本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种人脸识别方法及相关装置。
背景技术：
近年来，随着社会的发展和进步，许多封闭式管理的场所需要对进出入口的人员进行身份识别，并将身份识别的结果应用于门禁管理。目前市场上的身份识别技术较多，主要有指纹识别，虹膜识别、人脸识别等，其中人脸识别由于其身份识别唯一性、非强制性、非接触性等特点，比较适合用于进出入口的身份识别应用。然而，假冒的照片依然可以成像，通过二维伪造特征点的方法进行人脸识别，且在特征点验证通过时也会允许通过通道闸机，导致安全性低。
技术实现要素：
本发明实施例提出了一种人脸识别方法及相关装置，可提高人脸识别的安全性。
第一方面，本发明实施例提供了一种人脸识别方法，应用于包括摄像头和投影装置的通道闸机，所述投影装置包括投影光源和菲林片，所述菲林片上印刷有指定图案，其中：
在目标人物处于识别区域内，通过所述摄像头采集所述目标人物的第一图像；
根据所述第一图像确定所述目标人物的人脸位置；
通过所述投影光源将所述指定图案投影至所述人脸位置，通过所述摄像头采集所述人脸位置对应的待测对象的第二图像；
根据所述第二图像判断所述待测对象是二维人脸图像还是三维人脸对象；
在所述待测对象是三维人脸对象时，关闭所述投影光源，通过所述摄像头采集所述待测对象的第三图像；
对所述第三图像进行人脸识别，并在人脸识别通过时，允许所述目标人物通过所述通道闸机。
第二方面，本发明实施例提供了一种通道闸机，包括摄像头和投影装置，所述投影装置包括投影光源和菲林片，所述菲林片上印刷有指定图案，其中：
采集单元，用于在目标人物处于识别区域内，通过所述摄像头采集所述目标人物的第一图像；
确定单元，用于根据所述第一图像确定所述目标人物的人脸位置；
投影单元，用于通过所述投影光源将所述指定图案投影至所述人脸位置；
所述采集单元，还用于通过所述摄像头采集所述人脸位置对应的待测对象的第二图像；
判断单元，用于根据所述第二图像判断所述待测对象是二维人脸图像还是三维人脸对象；
所述投影单元，还用于在所述待测对象是三维人脸对象时，关闭所述投影光源；
所述采集单元，还用于通过所述摄像头采集所述待测对象的第三图像；
处理单元，用于对所述第三图像进行人脸识别，并在人脸识别通过时，允许所述目标人物通过所述通道闸机。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行上述第一方面的方法。
本发明实施例，在目标人物处于识别区域时，通过摄像头采集的第一图像确定目标人物的人脸位置。再通过投影装置向人脸位置的待测对象进行投影，并通过摄像头采集待测对象经过投影后的第二图像。若根据第二图像判断待测对象是三维人脸对象时，即为活体人脸，可关闭投影光源，通过摄像头采集待测对象的第三图像，对第三图像进行人脸识别，并在人脸识别通过时，允许目标人物通过通道闸机。也就是说，先确定待测对象是三维人脸对象之后再进行人脸识别，防止非法用户使用二维人脸图像进行人脸识别，从而提高通道闸机进行验证的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1是本发明实施例提供的一种通道闸机进行人脸识别的场景示意图；
图1a是本发明实施例提供的一种采集第二图像的场景示意图；
图1b是本发明实施例提供的另一种采集第二图像的场景示意图；
图1c是本发明实施例提供的一种摄像头和投影装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种人脸识别方法的流程示意图；
图2a是本发明实施例提供的一种摄像头采集第二图像的场景示意图；
图3是本发明实施例提供的一种通道闸机的结构示意图；
图3a是本发明实施例提供的一种判断单元的结构示意图；
图3b是本发明实施例提供的一种确定单元的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种通道闸机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但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。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
本发明实施例提出了一种人脸识别方法及相关装置，可能够提高人脸识别的安全性。
请参照图1，图1是本发明实施例提供的一种通道闸机进行人脸识别方法的场景示意图。如图1所示，上述通道闸机100包括摄像头110和投影装置120。
上述通道闸机100是一种通道阻挡装置(通道管理设备)，用于管理人流并规范行人出入，主要应用于地铁闸机系统、收费检票闸机系统。其最基本的功能是实现一次只通过一人，从而提高通道闸机进行验证的安全性。
上述通道闸机100的基本组成部分包括箱体、拦阻体、机芯、控制模块和辅助模块。其中：箱体为保护机芯、控制模块等内部部件，并起到支撑作用；拦阻体在不允许行人通过的时候起拦阻作用，允许行人通过时会打开放行，一般以门或拦杆的形式实现；机芯由各种机械部件组成一个整体(包括驱动电机、减速机等)，利用机械原理控制拦阻体的开启和关闭动作；控制模块利用微处理器技术实现各种电气部件和驱动电机的控制，简单控制电路一般由主控板、电机控制板及辅助控制板即可实现，复杂控制电路(如地铁检票机)则需要配置专门的工控机来实现；辅助模块包括led指示模块、计数模块、行人检测模块、报警模块、权限输入模块、语音提示模块等，摄像头110和投影装置120属于辅助模块中的权限输入模块。
投影装置120包括投影光源和菲林片，对于投影光源和菲林片的具体形式也不作限定。其中，投影光源可采用二极管激光笔等发射的激光；菲林片为印刷制版所用的胶片，轻薄体积小，印刷有指定图案，用于后续投影到物体上，且指定图案可选条纹或栅格。
结构光(structuredlight)是一种主动式光学测量技术，结构光测量方法常用于对物体三维轮廓测量，线激光源将其产生的光平面照射在物体表面上产生结构光条纹，后续通过光电传感器从某一角度获取被测物体调制后的激光条纹信息，测量涉及条纹图像坐标及相位计算，所采取的投影光源图像一般是计算机已计算设计好的，需要通过算法对结构光测量中光条图像进行处理。该方法中可简化过程的装置及目的，使其更方便运用于非接触式的生物识别装置中。
本发明实施例所采用的人脸识别方法基于结构光，也就是说，上述的线激光源为投影装置120，物体表面为人脸表面(待测对象表面)，投影光源图像为菲林片上印刷的指定图案，光电传感器为摄像头110。
需要说明的是，本发明实施例无需精细测量待测对象的三维面貌，而是通过投影装置120发射投影光源至人脸位置的待测对象，即向待测对象上投影指定图案，此时摄像头110与投影装置120的投影光轴投影成一定角度的方向，从而可获取由于待测对象表面高度变化而在其表面产生的变形图像，通过变形图像判断待测对象的三维特征，从而判断待测对象是二维人脸图像还是三维人脸对象。
举例来说，当待测对象为二维人脸图像时，如图1a所示，该二维人脸图像上的栅格保持平整的直线；当待测对象为三维人脸对象时，如图1b所示，该三维人脸对象上的栅格呈现变形的直线。
在本发明实施例中，摄像头110和投影装置120固定安装在通道闸机100的箱体上，对于摄像头110和投影装置120与安装面的角度、摄像头110和投影装置120之间的间隔距离、摄像头110和投影装置120的投射视角和目标人物的识别距离等不作限定，便于直接在现有的通道闸机上安装，且采用进行人脸识别的摄像头，节省成本。
举例来说，假设通道闸机的高度为1.1m，如图1c所示，投影装置120包括投影光源121和菲林片122，摄像头110和投影装置120固定安装在闸机的箱体上，摄像头110与安装面呈32°的角度，投影装置120与安装面呈34°的角度，中心距离摄像头110中心2cm，摄像头110采用60°视角，投影装置120的投影角度60°，识别距离50cm。也就是说，在执行本发明实施例所提供的人脸识别方法的情况下，当目标人物进入识别区域(50cm处)，摄像头可拍摄到是1.45m-1.9m身高范围的人，通过摄像头110采集的图像进行人脸定位，置于摄像头110下方2cm处的投影光源121将菲林片122上的指定图像投影到人脸上，排除二维防伪攻击，提高了人脸识别的安全性。
请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种人脸识别方法的流程示意图，如图2所示，该人脸识别方法应用于如图1所示的通道闸机，其中：
201：在目标人物处于识别区域内，通过摄像头采集目标人物的第一图像。
202：根据第一图像确定目标人物的人脸位置。
当目标人物进入识别区域(例如：与闸机的门距离50cm)时，摄像头才采集目标人物的第一图像，并根据第一图像进行人脸定位得到目标人物的人脸位置，便于节省摄像头的功耗和提高摄像头采集人脸图像的准确性。
对于如何根据第一图像确定人脸位置在此不做限定，可以利用人脸的基本特征，例如：通过标准人脸模板或各个五官特征的子模板和第一图像的匹配程度确定第一图像中的人脸图像，或通过人脸的肤色的特殊性区别第一图像中其他部位，从而提取第一图像中的人脸图像，并结合摄像头的拍摄第一图像的视角确定人脸图像对应的人脸位置；还可以通过机器学习的方式，在训练样本集上建立一个对人脸和非人脸样本进行正确识别的分类器。
可选的，提取所述第一图像中的人脸特征得到特征点集；根据所述特征点集确定所述人脸位置。也就是说，通过第一图像中特征点集确定人脸轮廓的位置或五官轮廓的位置，再根据上述位置确定人脸位置。
203：通过投影光源将指定图案投影至人脸位置，通过摄像头采集人脸位置对应的待测对象的第二图像。
在投影装置通过投影光源将指定图案投影至人脸位置时，摄像头采集经过投影之后人脸位置对应的待测对象的第二图像。请参照图2a，图2a为通过投影光源和摄像头采集第二图像的场景示意图。如上述的结构光测量方法和图2a所示，通过投影光源121将指定图案122投影至人脸位置的待测对象产生结构光条纹，并通过摄像头110采集目标人物10的人脸位置对应的待测对象的第二图像，第二图像包括被人脸位置调制后的激光条纹信息。
在摄像头采集完成第一图像之后，可关闭摄像头，在投影装置对人脸位置进行投影时，开启摄像头，减少摄像头的功耗。
可选的，根据所述人脸位置调整所述摄像头的视角和所述投影光源的投影角度。可以理解，分别针对人脸位置，对摄像头的视角和投影光源进行调整，则摄像头获取更精准的第二图像，利于提高判断第二图像的准确度。
204：根据第二图像判断待测对象是二维人脸图像还是三维人脸对象。
如上述的结构光测量方法可通过获取待测对象表面高度变化而在其表面产生的变形图像，通过对象表面的变形图像获取待测物体的三维特征，从而判断待测对象是二维人脸图像还是三维人脸对象。
可选的，根据所述指定图案对所述第二图像进行图像处理，得到灰度图；根据所述灰度图和预设阈值提取变形区域；生成所述变形区域的二值模板；若所述二值模板满足预设条件，确认所述待测对象为三维人脸对象。
在第二图像的获取过程中，受待测对象表面特性以及背景光源的影响，待测对象表面有些部分会成为阴影区；在待测对象表面的突变部分光强比较大，而一些被遮挡的区域则光强比较小。利用灰度图可判断局部阴影区域、物体间断及背景区域，对每一点计算灰度值，由于第二图像是在指定图案的基础上投影时进行采集的图像，则针对指定图像对第二图像进行图像处理，获取对应的灰度图。
可采用傅里叶变换法计算灰度值，如式(1)所示，也就是说，特征值的实部的平方和虚部的平方之和等于灰度值的平方。
鼻梁及鼻子位于人脸对称中心线处，在投影光线下采集的第二图像有较大的变形，且对于人脸而言，鼻子突变部分的光强比较大，因此可提取第二图像中鼻子部分的图像，若鼻子部分的图像为变形图像，且该图像中的特征点符合人脸鼻子的预设条件，确认待测对象为三维人脸对象。由于灰度图中的灰度值较小，可设置合理的阈值(预设阈值)来将其分离出来，阈值的选取可以通过直方图确定，然后生成二值模板。在二值模板对应的数据分布偏离直线时，满足预设条件，也就是说变形区域的变化强度较大。
获取人脸中心位置可采用主元素分析(pca)、概率主元素分析(ppca)、灰度垂直积分投影或形态特征描述法等。
其中，灰度垂直积分投影用一维卷积因子对图形矩阵的列的方向进行卷积。根据垂直积分投影公式，得到反应人脸特征是垂直积分投影，并在图像摄取人脸观测范围的尖峰完成基于垂直积分投影的人脸预定位；人脸上的结构光条纹根据人鼻明显凸出的特征而产生很明显的跃变，其条纹与其他条纹相比明显向下(或垂直光时的弯曲)弯曲，在垂直方向上积分投影找出垂直积分投影的最低点，并根据人脸对称中心的结构特征，从区域积分投影的最低点坐标值确定人脸中心位置。
205：在待测对象是三维人脸对象时，关闭投影光源，通过摄像头采集待测对象的第三图像。
206：对第三图像进行人脸识别，并在人脸识别通过时，允许目标人物通过通道闸机。
当判断待测对象是三维人脸对象时，可将投影光源关闭，并通过摄像头采集人脸位置处的第三图像，并对第三图像进行人脸识别，即通过人脸识别确定目标人物的身份信息。且在第三图像的人脸识别通过时，允许目标人物通过该通道闸机，即控制通道闸机的拦阻体处于放行状态，且在检测到目标人物通过通道闸机时，控制拦阻体处于阻挡状态，实现一次只通过一人，从而提高通道闸机进行人脸识别的安全性。且在判断待测对象是二维人脸图像时，拒绝目标人物通过通道闸机，防止非法用户使用二维人脸图像进行人脸识别。
可选的，在第三图像的人脸识别通过时，定时器开始计时；若在预设时长到达时，未检测到目标人物通过通道闸机时，控制拦阻体处于阻挡状态。也就是说，在目标人物的人脸识别通过时，通道闸机允许目标人物通过，但是若在预设时长内未检测到目标人物通过时，拦阻体处于阻挡状态，即任何人通过闸机需要进行人脸识别，从而提高通道闸机的安全性。
可选的：提取所述第三图像中的人脸特征，得到特征点集；将所述第三图像的特征点集划分为k个区域，获取所述k个区域中每一区域的特征点分布密度得到k个特征点分布密度；获取所述k个分布密度之间的方差；在所述方差处于预设范围时，根据所述特征点集对所述第三图像进行人脸识别。
其中，k为大于1的整数。k个区域可包括脸型区域、五官区域或特征点集中的区域等。也就是说，在k个分布密度之间的方差处于预设范围时，确认特征点集中的特征点满足图像质量评估的最低要求，即可针对特征点集对第三图像进行人脸识别。若方差处于预设范围之外时，可通过摄像头重新采集。
在对第三图像进行人脸识别之前，需对第三图像进行图像质量评估，且在满足图像质量评估的最低要求时，根据特征点集进行人脸识别，从而提高人脸识别的准确性。
根据上述方法，将所述第一图像的特征点集划分为k个区域，获取的方差处于上述预设范围时，根据第一图像的特征点集对第一图像进行人脸识别，且在人脸识别通过时，允许目标人物通过通道闸机。避免摄像头采集第三图像造成的时间过长，缩短整个人脸识别过程的时长，提高通道闸机的处理效率。
通过实施本实施例，在目标人物处于识别区域时，通过摄像头采集的第一图像确定目标人物的人脸位置。再通过投影装置向人脸位置的待测对象进行投影，并通过摄像头采集经过投影后待测对象的第二图像。若待测对象是三维人脸对象，即为活体人脸，可关闭投影光源，通过摄像头采集待测对象的第三图像，并验证第三图像，对第三图像进行人脸识别，并在人脸识别通过时，允许目标人物通过通道闸机。也就是说，先确定待测对象是三维人脸对象之后再进行人脸识别，防止非法用户使用二维人脸图像进行人脸识别，从而提高通道闸机进行验证的安全性。
与图2所述的实施例一致，请参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种通道闸机300的结构示意图。如图3所示，该通道闸机300包括摄像头和投影装置，所述投影装置包括投影光源和菲林片，所述菲林片上印刷有指定图案，其中：
采集单元301，用于在目标人物处于识别区域内，通过所述摄像头采集所述目标人物的第一图像。
确定单元302，用于根据所述第一图像确定所述目标人物的人脸位置。
投影单元303，用于通过所述投影光源将所述指定图案投影至所述人脸位置。
所述采集单元301，还用于通过所述摄像头采集所述人脸位置对应的待测对象的第二图像。
判断单元304，用于根据所述第二图像判断所述待测对象是二维人脸图像还是三维人脸对象。
所述投影单元303，还用于在所述待测对象是三维人脸对象时，关闭所述投影光源。
所述采集单元301，还用于通过所述摄像头采集所述待测对象的第三图像。
处理单元305，用于对所述第三图像进行人脸识别，并在人脸识别通过时，允许所述目标人物通过所述通道闸机。
作为一种可能的实施方式，所述通道闸机300还包括：
调整单元306，用于根据所述人脸位置调整所述摄像头的视角和所述投影装置的投影角度。
作为一种可能的实施方式，如图3a所示，所述判断单元304包括：
解码模块3041，用于根据所述指定图案对所述第二图像进行图像处理，得到直方图；
第一提取模块3042，用于根据所述直方图和预设阈值提取变形区域；
生成模块3043，用于生成所述变形区域的二值模板；
第一确定模块3044，用于若所述二值模板满足预设条件，确认所述待测对象为三维人脸对象。
作为一种可能的实施方式，如图3b所示，所述确定单元302包括：
第二提取模块3021，用于提取所述第一图像中的人脸特征，得到特征点集；
第二确定模块3022，用于根据所述特征点集确定所述人脸位置。
作为一种可能的实施方式，所述处理单元306，还用于在所述待测对象是二维人脸图像时，拒绝所述目标人物通过所述通道闸机。
实施本发明实施例，在目标人物处于识别区域时，通过摄像头采集的第一图像确定目标人物的人脸位置。再通过投影装置向人脸位置的待测对象进行投影，并通过摄像头采集经过投影后待测对象的第二图像。若待测对象是三维人脸对象，即为活体人脸，可关闭投影光源，通过摄像头采集待测对象的第三图像，并验证第三图像，对第三图像进行人脸识别，并在人脸识别通过时，允许目标人物通过通道闸机。也就是说，先确定待测对象是三维人脸对象之后再进行人脸识别，防止非法用户使用二维人脸图像进行人脸识别，从而提高通道闸机进行验证的安全性。
请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种通道闸机的结构示意图。如图4所示，本实施例中的通道闸机可以包括处理器410、存储器420、通信接口430以及一个或多个程序440，其中，一个或多个程序440被存储在存储器420中，并且被配置由处理器410执行，程序440包括用于执行以下步骤的指令：在目标人物处于识别区域内，通过摄像头采集所述目标人物的第一图像；根据所述第一图像确定所述目标人物的人脸位置；通过投影光源将指定图案投影至所述人脸位置，通过所述摄像头采集所述人脸位置对应的待测对象的第二图像；根据所述第二图像判断所述待测对象是二维人脸图像还是三维人脸对象；在所述待测对象是三维人脸对象时，关闭所述投影光源，通过所述摄像头采集所述待测对象的第三图像；对所述第三图像进行人脸识别，并在人脸识别通过时，允许所述目标人物通过所述通道闸机。
具体实现中，本发明实施例中所描述的一个或多个程序440可执行本发明实施例提供的人脸识别方法的第一实施例中所描述的实现方式。
在本发明的另一实施例中提供一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质存储有计算机程序，上述计算机程序包括程序指令，上述程序指令当被处理器执行时使上述处理器执行第一实施例中所描述的实现方式。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的终端和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上上述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。