基于光计算的对象识别装置、电子设备及光学组件的制作方法

本实用新型涉及光学领域，尤其涉及基于光计算的对象识别装置。

背景技术：

对象识别在各种电子设备中有着广泛的应用，例如，在移动终端(如手机)，可以通过识别是否目标对象(如人脸)来进行各种操作，比如，在阅读界面，如果识别出人脸时可以保持屏幕常亮，方便用户阅读。

现有技术进行对象识别时，基本上都是通过摄像头来采集目标的图像，然后通过电子设备中内置的处理器来进行识别处理。但由于摄像头工作时需要消耗功能，同时，处理器在进行识别处理时需要进行大量的运算，也会消耗很多功耗，因此，电子设备总的功耗消耗比较大，特别是针对一些需要长时间开启对象识别的场景，功耗会更大，从而会影响电子设备的续航能力。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种对象识别装置，用于解决现有技术进行对象识别时功耗过大的问题。

第一方面，本申请公开了一种对象识别装置，包括第一4f光学系统、对照光学系统、第一光敏探测器、第二光敏探测器以及比较器；所述第一4f光学系统用于根据第一输入对象输出具有第一光强的第一光信号，其中，所述第一输入对象包含目标对象；所述第一光敏探测器用于将所述第一光信号转换成第一电信号；所述对照光学系统用于根据所述第一输入对象输出具有第二光强的第二光信号，所述第二光强不等于所述第一光强；所述第二光敏探测器用于将所述第二光信号转换成第二电信号；所述比较器用于比较所述第一电信号以及所述第二电信号，根据所述第一电信号与所述第二电信号的比较结果输出已识别出所述目标对象的识别结果。本实施例中，引入对照光学系统可以消除环境因素引起的干扰，为第一4f光学系统的对象识别提供一个基准，从而可以更准确地进行对象识别，此外，光学系统不需要消耗电，光敏探测器以及比较器在实现时很容易使用功耗非常低的电路实现，因此，相比于现有技术，降低了功率。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一光强与所述第二光强的相对差值大于等于第一预设阈值，例如，可以大于50％。其中，相对差值可以用如下公式表示：(a-b)/b，或者(a-b)/(a+b)，或者(a-b)/a等，其中，a表示第一电信号的大小，b表示第二电信号的大小。当相对差值达到一定的阈值通过相对差进行比较，受环境的影响更小，可以更准确地进行识别，也更容易实现。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一4f光学系统还用于根据第二输入对象输出具有第三光强的第三光信号，其中，所述第二输入对象不包含所述目标对象；所述第一光敏探测器还用于将所述第三光信号转换成第三电信号；所述对照光学系统还用于根据所述第二输入对象输出具有第四光强的第四光信号；所述第四光强不等于所述第三光强；所述第二光敏探测器还用于将所述第四光信号转换成第四电信号；所述比较器还用于比较所述第三电信号以及所述第四电信号，根据所述第三电信号以及所述第四电信号的比较结果输出未识别出所述目标对象的识别结果。通过本实现方式，由于在所述输入对象不包括所述目标对象时输出未识别出对象的识别结果，因此，可以避免误识别。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第三光强与所述第四光强的相对差小于第二预设阈值。该阈值可以和前述第一预设阈值相同，或者也可以更小一些。通过相对差进行比较，受环境的影响更小，可以更准确地进行识别，也更容易实现。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一4f光学系统为具有第一卷积运算能力的4f光学系统。通过该4f光学系统可以实现卷积运算，从而进行对象识别。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一4f光学系统包括：按光路依次排列的第一光学镜组、第一相位片以及第二光学镜组；所述第一光学镜组包括一个或多个第一光学镜片，所述第一光学镜组的焦距为f；所述第二光学镜组包括一个或多个第二光学镜片，所述第二光学镜组的焦距为f；所述第一相位片与所述第一光学镜组的距离以及与所述第二光学镜组的距离都为f；所述第一相位片用于执行所述第一卷积运算。上述第一4f光学系统结构基于现有的4f光学系统的结构，并使用相位片来实现卷积运算，实现简单。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一相位片具有以下两个特征中的至少一个：所述第一相位片各部分具有符合所述第一卷积运算的厚度，以及所述第一相位片各部分具有符合所述第一卷积运算的光的透过率。上述两个特征只具备其中任何一种时都能实现卷积运算，当两者都具备时，相当于可以为第一卷积运算提供更多的参数，因此，相当于卷积核的性能更好，最终识别效果也更好。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一4f光学系统包括：按光路依次排列的第一光学镜组、第一相位片以及第二光学镜组；所述第一光学镜组包括一个或多个第一光学镜片，所述第一光学镜组的焦距为f；所述第二光学镜组包括一个或多个第二光学镜片，所述第二光学镜组的焦距为f；所述第一相位片与所述第一光学镜组的距离以及与所述第二光学镜组的距离都为f；所述第一相位片具有多个分区，每个分区用于对一种特定的目标对象进行卷积运算，其中，每个分区具有以下两个特征中的至少一个：分区中的各部分具有符合与分区对应的卷积运算的厚度，以及分区中的各部分具有符合与分区对应的卷积运算的光的透过率。通过设定不同分区，每个分区可以单独针对一种相似的样本进行训练来得到最终的相位片，这种训练方式相比于多种目标对象一起训练的方式，最后的识别率更高；整个第一4f光学系统可以在任何一个分区识别出所述目标对象时输出第一光信号，从而提高了识别率。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述对照光学系统包括具有第二卷积运算能力的第二4f光学系统。对照光学系统也是具有卷积运算能力的4f光学系统，可以让整个装置的识别性能更好，因为即使其中一个4f光学系统识别得不是很准确，但只要另一个4f光学系统能够准确识别，那么，也会让两者的差满足一定的阈值，从而得到正确的识别结果。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第二4f光学系统包括：按光路依次排列的第三光学镜组、第二相位片以及第四光学镜组；所述第三光学镜组包括一个或多个第三光学镜片，所述第三光学镜组的焦距为f；所述第四光学镜组包括一个或多个第四光学镜片，所述第四光学镜组的焦距为f；所述第二相位片与所述第三光学镜组的距离以及与所述第四光学镜组的距离都为f；所述第二相位片用于执行所述第二卷积运算。上述第二4f光学系统结构基于现有的4f光学系统的结构，并使用相位片来实现卷积运算，实现简单。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第二相位片具有以下两个特征中的至少一个：所述第二相位片各部分具有符合所述第二卷积运算的厚度，以及所述第二相位片各部分具有符合所述第二卷积运算的光的透过率。上述两个特征只具备其中任何一种时都能实现卷积运算，当两者都具备时，相当于可以为第二卷积运算提供更多的参数，因此，相当于卷积核的性能更好，最终识别效果也更好。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第二4f光学系统包括：按光路依次排列的第三光学镜组、第二相位片以及第四光学镜组；所述第三光学镜组包括一个或多个第三光学镜片，所述第三光学镜组的焦距为f；所述第四光学镜组包括一个或多个第四光学镜片，所述第四光学镜组的焦距为f；所述第二相位片与所述第三光学镜组的距离以及与所述第四光学镜组的距离都为f；所述第二相位片具有多个分区，每个分区用于对一种特定的目标对象进行卷积运算，其中，每个分区具有以下两个特征中的至少一个：分区中的各部分具有符合与分区对应的卷积运算的厚度，以及分区中的各部分具有符合与分区对应的卷积运算的光的透过率。通过设定不同分区，每个分区可以单独针对一种相似的样本进行训练来得到最终的相位片，这种训练方式相比于多种目标对象一起训练的方式，最后的识别率更高；整个第二4f光学系统可以在任何一个分区识别出所述目标对象时输出第二光信号，从而提高了识别率。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述对照光学系统包括光强平均器件；所述光强平均器件用于对环境光的强度进行平均后输出给所述第二光敏探测器。使用光强平均器件实现简单，降低了实现、生产成本。

在第一方面另一种可能的实现方式中，对照光学系统不使用任何光学器件，这样输入的环境光直接通过对照光学系统后让第二光敏探测器检测到，这样，实现更加简单。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述装置还包括分光片，所述分光片用于将输入的光信号分成两路后分别输出给所述第一4f光学系统以及所述对照光学系统。使用分光片可以减少设备入光口，从而更好地满足产品的设计需求。

第二方面，本申请公开了一种电子设备，包括处理电路以及如第一方面以及第一方面各种实现方式中所述的对象识别装置，其中，所述处理电路用于基于对象识别装置的输出的识别结果进行处理。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述电子设备还包括显示屏，所述处理电路用于基于对象识别装置的输出的识别结果进行处理时，具体用于基于所述识别结果来确定是否关闭所述显示屏的显示。

第三方面，本申请公开了一种光学组件，所述光学组件包括如第一方面以及第一方面各种实现方式中所述的对象识别装置的第一4f光学系统、对照光学系统、第一光敏探测器以及第二光敏探测器。具体的，所述光学组件包括第一4f光学系统、对照光学系统、第一光敏探测器以及第二光敏探测器；所述第一4f光学系统用于根据第一输入对象输出具有第一光强的第一光信号，所述第一输入对象包含目标对象；所述第一光敏探测器用于将所述第一光信号转换成第一电信号；所述对照光学系统用于根据所述第一输入对象输出具有第二光强的第二光信号；所述第二光强不等于所述第一光强；所述第二光敏探测器用于将所述第二光信号转换成第二电信号；其中，所述第一电信号以及所述第二电信号被比较时，通过所述比较得到的比较结果用于确定识别到所述第一输入对象含有所述目标对象。

在第三方面的另一种可能的实现方式中，所述第一4f光学系统还用于根据第二输入对象输出具有第三光强的第三光信号，其中所述第二输入对象不包含所述目标对象；所述第一光敏探测器还用于将所述第三光信号转换成第三电信号；所述对照光学系统还用于根据所述输入对象输出具有第四光强的第四光信号；所述第四光强不等于所述第三光强；所述第二光敏探测器还用于将所述第四光信号转换成第四电信号；其中，所述第三电信号以及所述第四电信号被比较时，通过所示比较得到的比较结果用于确定识别到所述第二输入对象不含有所述目标对象。

例如，可以基于前述的比较器来进行比较，或者也可以基于其他电路(如处理器)来进行信号的比较。

在第三方面的另一种可能的实现方式中，还包括如第一方面一种实现方式中所述的分光片。

第三方面以及第三方面中的各种可能实现方式的具体实现以及效果可以参见第一方面以及第一方面中的各种实现方式，这里不再赘述。

第四方面，本申请公开了一种光学组件，所述光学组件包括如第一方面以及第一方面各种实现方式中所述的对象识别装置的第一4f光学系统、对照光学系统、第一光敏探测器以及第二光敏探测器任意两个或者任意三个组合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。

图1为现有技术中一种基本的4f光学系统的结构示意图；

图2为本申请实施例一中的对象识别装置结构示意图；

图3为本申请实施例三中对照光学系统包括4f光学系统的对象识别装置结构示意图；

图4为本申请实施例三中对照光学系统包括光强平均器件的对象识别装置结构示意图；

图5为本申请实施例三中对照光学系统不使用光学器件的对象识别装置结构示意图；

图6为本申请实施例四中一种相位片的结构示意图；

图7为本申请实施例五中光路为非直线的对象识别装置结构示意图；

图8为本申请实施例六中只包括一个进光口的对象识别装置结构示意图；

图9为本申请实施例八中一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合各附图，对本实用新型的各个实施例进行描述。

实施例一

参见图2，本实施例公开了一种对象识别装置，包括第一4f光学系统21、对照光学系统22、第一光敏探测器23、第二光敏探测器24以及比较器25。

本申请中的第一4f光学系统为具有第一卷积运算能力的4f光学系统，可以进行对象识别，该具有卷积运算功能的4f光学系统可以基于基本的4f光学系统得到。下面对第一4f光学系统进行具体介绍。参见图1，为一个基本的4f光学系统，可以用于例如傅里叶光学等光学分支。基本的4f光学系统包括两个透镜，可以是凸透镜或者凹透镜或者其他的镜片，透镜的焦距为f，在图1中，用透镜1以及透镜2来表示。在4f光学系统的光路中，光线依次经过物面、透镜1、频谱面、透镜2后输出到像面，也即像面上的光信号可认为是4f光学系统的输出。其中，物面与透镜1的距离为f，频谱面跟透镜1的距离为f，透镜2与频谱面以及像面的距离也为f，因此，称为“4f光学系统”。需要说明的是，在4f光学系统中，透镜也可以使用镜片组(包括多个镜片，来实现同样的功能)来代替，同时，针对不同的应用，可以在频谱面设置成不同的器件来达到不同的功能。

本申请中，通过在频谱面放置一个具有调制功能的调制器件，能够对光进行调制，从而实现神经网络中的卷积运算功能，并最终在像面输出成像结果以实现对象识别。其中，该器件可以是基于相位调制的器件，或者基于光强调制的器件，或者是同时基于相位以及光强调制的器件。调制器件具体可以是相位片，通过训练来制造特殊的相位片，使得第一光学系统能够具有第一卷积运算能力，通过对输入的光信号进行第一卷积运算，来针对目标对象(如人脸)输出第一光信号。相位片的具体实现方法在下文(如实施例四)有具体介绍，例如，可以让相位片中的各个部分具有符合第一卷积运算的厚度以实现相位调制，和/或，让相位片中的各个部分具有符合第一卷积运算的光的透过率以实现光强调制。此外，还可以通过空间光调制器(spatiallightmodulator，slm)来实现。本申请中，第一光敏探测器可位于像面，以对在像面成像的图像的光强进行识别。

具体的，第一4f光学系统用于根据第一输入对象输出具有第一光强的第一光信号，其中，第一输入对象包含目标对象；其中，输入对象是指输入到系统的对象，也即通过光信号进入到第一4f光学系统的所有对象，前缀“第一”仅用于与后续出现的不同的输入对象的名字进行区分，并不表示其他含义。第一输入对象包括目标对象以及各种背景对象，其中，目标对象是指需要识别的对象，例如，可以是满足一定规则要求(如特定大小)的物体(如人脸等)，背景对象是指除目标对象之外的所有对象，例如，一个位于室内的人的周围可能有各种光源、墙壁、书桌、椅子等等各种背景对象，这些对象产生的光可称为背景光(或者环境光)。第一4f光学系统可以在第一目标区域输出第一光信号，第一目标区域也即第一4f光学系统输出的光信号的区域，例如，可以是位于像面的一部分区域，这部分区域可以放置第一光敏器件，从而可以检测出在该第一目标区域的光强为第一光强。

需要说明的是，本申请中，第一光强是第一4f光学系统输出的光信号的统称，并不是一个固定的值，可以理解，在不同的环境中，第一光信号的第一光强会发生变化。同理，下文中的第二光信号、第三光信号、第四光信号等其他信号也并不表示一个固定不变的光信号，而是会随着环境发生变化的光信号。

第一光敏探测器用于将第一光信号转换成第一电信号；这样可以方便后续基于电信号的电路(如比较器、处理器等)进行处理；

对照光学系统用于根据第一输入对象输出具有第二光强的第二光信号，所述第二光强不等于所述第一光强；

本申请中，对照光学系统也可以是跟第一4f光学系统一样为具有卷积运算能力的4f光学系统，也可以是其他的光学系统。

第二光敏探测器用于将第二光强转换为第二电信号，根据第一电信号与第二电信号的比较结果输出已识别出所述目标对象的识别结果；其中，第二光强不等于第一光强；

比较器用于比较第一电信号以及第二电信号，根据第一电信号与第二电信号的比较结果输出已识别出目标对象的识别结果。可选的，可以比较两个电信号大小(比如电压或者电流的大小)的相对差值或者绝对差值来输出识别结果，其中，相对差值的计算是指两个信号相减后除以一个信号或者除以两个信号的总和，例如，(a-b)/b，或者(a-b)/(a+b)，或者(a-b)/a等，其中，a表示第一电信号的大小，b表示第二电信号的大小；当相对差达到一定的阈值(如大于等于30％或者50％)时，输出一个对象识别结果(如某个特定的电平)，用于表示已识别出目标对象。比较器可以直接比较，也可以经过一些预处理(比如放大信号)后进行比较，此时，比较的信号也即经过预处理后的信号。

第一4f光学系统还用于根据第二输入对象输出具有第三光强的第三光信号，其中，第二输入对象不包含目标对象；

第一光敏探测器还用于将第三光信号转换成第三电信号；

对照光学系统还用于根据第二输入对象输出具有第四光强的第四光信号；第四光强不等于第三光强；

第二光敏探测器还用于将第四光信号转换成第四电信号；

比较器还用于比较第三电信号以及第四电信号，根据第三电信号以及第四电信号的比较结果输出未识别出目标对象的识别结果。例如，第三光信号以及第四光信号分别经过第一光敏探测器以及第二光敏探测器后得到第三电信号以及第四电信号，第三电信号的大小与第四电信号的大小相对差值小于50％，比较器输出“未识别出目标对象”的识别结果(如某个特定的电平)。需要说明的是，第一电信号与第二电信号相比较时用到的第一预设阈值跟第三电信号与第四电信号相比较时用到的第一预设阈值可以相同或者不相同。例如，可以都使用50％作为阈值，当第一电信号大小与第二电信号的大小相对差值大于等于50％时，表示输入对象中包括目标对象，当第三电信号大小与第四电信号的大小相对差值小于50％时，表示输入对象中不包括目标。或者，也可以使用不同的阈值，例如，当第一电信号大小与第二电信号的大小相对差值大于等于50％时，表示输入对象中包括目标对象，当第三电信号大小与第四电信号的大小相对差值小于或者小于等于40％时，表示输入对象中不包括目标。同时，可以理解，由于两种不同场景(输入对象中有无包含目标对象)都通过跟阈值来进行判断进行，为了让比较器分别针对两种场景进行两种输出，一种场景下可以让两个电信号的差值大于等于第一预设阈值，另一种场景下可以让两个电信号的差值小于等于(或小于)第二预设阈值。

本实施例中，第一4f光学系统采用的是具有卷积运算功能的光学系统，能够在输入对象包括目标对象时，输出光强为第一光强的第一光信号，同时，对照光学系统能够在输入对象包括目标对象时，输出光强为第二光强的第二光信号，通过比较两个光信号的强度(具体通过转换成电信号来比较)，来得到对象识别的结果。本申请中，引入对照光学系统可以消除环境因素引起的干扰，为对象识别提供一个基准。可以理解，第一4f光学系统输出的第一光信号是跟某个环境相关的，如果改变环境，光信号的光强就会改变，只根据第一光信号一个光强值是无法判断是因为环境导致的光强不同还是因为识别不出目标对象导致的光强不同。通过引入对照光学系统，相当于提供了一个去除环境影响的参照物，因为对照系统的输出也会受到环境的影响，两者比较时，这部分同时受环境影响的部分就可以消除，这样，比较结果可以认为是对象识别的结果(如输入对象中包括目标对象)。同理，通过第三电信号以及第四电信号的比较可以输出未识别出目标对象的识别结果。

同时，本实施例中使用的光学系统不需要消耗电，光敏探测器以及比较器在实现时很容易使用功耗非常低的电路，因此，不像传统的方式需要通过功耗大的处理器进行处理，极大地降低了处理功耗，特别适合一些需要长时间不间断地进行对象识别的场景。

实施例二

基于上述实施例，本实施例对第一4f光学系统进行具体介绍。参见图2，本实施例中，第一4f光学系统21包括：按光路依次排列的第一光学镜组211、第一相位片212以及第二光学镜组213；其中，

第一光学镜组211包括一个或多个第一光学镜片，第一光学镜组的焦距为f；

第二光学镜组213包括一个或多个第二光学镜片，第二光学镜组的焦距为f；

本申请中，第一光学镜组以及第二光学镜组实际中都可由一个或多个光学镜片构成(图中为示意方便仅用一个镜片来表示一个镜组)，需要说明的是，如果光学镜组仅由一个光学镜片组成，这个光学镜片在本申请中也称为“光学镜组”。这些光学镜片组合在一起，使得整个光学镜组的焦距为f。各个光学镜片具体的类型并不限定，例如，可以是如图3所示的凸透镜，也可以是如图7所示的曲面反射镜；每个光学镜组包括的镜片的个数也不限定，为了简单实现，本申请中，每个光学镜组都只包括一个光学镜片，但实际中也可以通过多个的镜片组成焦距为f的光学镜组，具体方法为本领域技术人员公知的技术，本申请不再赘述。

本申请中，第一相位片位于第一光学镜组以及第二光学镜组的焦点处，第一相位片能够对光进行调制以实现第一卷积操作，从而使得第一4f光学系统根据第一卷积运算实现在输入是目标对象时，在目标区域输出的光信号的光强为第一光强。其中，目标区域可以理解是指第一4f光学系统输出区域中的一部分(可以理解为“像面”中的一部分区域)，这部分区域中的图像的光强为第一光强。

可选的，该第一光强可以是跟环境光的光强具有正相关或者负相关特性的光强，即大于环境光的光强(可以大于一个差值或者一个比例)或者小于环境光的光强(可以小于一个差值或者一个比例)。相应的，本申请中，第二光信号用于消除环境对第一光信号的影响，因此第二光信号的第二光强可以也是跟环境光相关，具体的，第二光强可以跟第一光强的特性相反，也即当输入对象包括目标对象时，第一光强可以大于环境光的光强时，可以是识别得最准确，光强越大；同时，第二光强小于环境光的光强，可以是识别得最准确，光强越小；或者，当第一光强小于环境光的光强时，第二光强大于环境光的光强。当然，第二光强也可以是环境光的光强或者也跟第一光强的特性相反(但仍要保证跟第一光强形成一定的差异)，这样，也可以通过与第一光强比较来消除环境光对第一光信号的影响，从而通过比较第一光强以及第二光强(具体通过比较第一电信号以及第二电信号来实现)来输出最后的结果。

本申请中，第一相位片可以根据第一卷积运算的要求被设置成各部分具有对应的厚度，从而通过相位调制来实现第一卷积运算功能，也可以通过在各部分覆盖符合第一卷积运算的要求的膜来改变光的透过率，或者两种特性都具备，从而通过改变光强来实现调制，并实现第一卷积运算功能，为了达到更好的效果，还可以让相位片同时具有这两种调制方式的功能。

在另一个实施例中，第一相位片可以具有多个分区，每个分区用于对一种特定的目标对象(如各个人种的脸)进行一种卷积运算，其中，每个分区具有以下两个特征中的至少一个：分区中的各部分具有符合与该部分分区对应的卷积运算的厚度，以及分区中的各部分具有符合所述第一卷积运算的光的透过率。

各个分区可以针对某个特定类型的目标对象进行识别，例如，目标对象是人脸时，不同类型的目标对象可以指不同种族的人脸，例如，白种人、黄种人、黑人等种族的人脸。每个分区用于对特定类型的目标对象进行识别，可以让第一4f光学系统在只要任意一个分区识别出人脸时就输出第一光信号。

在训练时，每个分区可以单独针对一种相似的样本进行训练来得到最终的相位片，这样做的好处在于这种训练方式训练时，样本的相似度更高，这样，训练出来的准确性也会更高，因此，相比于包括多种类型的目标对象(如不区分各个种族的人脸)一起训练的方式，最后的识别率更高。

实施例三

基于上述各实施例，本实施例对对照光学系统进行具体介绍。本实施例中，与实施例二中的第一4f光学系统类似，本实施例中的对照光学系统也为4f光学系统，具有第二卷积运算能力，本申请中称之为“第二4f光学系统”，具体的，参见图3，第二4f光学系统22包括：按光路依次排列的第三光学镜组221、第二相位片222、第四光学镜组223；

第三光学镜组221包括一个或多个第三光学镜片，第三光学镜组的焦距为f；

第四光学镜组223包括一个或多个第四光学镜片，第四光学镜组的焦距为f；

本申请中，第二相位片位于第三光学镜组以及第四光学镜组的焦点处，与第一相位片类似，第二相位片也可以具有通过ai训练得到的能够实现第二卷积运算的多个厚度梯度和/或多个光的透过率不同的膜，从而使得第二4f光学系统根据第二卷积运算实现在输入是目标对象时，在目标区域输出的第二光信号的光强为第二光强。

第二4f光学系统结构与第一4f光学系统结构类似，各组件的具体实现可参考实施例二针对第一4f光学系统的描述，本实施例不再赘述。与实施例二中不同的是，第二相位片用于完成第二卷积运算，从而使得输出的光强为第二光强，该第二光强后续可用于与第一光强进行比较，从而可根据比较输出最终的对象识别结果。

可以理解，为了让最终输出的第一电信号(由第一光强转换得到)的大小与第二电信号(由第一光强转换得到)的大小更容易满足一定的差值关系(如相对差大于等于一定的阈值)，第二光强可以跟第一光强的特性相反，也即当输入对象包括目标对象时，第一光强可以大于环境光的光强时，可以是识别得最准确，光强越大；同时，第二光强小于环境光的光强，可以是识别得最准确，光强越小。这样，即使其中一个4f光学系统识别得不是很准确，但只要另一个4f光学系统能够准确识别，那么，也会让最终第一电信号的大小以及第二电信号的大小满足一定的差值关系，从而得到正确的识别结果。

参见图4，在另一个实施例中，对照光学系统包括按光路依次排列的一个或多个光强平均器件。其中，光强平均器件是指用于对光强进行平均，防止出现某些点过亮或者过暗的情况。光强平均器件用于对环境光进行平均后输出平均后的环境光给第二光敏探测器。

光强平均器件也被称为“旋转分散器(rotatingdiffuser)”，可以通过各种方法实现，例如，简单的可以通过毛玻璃(也叫雾面玻璃、防眩玻璃、磨砂玻璃等，是用金刚砂或其他物质磨过或以化学方法处理过的一种表面粗糙不平整的半透明玻璃)。

本实施例中，通过对环境光的光强进行平均，第二光敏探测器就能更准确的检测环境光，防止因为各个区域过亮或者过暗的情况造成检测结果出现误差，从而影响最终的判断。本实施例中，当第二光敏探测器用于检测环境光的光强时，第一4f光学系统输出的第一光信号的第一光强可以大于或者小于环境光的光强，两路光信号分别经过光敏探测器23、24后转换成对应的电信号，然后通过比较器25来比较两者之间的相对差值是否满足特定的阈值(比如是否大于等于该阈值)，如果满足，则识别结果为识别成功(即识别出了目标对象)；否则，识别结果为未识别成功(即未识别出目标对象)。

参见图5，在另一个实施例中，为了进一步简化系统，对照光学系统不使用任何光学器件，这样输入的环境光直接通过对照光学系统后让第二光敏探测器检测到，这样，实现更加简单。

实施例四

基于以上各实施例，本实施例对本申请中的第一4f光学系统以及第二4f光学系统的一种具体实现进行介绍。需要说明的是，针对不同的调制器件，有不同的方法来训练并制造该调制器件，例如，可以通过改变相位片各个部分(例如，几微米到几十微米的一个矩形区域)的厚度和/或光的透过率来实现卷积运算。下文以调制器件为相位片为例进行说明。

1)相位片的特性可通过以下式子来描述

其中为坐标处的透过率，为坐标处的相位(与光程相关)。其傅里叶变换记为

其中为光敏探测器可探测的波长范围的平均值，f为透镜的焦距。

本申请设计的4f系统，对输入图像进行如下卷积，所对应的卷积核为相位片相位函数的傅里叶变换的绝对值平方|f[a]|²：

其中iin(x，y)为输入图像(x，y)处的光强，iout(x，y)为输出图像(x，y)处的光强。

2)设计特定的透过率分布a与相位分布φ，可对图像进行需要的卷积运算，即，得到的iout为卷积后的结果的倒置。而光敏探测器探测iout局部的光强：

∫∫光敏探测器范围dxdyiout(x，y)光敏探测器探测的光强.

其中，这里的局部指的是光敏探测器所覆盖的输出图像的范围，取决于光敏探测器放置的位置。这里要求，光敏探测器可以覆盖部分的输出图像面积，但不覆盖整个输出图像面积。将光敏探测器覆盖的输出图像面积的部分称为覆盖部分，将光敏探测器没有覆盖的输出图像面积的部分称为没有覆盖部分。

3)以上两套4f光学系统中，分别设计了不同的相位片(相位片1/相位片2)，即，不同的透过率分布a1与a2；不同的相位分布φ1与φ2。这里介绍如何通过ai训练得到透过率和相位分布。

首先，选取人脸正面照以及非人脸正面照若干，作为输入图像。对输入图像进行卷积运算

其中，为相位片1所对应的输出图像光强分布，为相位片2所对应的输出图像光强分布，这里我们设定最大光强为1，最小光强为0。注意，两个系统都获得相同的输入图像。卷积核k1与k2的参数为训练的目标参数。

代价函数的定义为

训练的目标自然是调整卷积核的参数，使得上述代价函数最小化。

4)具体的，为了训练卷积核参数，设置：

当输入图像为人脸时

其中，(x，y)属于覆盖部分；

其中，(x，y)属于没有覆盖部分；

其中，(x，y)属于覆盖部分；

其中，(x，y)属于没有覆盖部分。

当输入图像为非人脸时

其中，(x，y)属于覆盖部分；

其中，(x，y)属于没有覆盖部分；

其中，(x，y)属于覆盖部分；

其中，(x，y)属于没有覆盖部分。

具体训练步骤如下：

首先，将卷积核k1(x，y)，k2(x，y)赋一组随机初始值，并根据初始以及分别得到获得初始其中，

然后，利用梯度下降法，通过不断调整k1(x，y)以及k2(x，y)使得代价函数l1，l2不断缩小，并得到最终能够使得代价函数l1，l2满足要求(如最小)的一个目标k1(x，y)以及目标k2(x，y)。具体的，可以通过调整透过率和相位函数两个参数来调整k1(x，y)以及k2(x，y)。

最后，得到训练所得的目标卷积核函数目标k1(x，y)以及目标k2(x，y)。由于目标k1(x，y)1与目标k2(x，y)是通过透过率和相位函数两个参数来调整的，因此，得到了目标k1(x，y)与目标k2(x，y)时也即可以同时得到了透过率和相位函数(只要在利用透过率和相位函数对目标卷积核函数调整时，记录下当时这两个参数的值即可)。

相位函数可以通过控制相位片厚度函数实现，通过控制相位片每个坐标的局部厚度可以形成不同的光程差，从而实现不同的相位差。因此目标相位片厚度函数即每个坐标处的厚度值，可由以下方程获得：

其中，表示坐标处对应的目标相位值，λ表示系统的波长，n表示相位片所使用材料的折射率，δn表示相位片折射率与空气折射率的差值。为了达到目标的厚度函数可按如下方法制作得到：先按照梯度分层，绘制此层的掩模；然后分层进行多次刻蚀，得到具有多个厚度梯度的相位片。

透过率可通过在上述步骤得到的相位片上进一步镀膜实现：将氧化物均匀沉积到玻璃片表面，利用不同的氧化物膜组实现对应波长的光的透射率的精确控制。需要说明的是，本申请具体制造相位片的工艺为现有技术，本申请不再赘述。

如果一个相位片包括实施例二中所述的各个分区时，每个分区可以单独按照上述方法训练，使得最后只要有一个分区满足要求，就能让相位片输出对应的光信号。

参见图6，为一种制作好的相位片的结构示意图。

制作好的相位片有如下性质：

当输入对象包括人脸时：

经过上方4f光学系统(相位片1对应的系统)后，光敏探测器1探测区域的光强强度大；

经过下方4f光学系统(相位片2对应的系统)后，光敏探测器2探测区域的光强强度小。

当输入对象不包括人脸时：

经过上方4f光学系统(相位片1对应的系统)后，光敏探测器1探测区域的光强强度小；

经过下方4f光学系统(相位片2对应的系统)后，光敏探测器2探测区域的光强强度大。

实施例五

基于上述各实施例，本实施例对本申请装置的另一种光路实现形式进行介绍。

可以理解，在本申请中，可以通过各种具体的光路设置来完成前述实施例的4f光学系统，例如，如图2所示的基于直线的光路，或者也可以采用基于非直线的光路，例如，如图7所示，使用曲面反射镜来代替前述实施例中的凸透镜，从而改变光路。

具体的，图3的光学装置包括第一4f光学系统51、第二4f光学系统52、第一光敏探测器53、第二光敏探测器54以及比较器55。第一4f光学系统51包括第一曲面反射镜511，第一相位片512以及第二曲面反射镜513，第一4f光学系统51的光路可参见图3中的箭头指示的方向，即入射光线先通过511反射到第一相位片512，经过第一相位片后，再通过第二曲面反射镜513反射到第一光敏探测器53。

第二4f光学系统52包括第三曲面反射镜521，第二相位片522以有第四曲面反射镜523，其工作方式与第一4f光学系统类似，这里不再赘述。

可以理解，除了本实施例中的光路外，还可以有更多的光路利用光的折射、反射等原理来实现4f光学系统，本申请并不限定。在实际应用中，可以针对不同的产品的硬件结构来选择合适的光路。

实施例六

基于上述各实施例，本实施例对进光口的设计进行具体介绍。由上述实施例可知，由于有第一4f光学系统以及对照光学系统，因此，这两个系统都需要进光，在设计进光口时，一种方法是让外界的光可以同时进入到两个系统，例如，如图8中的(a)所示，有两个进光口(61-1以及61-2)，外界的光可以通过这两个进光口同时进入两个系统。

参见图8中的(b)图，在另一种实施方式中，也可以设计成只有一个进光口61，后续通过光学器件来将入射光传递给各个系统。例如，可以先通过进光口61来接收外界的光，然后通过一个分光片62(例如，半透半反射镜)将一部分光传到一个系统(如图中的对照光学系统)，将另一部分光通过半反射镜62的反射将光传播到另一个方向；然后再通过另一个光学器件(如图中的反射镜63)将往另一个方向传播的光导入到另一个系统(如图中所示的第一4f光学系统)。当然，在实际中，还可以采用其他的光学器件来对光进行反射或者透射等各种光路变化来形成不同的光路以适配不同的产品。

实施例七

基于上述实施例，本实施例公开了各种用于对象识别的组件。可以理解，在实际应用过程中，上述实施例中的对象识别装置中的各个元器件中的一个或者多个可以封装成一个组件，这样，在使用过程中使用更加方便。

例如，在一个实施例中，可以将所有的元器件(包括所有的4f光学系统、所有的光敏探测器以及比较器)都封装成一个组件。

在另一个实施例中，也可以将所有的4f光学系统以及所有的光敏探测器封装成一个组件，而不封装比较器。

在另一个实施例中，也可以将两个4f光学系统封装成一个组件，或者将两个4f光学系统分别封装成一个组件。

在另一个实施例中，也可以将一个4f光学系统与该4f光学系统对应的光敏探测器封装成一个组件，将另一个4f光学系统与该4f光学系统对应的光敏探测器封装成一个组件。

以上是几种具体的示例，在实际应用中，并不限定基于其他的组合(如任意两个，或者三个的组合)来封装本申请中涉及的各个元器件，当然，也可以不进行封装。

实施例八

基于上述各实施例，参见图9，本申请公开了一种电子设备80，该电子设备可以是终端设备(如手机、平板、个人电脑等)、也可以是用于企业的各类通信设备(如基站、服务器、交换机、路由器等设备)。该电子设备包括处理电路81以及前述实施例中的对象识别装置82，其中，处理电路81用于基于对象识别装置的处理结果进行处理。

处理电路81可以是基于软件实现的处理电路，或者基于硬件实现的处理电路。本申请中，“基于软件实现”是指处理器读取并执行存储在存储器中的程序指令来实现上述模块或单元所对应的功能，其中，处理器是指具有执行程序指令功能的处理电路，包括但不限于以下至少一种：中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)、微处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、微控制器(microcontrollerunit，mcu)、或人工智能处理器等各类能够运行程序指令的处理电路。在另一些实施例中，处理器还可以包括其他处理功能的电路(如用于硬件加速的硬件电路、总线和接口电路等)。处理器可以以集成芯片的形式呈现，例如，以处理功能仅包括执行软件指令功能的集成芯片的形式呈现，或者还可以以soc(systemonachip，片上系统)的形式呈现，即在一个芯片上，除了包括能够运行程序指令的处理电路(通常被称为“核”)外，还包括其他用于实现特定功能的硬件电路(当然，这些硬件电路也可以是单独基于asic、fpga实现)，相应的，处理功能除了包括执行软件指令功能外，还可以包括各种硬件加速功能(如ai计算、编解码、压缩解压等)。

例如，在一个示例中，电子设备为手机，则处理电路可以是手机中的处理器(如华为的麒麟系列的处理器，或者高通的骁龙系列的处理器)，为了保存处理器运行所需的程序的代码，电子设备还包括存储器83。处理器可以基于运行操作系统、应用程序等软件，并基于对象识别装置82的输出结果进行各种处理。例如，一种典型的应用场景是用对象识别装置安装在手机的正面(类似前置摄像头安装的位置)，并用来识别是否有人脸在注视着屏幕(如此时用户可能在阅读手机上的内容)，如果对象识别装置识别出来了人脸，会通过比较器输出相关信号给处理器，处理器根据该信号选择屏幕不变暗或者关闭屏幕，这样，用户在阅读时屏幕一直会亮着，阅读体验更好；如果未识别出人脸，则可以将屏幕关闭或者降低亮度，从而降低功耗。在另一个应用场景中，还可以基于对象识别来保护用户的隐私，例如，如果识别出有多个人脸时，可以不显示屏幕上的一些敏感信息(如预览的短消息或者社交软件的信息)；或者，如果当时正在阅读敏感信息，则可以将屏幕变暗或者关闭，从而防止信息被他人看到；当然，在这种场景下，需要识别多个人脸，因此，在训练时，本领域技术人员可以基于上述方法对训练目标进行适应性调整，使本装置能够识别多个人脸。

本申请中，“基于硬件实现”是指通过不具有程序指令处理功能的硬件处理电路来实现上述模块或者单元的功能，该硬件处理电路可以通过分立的硬件元器件组成，也可以是集成电路。为了减少功耗、降低尺寸，通常会采用集成电路的形式来实现。硬件处理电路可以包括asic(application-specificintegratedcircuit，专用集成电路)，或者pld(programmablelogicdevice，可编程逻辑器件)；其中，pld又可包括fpga(fieldprogrammablegatearray，现场可编程门阵列)、cpld(complexprogrammablelogicdevice，复杂可编程逻辑器件)等等。这些硬件处理电路可以是单独封装的一块半导体芯片，例如，可以在一个硅基上形成多种硬件电路以及cpu，并单独封装成一个芯片，这种芯片也称为soc，或者也可以在硅基上形成用于实现fpga功能的电路以及cpu，并单独封闭成一个芯片，这种芯片也称为sopc(systemonaprogrammablechip，可编程片上系统)。

需要说明的是，本申请中的处理电路也不限定使用软件硬件结合的方式实现。例如，处理电路中的一部分使用cpu来实现，另一部分使用fpga来实现。因此，本领域技术人员可以结合实际需求来选择软件或者硬件或者两者结合的形式来实现。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

上举较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。