一种室外面部识别方法和系统与流程

技术特征：

1.一种室外面部识别系统，其特征在于：包括摄像头和补光灯；

所述摄像头，采用短焦距镜头，用于采集预定区域中的图像；

所述补光灯，用于对所述预定区域进行补光，所述补光灯的发光强度大于预定阈值；

面部识别模块，用于对所述图像进行面部识别。

2.根据权利要求1所述的室外面部识别系统，还包括运动检测模块、环境光强度获取模块、补光匹配模块、补光灯调节模块，

所述运动检测模块对所述图像进行检测以确定所述图像中是否包含运动对象，若是，则向所述环境光强度获取模块发送指令；

所述环境光强度获取模块在接收到所述指令后根据所述图像的曝光值和增益值来获取环境光强度，并发送给所述补光匹配模块；

所述补光匹配模块中预设有所述环境光强度与补光强度的对应关系，所述补光匹配模块在接收到所述环境光强度后，根据所述对应关系获得与所述环境光强度相对应的补光强度；

所述补光灯调节模块根据所述补光强度来调节补光灯的发光强度。

3.根据权利要求2所述的室外面部识别系统，还包括：曝光增益控制模块；

所述曝光增益控制模块获取所述图像的图像参考亮度并基于所述图像参考亮度来调节所述摄像头的所述曝光值和所述增益值。

4.根据权利要求3所述的室外面部识别系统，所述曝光增益控制模块包括：

图像参考亮度获取单元，用于获取所述图像的图像参考亮度；

判断单元，用于判断所述图像参考亮度是否落入预设的目标区间，若否，则将所述图像参考亮度代入变步长控制算法进行计算，得到曝光调整步长和增益调整步长；若是，则停止对摄像头的曝光值和增益值的调整；

曝光增益调整单元，根据所述曝光调整步长调整所述摄像头的所述曝光值，根据所述增益调整步长调整所述摄像头的所述增益值。

5.根据权利要求4所述的室外面部识别系统，所述图像参考亮度获取单元采用下述方式获取所述图像的所述图像参考亮度：

选取当前所述图像中象素亮度值较大的前10％的象素；

计算选取的像素的平均亮度值；

将所述平均亮度值作为当前图像的图像参考亮度。

6.根据权利要求4或5所述的室外面部识别系统，所述变步长控制算法为：

根据式(1)计算当前图像参考亮度和目标参考亮度的差值；

ΔY＝Y_curr-Y_targ (1)；

根据式(2)确定曝光调整步长或增益调整步长所对应的值；

$\mathrm{\Δ}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{V}{64}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[1,8)\\ \frac{V}{32}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[8,16)\\ \frac{V}{8}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[16,32)\\ \frac{V}{4}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[32,64)\\ \frac{V}{2}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[64,256)\end{array}\right.---\left(2\right);$

其中，ΔY表示差值，Y_curr表示当前图像参考亮度，Y_targ表示预设的目标参考亮度；Δ表示曝光调整步长或增益调整步长，V表示当前摄像头的曝光值或增益值。

7.根据权利要求2-6任一所述的室外面部识别系统，所述环境光强度获取模块，在接收到所述指令后根据所述图像的曝光值和增益值与环境光强度的表征关系来获取环境光强度；其中，所述曝光值和增益值与环境光强度的表征关系为：

I_env＝(exp+gain)/2 exp,gain∈[0,1]

其中，I_env表示环境光强度，exp表示曝光值，gain表示增益值，

exp,gain∈[0,1]表示将曝光值和增益值归一化到[0,1]区间。

8.根据权利要求1所述的室外面部识别系统，还包括：图像矫正模块；所述图像矫正模块采用球面模型矫正算法对摄像头采集的图像进行矫正；

所述球面模型矫正算法是：

根据式(1)对图像的原象素点S₂的坐标(x0,y0)进行计算，得到图像的矫正象素点S₁的坐标(x1,y1)；

$x1=ftan\left(2a\sin \right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)cos\left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)$

其中，O为一球的球心，P为非畸平面，S为空间中的一点；f为所述球的半径，Q为所述球与所述非畸平面P的焦点；S₀为所述空间中的一点S在所述球的球面的投影；S₁为线段SS₀与平面P的焦点；S₂为所述投影S₀在所述非畸平面P上的投影；β为线段QS₁与水平方向的夹角；α为线段OS与线段OQ的夹角。

9.根据权利要求2-8任一所述的室外面部识别系统，还包括模式转换模块；

当所述运动检测模块在检测到所述图像中包含运动对象时，向所述模式转换模块发送启动识别模式指令；

在检测到所述图像中不包含运动对象时，向所述模式转换模块发送启动探测模式指令；

所述模式转换模块根据接收到的所述启动识别模式指令或所述启动探测模式指令分别向所述补光匹配模块发送补光匹配指令或向补光灯调节模块发送启动低功耗指令；

所述补光灯调节模块根据所述启动低功耗指令将补光灯的发光强度调节到低功耗状态。

10.根据权利要求9所述的室外面部识别系统，所述模式转换模块在接收到启动识别模式指令后，向所述面部识别模块发送启动识别指令以对所述图像中的运动对象进行面部识别。

11.根据权利要求1所述的室外面部识别系统，还包括：位置检测模块；所述位置检测模块在所述图像中包含运动对象时，检测所述运动对象的面部是否位于所述图像的正中且所述面部尺寸满足预设范围；

若是，则发出位置正确指示；若否，则发出位置错误指示。

12.根据权利要求11所述的室外面部识别系统，还包括：提示模块和通信模块；

所述提示模块对所述位置正确或所述位置错误的状态进行提示；

所述通信模块将所述面部识别模块的识别结果和运动对象的面部图像发送到预定服务器或终端，还用于接收所述预定服务器或终端所发送的控制指令；

环境摄像头，用于在用户注册时，抓拍当前用户的可见光面部图像。

13.根据权利要求2-12任一项所述的一种室外面部识别系统，所述补光灯采用脉冲驱动；所述脉冲的宽度大于所述摄像机的曝光时间的最大值。

14.一种室外面部识别方法，其特征在于，包括：

采用短焦距镜头的摄像头采集预定区域中的图像；

采用发光强度大于预定阈值的补光灯对所述预定区域进行补光；

对所述图像进行面部识别。

15.根据权利要求14所述的室外面部识别方法，在所述采用短焦距镜头的摄像头采集预定区域中的图像之后还包括：

检测所述图像是否包含运动对象，若是，则根据所述图像的曝光值和增益值获取环境光强度；

基于预设的所述环境光强度与补光强度的对应关系得到与所述环境光强度相对应的补光强度，实现对所述预定区域的亮度进行调节。

根据所述补光强度来调节所述补光灯的发光强度。

16.根据权利要求15所述的室外面部识别方法，在所述根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度之前，还包括：

获取所述图像的图像参考亮度，并基于所述图像参考亮度调节所述摄像头的所述曝光值和所述增益值。

17.根据权利要求16所述的室外面部识别方法，所述获取图像的图像参考亮度并基于该图像参考亮度调节摄像头的曝光值和增益值包括：

获取所述图像的图像参考亮度；

判断所述图像参考亮度是否落入预设的目标区间；

若否，则将图像参考亮度代入变步长控制算法进行计算，得到曝光调整步长和增益调整步长，并根据所述曝光调整步长调整所述摄像头的所述曝光值，根据所述增益调整步长调整所述摄像头的所述增益值；

若是，则停止对所述摄像头的所述曝光值和所述增益值的调整。

18.根据权利要求17所述的室外面部识别方法，所述获取所述图像的图像参考亮度包括：

选取当前所述图像中象素亮度值较大的前10％的象素；

计算选取的像素的平均亮度值；

将所述平均亮度值作为当前图像的图像参考亮度。

19.根据权利要求17或18所述的室外面部识别方法，所述变步长控制算法为：

根据式(1)计算当前图像参考亮度和目标参考亮度的差值；

ΔY＝Y_curr-Y_targ (1)；

根据式(2)确定曝光调整步长或增益调整步长所对应的值；

$\mathrm{\Δ}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{V}{64}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[1,8)\\ \frac{V}{32}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[8,16)\\ \frac{V}{8}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[16,32)\\ \frac{V}{4}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[32,64)\\ \frac{V}{2}& \mathrm{\Δ}Y\∈\[64,256)\end{array}\right.---\left(2\right);$

其中，ΔY表示差值，Y_curr表示当前图像参考亮度，Y_targ表示预设的目标参考亮度；Δ表示曝光调整步长或增益调整步长，V表示当前摄像头的曝光值或增益值。

20.根据权利要求15-19任一所述的室外面部识别方法，所述根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度包括：

获取摄像头的曝光值和增益值；

基于曝光值和增益值与环境光强度的表征关系，得到环境光强度；

所述曝光值和增益值与环境光强度的表征关系为：

I_env＝(exp+gain)/2 exp,gain∈[0,1]

其中，I_env表示环境光强度，exp表示曝光值，gain表示增益值，

exp,gain∈[0,1]表示将曝光值和增益值归一化到[0,1]区间。

21.根据权利要求15所述的室外面部识别方法，在所述根据图像的曝光值和增益值获取环境光强度之前，还包括采用球面模型矫正算法对图像进行矫正；

所述球面模型矫正算法为：

根据式(3)对图像的原象素点S₂的坐标(x0,y0)进行计算，得到图像的矫正象素点S₁的坐标(x1,y1)；

$x1=ftan\left(2a\sin \right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)cos\left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)$

$y1=ftan\left(2a\sin \right(\frac{\sqrt{x{0}^2+y{0}^2}}{2f}\left)\right)\sin \left(atan\right(\frac{y0}{x0}\left)\right)---\left(3\right)$

其中，O为一球的球心，P为非畸平面，S为空间中的一点；f为所述球的半径，Q为所述球与所述非畸平面P的焦点；S₀为所述空间中的一点S在所述球的球面的投影；S₁为线段SS₀与平面P的焦点；S₂为所述投影S₀在所述非畸平面P上的投影；β为线段QS₁与水平方向的夹角；α为线段OS与线段OQ的夹角。

22.根据权利要求16-21任一所述的室外面部识别方法，当探测到所述图像中包含运动对象时，则根据环境光强度与补光强度的对应关系得到与所述环境光强度相对应的补光强度；当探测到图像中不包含运动对象时，将补光灯的发光强度调节到低功耗状态。

23.根据权利要求22所述的室外面部识别方法，还包括：当探测到所述图像中包含运动对象时，对所述图像中的运动对象进行面部识别。

24.根据权利要求23所述的室外面部识别方法，在所述对图像进行面部识别之前，还包括：

检测图像中所述运动对象的面部是否位于图像的正中且面部尺寸满足预设范围，

若是，则发出位置正确指示，

若否，则发出位置错误指示。

25.根据权利要求24所述的室外面部识别方法，还包括：

通过指示灯、播音器、显示器中的一个或多个提示位置正确或位置错误的状态；

在所述对图像进行面部识别之后，还包括：将所述识别结果和运动对象的面部图像发送到预定服务器或终端；和/或接收所述预定服务器或终端所发送的控制指令；

在用户注册时，通过环境摄像头抓拍当前用户的可见光面部图像。

26.根据权利要求14-25任一项所述的室外面部识别方法，所述补光灯采用脉冲驱动；所述脉冲的宽度大于所述摄像机的曝光时间的最大值。