及一语音输出设备组成。
如图4所示，摄像头7放在液晶屏的下方，语音输出设备5置于液晶屏的上方，首先根据超声波测距单元中的超声波测距装置探测到的用户与摄像头之间的距离对用户进行语音提示，当探测到用户已进入人脸拍摄区域内并持续一定时间后便提示用户进入人脸采集流程，并引导用户往前或者往后移动，当用户移动到最佳拍摄位置并且在探测到用户身高后摄像头调整到相应的拍摄角度时，系统点亮液晶屏，该液晶屏正中心有一个引导用户进行人脸采集的正方形取景框6，并可实时显示采集单元拍摄到的人脸图像序列，其刷新率不低于30帧/秒，以便用户根据液晶屏图像的清晰度和观察到的人脸姿态进行细微的调整，保证采集到高质量的人脸图像。
4)自主式俯仰机构如图6所示，采集单元中的CCD摄像头作为自主式采集设备主体被安装在俯仰机构上。该机构的俯仰角度为0~30度，距地面高度1500mm，根据超声波测距单元中的超声波测高装置探测到的用户身高，预测到人脸高度，以及超声波测距装置探测到的用户与摄像头之间的距离，采集设备主体可以在与俯仰机构齿轮连接的步进电机10的带动下自主的调整俯仰角度，以适应身高1.5~1.8米的用户，保证人脸始终处于采集图像垂直中心位置。该俯仰机构与音视频交互单元中的语音输出设备和液晶屏以及超声波测距单元中的超声波测距装置集成，构成自主式人脸采集系统一起安装在平板上，该平板嵌入墙壁内。
如图5所示，超声波测距装置1和超声波测高装置2将L1和L2分别输入微处理器，由tanα＝(H1-H2-L2)/L1计算出俯仰角α经微处理器驱动步进电机调整摄像头的俯仰角度，即液晶屏主光轴8与摄像头主光轴9的夹角α，使得用户人脸能够成像在液晶屏的垂直中心位置。
本发明所提供的一种基于超声波测距的人脸图像采集流程，其步骤如下A)用户走近人脸采集设备，超声波测距装置1测量到用户进入人脸采集区域后对用户进行语音引导，根据用户所处的位置通过语音提示其前后移动，使其处于人脸成像的最佳位置；B)当用户站在某一固定位置后，点亮液晶屏，超声波测高装置2开始测量用户的身高，并根据测量到的用户身高和用户与摄像头之间的距离，由tanα＝(H1-H2-L2)/L1，自动调整摄像头的俯仰角度α，使得用户人脸能够成像在液晶屏采集图像的垂直中心位置；C)液晶屏实时显示拍摄到的图像，反馈人脸在图像中所处的位置和姿态，通过这些信息，用户自动调整拍摄姿态，让人脸姿态摆正并处于图像水平中心即可；D)该图像同时被图像主机中的视频采集卡采集输入主机，并在图像主机中检测图像质量进行自主采集；E)人脸图像采集并经处理完毕后，发声提示用户人脸采集和识别过程完毕。
权利要求
1.一种基于超声波测距的自主式人脸图像采集系统，包括一采集单元，由摄像头、连接摄像头的采集卡、连接采集卡的图像处理主机和同样也连接摄像头的显示屏组成，摄像头设置于显示屏下方；其特征是，还包括一超声波测距单元，由用于测量用户与摄像头之间距离的超声波测距装置和用于测量用户身高的超声波测高装置组成，超声波测距装置与摄像头并行设置于显示屏下方同一高度处，系统将根据该装置测量的距离值引导用户进行前后移动，超声波测高装置设置于用户最佳站立位置的正上方；一音视频交互单元，设置于显示屏上方的语音输出设备，用于引导用户进行前后移动的语音提示；一自主式俯仰机构；设有能驱动摄像头调整俯仰角度的步进电机，能控制摄像头作相应的俯仰角度的调整，使得摄像头能够对准用户人脸中心；摄像头俯仰角α的计算如下tanα＝(H1-H2-L2)/L1，其中，H1为超声波测高装置与地面之间的距离，H2为摄像头与地面之间的距离为，L2为超声波测高装置与用户头顶之间的距离，L1为超声波测距装置与用户之间的水平距离。
2.根据权利要求1所述的基于超声波测距的自主式人脸图像采集系统，其特征是，所述显示屏为CRT、液晶屏、等离子屏。
全文摘要
本发明公开一种基于超声波测距的自主式人脸图像采集系统，涉及基于超声波测距的自主式人脸图像采集的技术领域；该自主式人脸图像采集系统包括超声波测距单元、采集单元、音视频交互单元和自主式俯仰机构四个部分；由于采用超声波测距装置测距和音视频交互单元的语音提示，使用户能前后移动在摄像头前达到人脸成像的最佳位置；由于采用超声波测高装置测量用户的身高，并根据测量到的用户身高和用户与摄像头之间的距离，由tanα＝(H1－H2－L2)/L1，自动调整摄像头的俯仰角度α，使得人脸的成像能够处于采集图像的垂直中心位置并通过视频单元反馈将人脸调整到采集图像的水平中心位置；从而使系统能够采集较高图像质量的人脸图像。
文档编号G06K9/00GK1687956SQ200510025500
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月28日 优先权日2005年4月28日
发明者柴晓荣, 沈文忠 申请人:上海电力学院