用于识别三维对象的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于识别三维对象的设备，更具体地说，涉及一种用于使用光源来识别三维对象的方法和设备。

背景技术：

近年来，诸如便携式平板PC的便携式终端的使用已增加。因此，对便携式终端的安全功能的需要已增加。所述安全功能是除了便携式终端的所有者以外的人们不能使用所述便携式终端的功能。

根据本领域中公知的密码输入方案，用户可设置用于使用便携式终端的密码。当便携式终端的电源被关闭然后被打开时，或当便携式终端从睡眠模式被切换到激活状态时，便携式终端提供密码输入屏幕。如果用户正确地输入预设的密码，则便携式终端变为允许用户使用便携式终端的功能(诸如电话呼叫或使用互联网)的状态。相反地，如果用户未输入所述密码，则便携式终端维持锁定状态。在输入正确的密码之前，用户不能使用便携式终端的功能。

如其他类似的方案，可利用使用人体信息的方案，诸如虹膜识别、指纹识别和面部识别方案。用户可预先输入指纹/虹膜/面部图像。随后，当电源被关闭然后被打开时或当便携式终端从睡眠状态被切换到激活状态时，便携式终端变为锁定状态。用户可通过便携式终端的照相机或其他输入装置来向便携式终端提供指纹/虹膜/面部图像以解除锁定状态。如果便携式终端接收到与预设图像相同的指纹/虹膜/面部图像，则可解除锁定状态。

具体地，描述使用与面部类似的对象图像的面部图像提供安全功能。基本说来，由便携式终端接收的面部图像是二维图像。假设便携式终端的所有者预先输入所有者的面部作为安全方法。之后，当便携式终端变为锁定状态时，便携式终端的所有者将所有者的面部暴露给便携式终端的照相机来解除锁定状态。相反地，即使除了便携式终端的所有者以外的人的面部被暴露给便携式终端的照相机，锁定状态也不被解除。当拍摄便携式终端的所有者的面部，输出照片并将照片暴露给便携式终端的照相机时，便携式终端不能区分三维真人的面部与二维照片。因此，存在除了便携式终端的所有者以外的人可按照将面部照片暴露给照相机的方案来解除便携式终端的锁定状态的问题。通常，在人的面部识别中存在问题，在识别另一三维对象的方案中引起同样的问题。

技术实现要素：

已鉴于以上问题提出了本发明，并且本发明提供了一种不能使用二维照片回避安全功能的用于识别三维对象的设备及其方法。

按照本发明的一方面，一种识别终端的三维对象的方法，所述终端包括用于显示终端的操作状态的显示单元和用于接收图像的拍摄单元，所述方法包括：通过将第一亮度设置为显示单元的亮度来接收第一图像；通过将第二亮度设置为显示单元的亮度来接收第二图像；通过比较第二图像与第一图像，基于预设部分的亮度变化来识别三维对象。

根据本发明的另一方面，一种用于识别三维对象的设备，包括：显示单元，用于显示终端的操作状态；拍摄单元，用于接收图像；控制器，用于通过将第一亮度设置为显示单元的亮度来控制拍摄单元接收第一图像，用于通过将第二亮度设置为显示单元的亮度来控制拍摄单元接收第二图像，并用于通过比较第二图像与第一图像，基于预定部分的亮度变化来识别三维对象。

附图说明

从下面结合附图的详细描述，本发明的对象、特征和优点将变得更清楚，其中：

图1A是示出根据本发明的示例性实施例的用于识别三维对象的设备的配置的框图；

图1B是图1A中示出的用于识别三维对象的设备的前视图；

图2是示出根据本发明的第一实施例的使用三维对象识别来设置锁定功能的方法的流程图；

图3是示出根据本发明的第一实施例的识别三维对象的方法的流程图；

图4是示出根据本发明的第一实施例的拍摄单元拍摄的图像的示例性示图；

图5是示出根据本发明的第二实施例的识别三维对象的方法的流程图；

图6是示出根据本发明的第三实施例的识别三维对象的方法的流程图；

图7是示出根据本发明的第三实施例的三维对象的识别的示图。

具体实施方式

参照附图详细描述本发明的示例性实施例。整个附图中相同的参考号用来指示相同或相似的部分。可省略此处合并的公知功能和结构的详细描述以避免使本发明的主题模糊。

以下，将结合附图来描述根据本发明的示例性实施例的用于识别三维对象的方法和设备。

图1A是示出根据本发明的示例性实施例的用于识别三维对象的设备100的配置的框图。参照图1A，根据本发明的示例性实施例的用于识别三维对象的设备100包括：射频(RF)通信单元110、音频处理器120、显示单元130、输入单元140、存储器150、控制器160和拍摄单元170。

RF通信单元110执行用于识别三维对象的设备100的无线通信的对应数据的收发功能。RF通信单元110可包括用于对发送信号的频率进行上变换并对变换的信号进行放大的RF发射器，以及用于对接收的信号进行低噪声放大并对放大的信号进行下变换的RF接收器。RF通信单元110通过无线频道接收数据并将数据输出到控制器160，以及发送从控制器160输出的数据。在不支持无线通信的用于识别三维对象的设备100的情况下，可省略RF通信单元110。

可通过CODEC配置音频处理器120。所述CODEC可包括处理信息包数据的数据CODEC和处理诸如语音的音频信号的音频CODEC。音频处理器120通过音频CODEC将数字音频信号转换成模拟音频信号，并通过扬声器SPK播放转换的模拟音频信号。音频处理器120将从麦克风MIC输入的模拟音频信号转换成数字视频信号。在不支持音频处理的用于识别三维对象的设备100的情况下，可省略音频处理器120。

输入单元140接收用户的输入并将用户的输入传送到控制器160。可以以触摸传感器和/或键盘的形式来实现输入单元140。

触摸传感器检测用户的触摸输入。可通过电容覆盖传感器、电阻覆盖传感器、红外光束传感器或压力传感器来配置触摸传感器。能够检测对象的接触或压力的各种类型的传感器装置可被配置为除上述传感器之外的触摸传感器。触摸传感器检测用户的触摸输入，并产生检测信号，然后将检测信号发送到控制器160。所述检测信号包括用户输入触摸的坐标数据。当用户输入触摸位置移动操作时，触摸传感器产生包括触摸位置移动路径的坐标数据的检测信号，并将该检测信息发送到控制器160。

键盘接收用于控制识别三维对象的设备100的用户的键操作，并产生输入信号，然后将该输入信号传送到控制器160。键盘可包括数字键和方向键。可将键盘设置在用于识别三维对象的设备100的一侧作为预定的功能键。

显示单元130将用于识别三维对象的设备100的菜单、输入数据、功能设置信息和其他各种信息形象化地提供给用户。显示单元130执行输出启动屏幕、待机屏幕、菜单屏幕、呼叫屏幕和其他应用屏幕的功能。可通过液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)和有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)来配置显示单元130。显示单元130执行输入用于识别三维对象的设备100的启动屏幕、待机屏幕、菜单屏幕、呼叫屏幕和其他应用屏幕的功能。

此外，当执行用于解除锁定屏幕的对象识别功能时，根据本发明的实施例的显示单元130将屏幕的亮度变换为至少两个亮度，并提供所述至少两个亮度。如果接收到与至少两个屏幕亮度对应的对象图像，则拍摄单元170可比较各个对象图像来识别对象。

存储器150存储对用于识别三维对象的设备100进行操作所必需的程序和数据。存储器150可被划分为程序区和数据区。程序区可存储控制用于识别三维对象的设备100的全部操作的程序、启动用于识别三维对象的设备100的操作系统、播放多媒体内容所必需的应用程序、用于识别三维对象的设备100的其他选项功能(诸如，照相机功能、声音重放功能以及图像或运动图像重放功能)所必需的应用程序。数据区可存储根据用于识别三维对象的设备100的使用而产生的数据、图像、运动图片、电话簿和音频数据。

具体地，根据本发明的实施例的存储器150可根据用户的设置或通过处理对象获得的信息来存储用于锁定功能的对象(例如，面部)图像。

拍摄单元170在控制器160的控制下拍摄图像。拍摄单元170具有与相关技术相同的操作方案或配置，因此适当地省略其详细描述。

图1B是图1A中示出的用于识别三维对象的设备100的前视图。

参照图1B，显示单元130的屏幕和拍摄单元170的照相机必须朝向相同的方向。即，应布置显示单元130的屏幕和拍摄单元170的镜头，以便从拍摄单元170发出的光到达用于拍摄的对象，并被再次从拍摄单元170反射。

再次参照图1A，控制器160控制用于识别三维对象的设备100的各个组成元件的全部操作。

具体地，当接收到锁定功能设置指令时，控制器160通过将第一亮度设置到显示单元130来拍摄第一图像，并通过将与第一亮度不同的第二亮度再次设置到显示单元130来拍摄第二图像。随后，如果用于识别三维对像的设备100变为锁定状态并接收用于锁定解除的指令，则控制器160通过将第三亮度设置到显示单元130来拍摄第三图像，并通过将与第三亮度不同的第四亮度再次设置到显示单元130来拍摄第四图像。在本实施例中，第三亮度可与第一亮度相同或不同。以相同方式，在本实施例中，第四亮度可与第二亮度相同或不同。控制器160比较第二图像与第一图像，并比较第四图像与第三图像。控制器160可基于比较结果来识别三维对象。在另一实施例中，控制器160可控制拍摄单元170在以预设速度或更低的速度将显示单元130的亮度从第三亮度增加到限制的亮度的同时进行反复拍摄。根据另一实施例，控制器160可从图像检测对象的方向，并根据对象的方向变换图像来识别三维对象。

将参照以下附图详细描述图1中示出的各个组成元件的具体操作。

图2是示出根据本发明的第一实施例的使用三维对象识别来设置锁定功能的方法的流程图。图3是示出根据本发明的第一实施例的识别三维对象的方法的流程图。可在图2的过程之后执行图3的过程。

输入单元140从用户接收用于命令锁定功能设置开始的输入(205)。用户可通过菜单或其他方案来命令锁定功能设置。如果接收到用于命令锁定功能设置的输入，则控制器160可执行如步骤210至步骤215中示出的设置锁定功能的过程。

控制器160可通过将第一亮度设置为显示单元130的亮度来拍摄第一图像(210)。控制器160可通过将第二亮度设置为显示单元130的亮度来拍摄第二图像(215)。第二亮度应与第一亮度不同。将基于第二亮度比第一亮度更亮的假设来描述以下实施例。

控制器160比较第二图像与第一图像来提取具有大于第一阈值(感兴趣区域的阈值)的亮度差的区域(感兴趣区域)(220)。第一阈值可以是预设值。根据另一实施例，可设置第一阈值，以便整个区域的预定部分根据在整个图像的比较结果中的亮度差分布来成为感兴趣区域。即，如果整个区域的10％具有大于A的亮度差，则为了将感兴趣区域设置为整个区域的10％，所述阈值为A。

图4是示出根据本发明的第一实施例的拍摄单元170拍摄的图像的示例性示图。

第一图像410是通过设置比较暗的亮度(第一亮度)来拍摄三维对象(例如，人脸)的图像。第二图像420是通过设置大于第一图像亮度的亮度(第二亮度)来拍摄人脸的图像。第三图像430是由拍摄单元170通过将第三亮度设置到显示单元130来再次对输出所述人脸的二维照片进行拍摄的图像。

由于人脸是三维对象，所以如果显示单元130发出强光，则与突出部分(诸如前额、眼睛、颧骨区域425)或具有特殊材料的部分相比，人脸可反射更多的来自显示单元130的光。与其他区域相比，在区域425上观察到更大的亮度变化。然而，二维照片比较均匀地反射显示单元130的光。在再次拍摄二维照片的图像430中，除了与显示单元130的中心比较邻近的照片的中心部分发出亮光之外，不存在亮度变化。

因此，如果拍摄单元170在步骤210和步骤215中拍摄诸如人脸的实际三维对象，则可根据立体特征或材料特征来提取具有很大亮度变化的区域425。以下，所述区域称为“感兴趣区域”。

如果图2的锁定设置过程被终止，则可按图3的方案执行锁定解除操作。

控制器160接收锁定解除指令(305)。例如，当用于识别三维对象的设备100被从睡眠模式切换到激活模式或用于识别三维对象的设备100的电源被关闭然后被打开时，控制器160可接收锁定解除指令。当接收用于执行需要其他安全性的操作(例如，初始化或诸如读取包括在设备中的私人信息的功能)的指令时，，控制器160可接收锁定解除指令。当接收到锁定解除指令时，控制器160可执行步骤310和后续步骤。尽管锁定解除过程被示出，但对于需要其他面部识别或对象识别的操作也可执行步骤310和后续步骤。

控制器160可通过将第三亮度设置为显示单元130的亮度来拍摄第三图像(310)。控制器160可通过将第四亮度设置为显示单元130的亮度来拍摄第四图像(315)。假设第三亮度与第一亮度相同。然而，在另一实施例中，第三亮度可与第一亮度不同。假设第四亮度与第二亮度相同。然而，在另一实施例中，第四亮度可与第二亮度不同。

在步骤310和步骤315显示在显示单元130上的图像可以是全屏幕为类似与白色的图像。因此，可使通过显示单元130的光的辐射效果最大化。根据修改的实施例，可根据用户的选择输入来设置通过显示单元130显示的图像。除图2的设置过程之外，可执行设置通过显示单元130显示的图像的过程。

控制器160确定第三图像是否与第一图像相同，即是否与第一图像相符(320)。图像的一致/相符的确定的步骤不是确定第三图像是否与第一图像物理上相同，而是确定第三图像的对象是否与第一图像的对象大致相同。即，如果通过适当地校正或变换第一图像和第三图像使第三图像与第一图像相符，则控制器160确定第三图像与第一图像相同。尽管上述实施例已示出比较第三图像与第一图像，但可比较第四图像与第二图像，可比较第三图像与第二图像或可比较第四图像与第一图像。

当第三图像与第一图像不同时，控制器160确定三维对象识别失败(325)。即，控制器160确定通过步骤310至315执行的锁定解除尝试是未认证的用户的锁定解除尝试，并维持锁定状态。当第三图像与第一图像相同时，所述过程前进至步骤330。

控制器160在步骤220提取的区域(即，感兴趣区域)中比较第四图像和第三图像(330)。作为第三图像和第四图像的比较结果，当感兴趣区域的亮度差等于或大于第二预设阈值(识别阈值)时，控制器160确定当前拍摄的对象与图2的过程中设置的对象相同。作为第三图像和第四图像的比较结果，当感兴趣区域的亮度差小于第二预设阈值(识别阈值)时，控制器160确定当前拍摄的对象与图2的过程中设置的对象不同。第二预设阈值(识别阈值)可小于图2的第一阈值(感兴趣区域的阈值)。如果第二阈值非常大，则不能确定拍摄的对象与预设对象相同。如果第二阈值非常小，则不能将拍摄二维照片的情况滤除。因此，优选的可以是第二阈值稍稍小于第一阈值。可通过实验确定具体的阈值，从而使错误识别最小化。

根据另一实施例，当除了感兴趣区域之外的部分具有大于第三阈值的亮度差时，控制器160可执行确定对象识别失败的步骤，而不执行步骤330。应用人工照明增加亮度差以大于预定值来防止安全功能失效。

图5是示出根据本发明的第二实施例的识别三维对象的方法的流程图。假设在第二实施例中根据图2的过程设置锁定功能。

控制器160接收开始锁定解除操作的指令(505)。然后，控制器160通过将第三亮度设置为显示单元130的亮度来拍摄第三图像(510)。第三亮度可以是与第一亮度相同的值。控制器160确定第三图像是否与第一图像相同(515)。由于图像一致的确定过程与步骤320的过程相似，所以省略其详细描述。当第三图像与第一图像不同时，控制器160确定对象识别失败(520)。即，锁定状态不被解除。当第三图像与第一图像相同时，所述过程前进至步骤525。

控制器160通过使显示单元130的亮度增加预定量来拍摄第四图像(525)。在此情况下，显示单元130增加的亮度量被限制到小于预设值。当显示单元130的屏幕以过高的速度变亮时，用户会做出诸如瞬间感觉不适、做鬼脸或闭眼的动作。因此，不使显示单元130以过高的速度变亮。

控制器160通过在步骤220的感兴趣区域中比较第四图像与第三图像来识别对象。步骤530的对象识别过程与图3的步骤330相同/相似，从而适当地省略其详细描述。

控制器160确定对象识别是否成功(535)。当对象识别成功时，解除锁定状态并且终止所述过程。当对象识别不成功时，所述过程前进至步骤540。控制器160确定显示单元130的亮度是否达到预设的限制亮度，即，是否等于或大于所述限制亮度(540)。当显示单元130的亮度达到所述限制亮度时，控制器160确定对象识别失败(520)。因此，锁定状态不被解除。当显示单元130的亮度未达到所述限制亮度时，所述过程返回至步骤525。可重复执行步骤525至步骤540，直到对象识别成功或显示单元130的亮度达到所述限制亮度。

根据图5的方案，在通过缓慢地增加显示单元130的亮度来反复拍摄的方案中，面部识别可被有效地执行，同时减少用户的不适。

根据图5中方案的修改的实施例，用于识别三维对象的设备100可包括照度传感器。根据所述修改的实施例，当接收步骤505的锁定解除命令时，控制器160可根据由照度传感器测量的外围照度值来设置显示单元130的起始亮度。即，当外围照度比较亮时，可将显示单元130的起始亮度设置的更亮。相反，当外围照度比较暗时，可将显示单元130的起始亮度设置的更暗。随后，当在缓慢增加显示单元130的亮度的同时，显示单元130的亮度达到步骤510的第三亮度时，控制器160可拍摄第三图像，并执行接下来的操作。

图6是示出根据本发明的第三实施例的识别三维对象的方法的流程图。

控制器160通过将第三亮度设置为显示单元130的亮度来拍摄第三图像(602)。步骤602与图3的步骤310相同，从而适当地省略其详细描述。

控制器160基于第三图像来识别对象的方向(605)。

图7是示出根据本发明的第三实施例的三维对象的识别的示图。第一屏幕710是从底部拍摄面部的图像。第二屏幕720是从正面拍摄面部的图像。第三画面730是从顶部拍摄面部的图像。参照图7，因为对象远离拍摄单元170，所述对象被拍摄的较小，因此面部的整个形状被不同地表现。与第二屏幕720相比，在第一屏幕710中的面部的上部看上去比较小，下部看上去比较大。与第二屏幕720相比，在第三屏幕730中的面部的下部看上去比较小，上部看上去比较大。因此，如果对象的方向被正常地识别，则可防止错误识别。

为了识别对象的方向，可单独地或复合地执行各种方案。例如，用于识别三维对象的设备100可包括地磁传感器/加速度传感器/陀螺仪传感器中的至少一个。在此情况下，控制器160可使用地磁传感器/加速度传感器/陀螺仪传感器来识别用于识别三维对象的设备100的方向。当识别用于识别三维对象的设备100的方向时，设备100可使用设备100的方向来识别面部和其他对象的相对方向。根据另一实施例，用于识别三维对象的设备100可使用在第三图像上指示的三维对象的特征部分的布置来识别对象的方向。例如，在面部图像的情况下，可基于诸如眼睛或嘴的特征部分的布置形式来确定对象的方向。作为确定第三图像中眼睛之间距离的比例和嘴的大小的结果，当眼睛之间的距离小于适当比例时，控制器160可确定对象被从底部拍摄。可通过面部的特征部分的布置来识别对象的方向。可使用地磁传感器/加速度传感器/陀螺仪传感器的信息和拍摄的图像中的特征部分的布置来识别对象的方向。

控制器160根据识别的对象的方向来变换图像(610)。例如，当识别出对象被从底部拍摄时，可根据将下部的大小变换小并将上部的大小变换大这样一种方式的观点来执行图像校正。

控制器160根据对象的方向来调整用于识别的阈值(620)。参照图3所示，当感兴趣区域的亮度差等于或大于识别阈值时，控制器160确定拍摄的对象与预设对象相同。然而，由于亮度差可根据拍摄方向被改变，所以控制器160对此做出反映。例如，当面部被从底部拍摄时(710)，控制器160可控制与位于面部上侧的前额或眼睛对应的感兴趣区域的识别阈值变小。因为前额和眼睛远离显示单元130，这就是前额和眼睛不能正常接收并反射显示单元130的光的原因。相反地，当面部被从顶部拍摄时(730)，控制器160可控制与位于面部上侧的前额或眼睛对应的感兴趣区域的识别阈值变大。因为前额和眼睛靠近显示单元130，这就是前额和眼睛不能接收并反射显示单元130的光的原因。

控制器160通过图3的过程来识别对象(625)。可在对象识别过程中按在第三图像中相同的方式变换步骤315的第四图像。除了根据对象的方向和阈值的控制的图像变换之外，图3的过程是同样适用的。可应用图5的过程来代替图3过程。

根据图6和图7的方案，即使用户不转身或者不自然地弯曲面部，面部也能被正确地识别，从而面部识别功能可被方便地使用。

这里，将理解可通过计算机程序的指令来实现处理流程图和它们的各个块的组合。因为计算机程序的指令可被安装在通用计算机、专用计算机或可编程数据处理装备的处理器中，所以它们产生用于执行流程图块中描述的功能的方法。因为计算机程序指令可被存储在计算机或可编程数据处理装备的计算机可用或可读的存储器中来按特定方式实施功能，所以它们可产生制造的商品，所述商品包括执行在流程图块中描述的功能的指令方法。因为计算机程序的指令可被安装在计算机或可编程数据处理装备中，所以可在计算机或可编程数据处理装备中执行一系列操作步骤来产生由计算机执行的过程，以便执行计算机或可编程数据处理装备的指令可提供用于执行流程图块中描述的功能的步骤。

此外，每个块可指示模块一部分，其中所述模块包括用于执行特定逻辑功能、段和代码的至少一个可执行的指令。在可选执行实施例中，应注意可在顺序外创建块中提及的功能。两个顺序示出的块可根据对应的功能实际上被同时执行或被逆序执行。如本实施例中使用的，术语“单元”是指软件或硬件结构元件(诸如FPGA或ASIC)，并执行某些功能。然而，“单元”不限于软件或硬件。“单元”可被配置在可寻址存储介质中以使至少一个处理器运转。因此，例如，“单元”包括软件结构元件、面向对象软件结构元件、类结构元件、任务结构元件、进程、函数、属性、过程、子例程、程序代码的段、驱动器、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。提供给结构元件和“单元”的功能可由更少数量的结构元件和“单元”组合，或被划分为另外的结构元件和“单元”。另外，结构元件和“单元”可被应用来使在装置或安全多媒体卡中的至少一个CPU运转。

本发明的实施例表现出这样的效果：可提供用于识别三维对象的设备和方法来防止使用二维照片令安全功能失效。

尽管已在上文详细描述了本发明的示例性实施例，但是应该清楚理解，这里教导的可呈现给本领域中的技术人员的基本发明构思的许多改变和修改将仍然落入由权利要求限定的本发明的精神和范围内。