本实用新型涉及一种人脸3D图像采集装置，涉及生物识别技术领域。
背景技术：
随着信息技术和网络技术的迅猛发展，人们对身份识别技术的需求越来越多，对其安全可靠性的要求也越来越严格。基于传统密码认证的身份识别技术在实际信息网络应用中己经暴露出许多不足之处，而基于生物特征辨别的身份识别技术近年来也日益成熟并在实际应用中展现出极大的优越性，但是传统单一的人脸识别、声纹识别和指纹识别只能保证人的特征能够被有效验证，不能保证操作者是本人，而导致利用照片、指纹膜和录音犯罪的案件经常见诸报端。
如今移动支付之手机银行和微信银行等迅速发展，电子支付，特别是，移动支付的身份验证安全问题将成为用户在电子支付安全领域当中的首要问题，对于电子支付安全应用的需求将会越来越大，“泛安全”定位的一般的安全技术将不能满足客户日益提高的身份验证安全要求。
自2013起，手机支付类病毒爆发，包括“伪淘宝”病毒、“银行窃贼”及“洛克蛔虫”等系列支付病毒；2014年出现的支付类病毒监听键盘输入，后台监控手机用户支付账号密码输入信息的特点，成为子机支付类病毒高危化演进的一个信号。这些病毒可以读取用户短信，包括用户支付交易的手机验证码，而黑客通过验证码破解用户的支付账号，取消数字证书等设置，对支付宝交易的安全造成巨大威胁。
针对安全风险，传统密码认证的身份识别技术在实际信息网络应用中己经暴露出许多不足之处，而基于生物特征辨别的身份识别技术近年来也日益成熟并在实际应用中展现出极大的优越性，但是传统单一的人脸识别、声纹识别和指纹识别只能保证人的特征能够被有效验证，不能保证操作者是本人，而导致利用照片、指纹膜和录音犯罪的案件经常见诸报端。
技术实现要素：
本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种人脸3D图像采集装置。
本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现：一种人脸3D图像采集装置，包括壳体，所述壳体包括底边、侧边和透明视窗，所述透明视窗设于壳体面向待识别对象的一侧，该壳体内设置有一容置空间，所述容置空间内设置有一电路板、3D深度摄像模组、红外热成像模组和3D结构光投射器，所述电路板固设于壳体的侧边上，所述3D深度摄像模组、红外热成像模组和3D结构光投射器均依次集成于所述电路板上，所述电路板上还设置有数据接口、图像存储装置和图像处理装置，所述图像处理装置分别与3D深度摄像模组、红外热成像模组、3D结构光投射器、图像存储装置、数据接口电性连接，所述3D结构光投射器包括激光器、准直透镜和衍射光学元件，所述激光器、准直透镜和衍射光学元件在同一光路上依次设置，所述激光器发出激光，激光经过准直透镜进行校准，校准后的激光通过衍射光学元件进行衍射得到所需的光强图案分布，所述3D深度摄像模组的视场角为20~120度，所述红外热成像模组的视场角为20~120度，所述3D深度摄像模组的视场角与所述红外热成像模组的视场角部分重叠，所述3D结构光投射器发出的光线覆盖所述3D深度摄像模组和红外热成像模组的视场角重叠区域。
优选地，所述激光器为近红外半导体激光器，所述近红外半导体激光器的波长为830nm。
优选地，所述激光器为垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器的波长为940nm。
优选地，所述侧边上开设有至少3个用于与固定件相配合的固定孔，所述数据接口为插拔式数据接口。
优选地，所述透明视窗与水平方向成一角度，所述角度的范围为11~21度。
优选地，所述3D深度摄像模组、红外热成像模组和3D结构光投射器均朝向透明视窗。
优选地，所述3D深度摄像模组采用彩色CMOS作为图像传感器，该彩色CMOS对830nm波长的近红外光敏感。
优选地，所述红外热成像模组的光轴方向垂直于所述透明视窗。
优选地，所述3D深度摄像模组分别与照明装置、红外热成像模组间隙设置。
优选地，所述红外热成像模组的测温范围为-20°C ~400°C，在-20°C ~400°C温度分辨率为0.1°C，感光波长范围为8 ~ 14μm。
本实用新型技术方案的优点主要体现在：该装置结构简单、操作方便、便捷，成本低、在低光环境时表现好、且分辨率好、光学一致性好。该人脸3D图像采集装置利用3D结构光投射器、3D深度摄像头和红外热成像摄像头可同时抓取待识别人脸的表面的三维面型数据和温度场图，通过人脸表面的温度场图确定待识别面部图像是否为活体真人，避免了单一三维面型数据无法区别活体人脸和三维人脸模型，大大提高识别准确性，适合在产业上推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来说，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。
图1为本实用新型的一种人脸3D图像采集装置的结构示意图。
图2为本实用新型的一种人脸3D图像采集装置的原理框图。
具体实施方式
本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实用新型揭示了一种人脸3D图像采集装置，该人脸3D图像采集装置在实际应用过程中可同时抓取待识别人脸的表面的温度场图以及三维面型数据，通过人脸表面的温度场图确定待识别面部图像是否为真人活体。
如图1所示，一种人脸3D图像采集装置，如图1和图2所示，该图像采集装置包括壳体1，所述壳体1包括底边20、侧边30和透明视窗40，所述透明视窗40设置于壳体面向待识别对象50的一侧，所述底边20和侧边30为塑料材质或金属材质的一体成型结构，具体地，所述透明视窗40固定于壳体1上，所述透明视窗与水平方向成一角度，所述角度的范围为11~21度，该透明视窗的设置在使用过程中可用来标示该装置图像采集的工作区域，对待识别对象进行更好地采集、抓取，且倾斜窗口的设计也可避免成像透镜在窗口玻璃上形成的暗斑反射像干扰待识别对象的信息采集。
该壳体内设置有一容置空间，如图1所示，所述容置空间内设置有一电路板2、3D深度摄像模组3、红外热成像模组4和3D结构光投射器5，所述电路板2位于壳体的侧边上，所述3D深度摄像模组3、红外热成像模组4和3D结构光投射器5均依次集成于所述电路板2上。
所述电路板上还设置有数据接口6、图像存储装置和图像处理装置，所述图像处理装置分别与3D深度摄像模组3、红外热成像模组4、3D结构光投射器5、图像存储装置、数据接口6电性连接。所述人脸3D图像采集装置通过数据接口与外部设备连接，实现供电及数据传输，所述数据接口为多个不同种类的数据传输接口，比如USB、WIFI、RS485等，用户在使用过程中可以根据自己的使用需求选择合适的数据接口。所述数据接口为可插拔式数据接口，该可插拔式数据接口的设置可实现数据之间的高速传输，大大地提高了该装置的扩展性和灵活性。
所述激光器为近红外半导体激光器，所述近红外半导体激光器的波长为830nm，所述激光器还可为VCSEL，即垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器的波长为940nm，在本技术方案中，所述激光器优选为波长为830nm的近红外半导体激光器。
在本技术方案中，所述侧边上开设有至少3个用于与固定件相配合的固定孔7，在本技术方案中，所述侧边上优选地对称开设有2个用于与固定件相配合的固定孔，所述固定孔为固定螺孔，所述固定件为螺丝，螺丝与固定螺孔的配合可实现该装置的紧固连接，该安装方式便于操作人员对该设备进行检查和维修，大大地提高了该设备的便利性。另外，所述固定孔也可为沉孔，在锁完固定件后可以再贴附一个橡胶垫，可避免该设备置于操作台使用时轻易发生移动。
所述3D深度摄像模组分别与照明装置、红外热成像模组间隙设置，所述3D深度摄像模组、红外热成像模组和3D结构光投射器均朝向透明视窗。所述3D深度摄像模组采用彩色CMOS作为图像传感器，该彩色CMOS对830nm的近红外光敏感。CMOS为Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件，该彩色CMOS具有成品率高、集成度高、功耗小、价格低等特点。所述红外热成像模组的光轴方向垂直于所述透明视窗。所述红外热成像模组为红外热成像摄像头，所述红外热成像模组包括红外探测器和光学成像物镜，由红外探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换成红外热像图。所述红外热成像模组的测温范围为-20°C ~400°C，在-20°C ~400°C温度分辨率为0.1°C，感光波长范围为8 ~ 14μm。
红外热成像技术可采用多种显示方式，把人类的感官由五种增加到六种。只有当物体的温度高达1000℃以上时，才能够发出可见光被人眼看见。而所有温度在绝对零度(-273℃)以上的物体，都会不停地发出热红外线，如一个正常的人所发出的热红外线能量，大约为100W。这些都是人眼看不见的，但物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。红外热成像支持80*60或者160*120分辨率，独有的DDE图像增强技术使热成像画质更清晰，全屏测温，自动跟踪画面最高温和最低温，最多可设置9个测温区域，并显示各区域最高温、最低温和平均温，并将温度信息叠加到视频图像上输出。
如图1所示，所述3D结构光投射器5包括激光器51、准直透镜52和衍射光学元件53，所述激光器51、准直透镜52和衍射光学元件53在同一光路上依次设置，所述激光器发出激光，激光经过准直透镜进行校准，校准后的激光通过衍射光学元件进行衍射得到所需的光强图案分布。所述3D结构光投射器结构简单、尺寸小巧、通用型强、故障率低，在低光环境时表现也非常好，可以更大限度地节省电路板的布板空间，在使用过程中光学一致性非常好，可直接与电路板焊接，信号损失少，噪声小，使用成本低。
所述3D深度摄像模组的视场角为20~120度，所述3D深度摄像模组在本技术方案中为3D深度摄像头，所述红外热成像模组的视场角为20~120度，在本技术方案中，所述3D深度摄像模组的视场角优选为50度，所述红外热成像模组的视场角优选为50度，所述红外热成像模组在本技术方案中为红外热成像摄像头，所述3D深度摄像模组的视场角与所述红外热成像模组的视场角部分重叠，所述3D结构光投射器发出的光线覆盖所述3D深度摄像模组和红外热成像模组的视场角重叠区域。
所述3D结构光投射器发出的光为规则形状的光，当3D结构光投射器发出结构光投射到待识别的人脸表面后被待识别人脸高度调制，光的形状被改变，变成不规则形状的光，被调制的结构光被3D深度摄像头采集，所述3D深度摄像模组与图像存储装置通过成像接口进行数据传输，通过成像接口传送至图像存储装置中存储，图像处理装置从图像存储装置调取被调制的图像解调后得到人脸的高度信息，即待测人脸三维面形数据；同时由于人体是一个自然的生物红外辐射源，能够不断向周围发射红外辐射，且红外辐射的波长与人体的温度分布相关，具有一定的稳定性和特征性。所述红外热成像摄像头与图像存储装置通过成像接口进行数据传输，通过红外热成像摄像头即可抓取人脸部表面红外辐射场图，进而经图像处理装置转换为温度场图后得到待测人脸的温度分布信息。
如图2所示，为该装置的原理框图，3D结构光投射器照亮待识别的人脸表面后被待识别人脸高度调制，被调制的结构光被3D深度摄像头采集，通过图像接口传送至图像存储装置存储，图像处理装置从图像存储装置调取被调制的图像解调后得到人脸的高度信息，即待测人脸三维面形数据，同时红外热成像模组采集面部的红外辐射场图，所述红外热成像摄像头与图像存储装置通过成像接口进行数据传输，经成像接口传输至图像存储装置。图像处理装置调取红外辐射场图处理后获得人脸的温度场图。所述人脸三维面形数据和人脸的温度场图通过数据接口输出至终端数据库进行人脸匹配识别。
该人脸3D图像采集装置利用3D结构光投射器、3D深度摄像头和红外热成像摄像头可同时抓取待识别人脸的表面的三维面型数据和温度场图，通过人脸表面的温度场图确定待识别面部图像是否为活体真人，避免了单一三维面型数据无法区别活体人脸和三维人脸模型，大大提高识别准确性和图像采集的工作效率。该设备结构简单，使用方便、可靠，在使用过程中极大地提高了人脸识别系统的安全性和方便性，同时判别速度快，且易于实施，适合在产业上推广使用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。