一种人脸图像采集的自适应控制装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种人脸图像采集的自适应控制装置，包括有机座，所述机座上设有至少两根竖直设置的竖向导轨，所述机座上设有竖向传动轴，所述竖向传动轴上套设有沿竖向导轨竖向滑动的竖向滑块，所述竖向滑块之间设有横向导轨，所述横向导轨上设有横向传动轴，所述横向传动轴上套设有沿横向导轨横向滑动的相机搭载台，所述相机搭载台上设有转动电机，所述转动电机转轴竖向设置，所述转动电机转轴上设有随转轴转动的相机，通过水平移动、垂直移动以及左右旋转相机摄像头的方式自动跟随人脸自适应控制摄像头，可以减少人工纠正的误差，更好地保证了所拍摄出来的照片满足证件照的要求，提高了使用者的舒适度。
【专利说明】-种人脸图像采集的自适应控制装置
[技术领域]
[0001] 本实用新型设及一种人脸图像采集的自适应控制装置。
[【背景技术】]
[0002] 现阶段的自助照相设备主要分为两大类型，第一类是设备中的照相设备只进行上 下移动，把人脸移动到屏幕中上下的中屯、，再经由人对照相设备进行左右调整并在照片符 合证件照的要求时采集照片，运种类型的机器自动化程度不高，依旧需要人工操作，且使用 效率与照相馆的效率相比高不出多少;还有一类机器是把照相设备固定在一个位置，照相 者坐着的凳子进行上下移动，在照片符合证件照的要求时采集照片。运样的机器自动化程 度相对较高，但是有一定的范围，对于过于肥胖的人、老年人W及小孩会出现一定的不适应 性。运两种类型的自助照相设备都需要人为调整正对着摄像头，但运种人工进行调整的方 式是不准确的无法准确保证照片符合证件照的要求。
[【实用新型内容】]
[0003] 本实用新型克服了上述技术的不足，提供了一种人脸图像采集的自适应控制装 置，通过水平移动、垂直移动W及左右旋转相机摄像头的方式自动跟随人脸自适应控制摄 像头，可W减少人工纠正的误差，更好地保证了所拍摄出来的照片满足证件照的要求，提高 了使用者的舒适度和满意度。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：
[0005] -种人脸图像采集的自适应控制装置，包括有机座100,所述机座100上设有至少 两根竖直设置的竖向导轨1，所述机座100上设有竖向传动轴2,所述竖向传动轴2上套设有 沿竖向导轨1竖向滑动的竖向滑块3,所述竖向滑块3之间设有横向导轨4,所述横向导轨4上 设有横向传动轴5,所述横向传动轴5上套设有沿横向导轨4横向滑动的相机搭载台6,所述 相机搭载台6上设有转动电机7,所述转动电机7转轴竖向设置，所述转动电机7转轴上设有 随转轴转动的相机。
[0006] 所述竖向传动轴2上设有竖向传动轴螺纹，所述竖向传动轴2-端设有第一电机8， 所述竖向传动轴2随第一电机8转轴转动，所述竖向滑块3套接处设有与竖向传动轴螺纹配 合随竖向传动轴2转动而使竖向滑块3垂直移动的竖向滑块螺纹。
[0007] 所述横向传动轴5上设有横向传动轴螺纹，所述横向传动轴5-端设有第二电机9， 所述横向传动轴5随第二电机9转轴转动，所述相机搭载台6套接处设有与横向传动轴螺纹 配合随横向传动轴5转动而使相机搭载台6横向移动的相机搭载台螺纹。
[000引所述机座100上还设有控制器10,所述控制器10连接有第一电机8、第二电机9、设 置于竖向传动轴2另一端的第一编码器11、设置于横向传动轴4另一端的第二编码器12、转 动电机7和相机，所述第一电机8与第一编码器11连接，所述第二电机9与第二编码器12连 接。
[0009]本实用新型的有益效果是：
[0010] 本实用新型中的人脸图像采集装置能够自动跟随人脸自适应控制调整摄像头的 方位，来实现所拍摄到的人脸照片符合证件照的要求;在装置结构部分设计出相机搭载台， 且能使相机搭载台相应上下左右移动的机械构架，实现了相机的水平调整与垂直调整的功 能，在平台上搭载一个转动电机，相机设置于转动电机的转轴上，实现了相机的左右旋转 功能；同时，在直线移动的电机上都装入编码器进行反馈控制，大幅度提高精度;采用滚珠 式螺纹传动轴丝杠W及直线导轨减轻机器运行时的噪音W及驱动电压;相比现有只能上下 移动摄像头W及只能上下移动座椅的方式，该装置通过水平移动、垂直移动W及左右旋转 摄像头的方式自动跟随人脸自适应控制摄像头可W减少人工纠正的误差，更好地保证了所 拍摄出来的照片满足证件照的要求，提高了使用者的舒适度和满意度。
[【附图说明】]
[0011] 图1为本实用新型装置机械结构示意图；
[0012] 图2为本实用新型装置电路结构示意图；
[0013] 图3为本实用新型流程图；
[0014] 图4为本实用新型初始图像与人脸图像直接坐标系示意图。
[【具体实施方式】]
[0015] 下面结合附图与本实用新型的实施方式作进一步详细的描述：
[0016] 如图1所示，一种人脸图像采集的自适应控制装置，包括有机座100,所述机座100 上设有至少两根竖直设置的竖向导轨1，所述机座100上设有竖向传动轴2,所述竖向传动轴 2上套设有沿竖向导轨1竖向滑动的竖向滑块3,所述竖向滑块3之间设有横向导轨4,所述横 向导轨4上设有横向传动轴5,所述横向传动轴5上套设有沿横向导轨4横向滑动的相机搭载 台6,所述相机搭载台6上设有转动电机7,所述转动电机7转轴竖向设置，所述转动电机7转 轴上设有随转轴转动的相机。
[0017] 其中，所述竖向传动轴2上设有竖向传动轴螺纹，所述竖向传动轴2 -端设有第一 电机8,所述竖向传动轴2随第一电机8转轴转动，所述竖向滑块3套接处设有与竖向传动轴 螺纹配合随竖向传动轴2转动而使竖向滑块3垂直移动的竖向滑块螺纹。
[0018] 所述横向传动轴5上设有横向传动轴螺纹，所述横向传动轴5-端设有第二电机9， 所述横向传动轴5随第二电机9转轴转动，所述相机搭载台6套接处设有与横向传动轴螺纹 配合随横向传动轴5转动而使相机搭载台6横向移动的相机搭载台螺纹。
[0019] 如图2所示，所述机座100上还设有控制器10,所述控制器10连接有第一电机8、第 二电机9、设置于竖向传动轴2另一端的第一编码器11、设置于横向传动轴4另一端的第二编 码器12、转动电机7和相机，所述第一电机8与第一编码器11连接，所述第二电机9与第二编 码器12连接。
[0020] 工作原理:控制器10控制第一电机8带动竖向传动轴2转动，通过设置于竖向传动 轴2上的竖向传动轴螺纹与设置于竖向滑块3内的竖向滑块螺纹配合，使竖向滑块3竖向滑 动，实现相机的高低调整;控制器10控制第二电机9带动横向传动轴5转动，通过设置于横向 传动轴5上的横向传动轴螺纹与设置于相机搭载台6内的相机搭载台螺纹配合，使相机搭载 台6横向滑动，实现相机的左右调整;控制器10控制转动电机7转动，使设置于转动电机7转 轴上的相机实现左右旋转，从而达到自适应控制装置能够自动跟随人脸自适应控制调整摄 像头的方位来实现所拍摄到的人脸照片符合证件照的要求。
[0021] 同时，第一编码器11将第一电机8的转动值、第二编码器12将第二电机9的转动值 反馈到控制器10中，提高相机位置调整的准确度。
[0022] 如图3和图4所示，人脸图像采集装置的采集方法，其步骤如下：
[002引a、控制器10控制相机拍摄初始图像，并输入到控制器10中，设定W初始图像左上 角为原点0'，向右为X'轴正方向，向下为y'轴正方向，建立直角坐标系0'X'y'，在初始图像 直角坐标系0//中建立人脸图像直角坐标系化y;
[0024] b、基于Adaboost算法的人脸检测，检测训练部分中训练强分类器，设定n个训练样 本(xi，yi), . . .，（xi，yi), . .(xn，yn)，yi可取0和l，yi = l代表人脸样本，yi = 0代表非人脸样 本，初始化权重《 :
[0025] 人脸样本的权重 闺
(1)
[0027]其中m为人脸样本的个数，
[00%]非人脸样本的权重
[0029] (2)
[0030] 其中1为非人脸样本的个数，
[0031] 对于t = l:T，
[0032] ①权重归一化
[0033] (过）
[0034] ②筛选出最优的弱分类器ht(xk，pk，fk，0k)，其分类错误率为：
[00对
化）
[0036] 其中Xk代表一个检测子窗口，Pk指示不等号的方向，fk为特征，0k为
[0037] 阔值。
[0038] ③更新权值
[0039] (5)
[0040] 其中度-6。代表分类错误占分类正确的比例，其中ei可取0和1。当ei = 0时，Xi被正确 分类;当61= 1时，Xi被错误分类，
[0041] 最后的强分类器为：
[0042] 货）
[0043] 其中
[0044] c、基于分级方案的人脸眼睛和嘴的定位：
[0045] 基于小波的特征图的特征值的计算，基于小波的特征图中第n个特征值Sal(n)的 计算公式为：
[0046] (7)
[0047] 其中权重COk是分配给最大的不同尺度的小波系数，又是互惠的标准差系数，
[004引权重Ok的计算公式为：
[0049] (8)
[0050] 其中S为最大的小波系数在k层次的数量，W;. /(H)是在0 < Z < S内的最大系数，
[0051] 基于主成分分析的双眼区域的校对：
[0052] 由于双眼区域是一个矩形区域，所W双眼区域可W看成是由M个列向量组成，表示 ^ 厂 1,厂 2,..,厂M,
[0053] 双眼区域样本的平均值为：
[酬
（谷）
[0055] 每个双眼区域与平均值的之间的差值为：
[0056] (K= (10)
[0057] 双眼区域的协方差矩阵为：
[0化引 (11)
[0059] 其中 A= [4 1,4 2 ,...,4 m]，
[0060] 实际中直接计算矩阵C的特征向量的计算量很大，可W通过矩阵AAT的特征向量Vn 的定义来计算：
[0061] A^Avn = ^nVn (12)
[0062] 对公式(13)两边左乘矩阵A可得：
[0063] AAVn = AAnVn (13)
[0064] 由公式(14)式可知，Avn是矩阵C的特征向量，
[0065] 于是，可W用特佈向量山来表示成M个样本的线性组合：
[0066] (14)
[0067] 其中n = l，2, . . .，M，
[0068] 表示为Tl, r 2, . .，Tm的双眼区域投影到特征空间中：
[0069]
C15)
[0070] 其中n = l，2, . . .，M，
[0071] 双眼区域的每个特征向量的权重组成一个向量：
[0072] qT二{ "1, "2, . . . , c〇n} (16)
[0073] 双眼区域与重构图像之间的平方差为： 到
(17)
[0075] 由公式（18)计算平方差就可求出最小重构误差的双眼区域。
[0076] 基于眼睛模板的眼睛和嘴的定位：
[0077] 眼睛模板有S个方块组成，中屯、的黑块代表了在人眼中黑色的瞳孔，表示为B，运 个黑色方块左右两侧为白色方块，分别表示为Wl和W2。
[0078] 用来测量眼睛模板的相似函数SIM的定义为： 闘
(18)
[0080] 其中^为区域Wi的强度的总和，A,;为区域^^的强度的总和，Ib为区域B的强度的总 和，e是一个避免分母为零的正数，
[0081] 人脸样本中Q个眼睛模板，最佳的眼睛位置(Xbest，ybest)的定义如下：
[0082] xbest=median(xi,X2, . .xq) (19)
[0083] ybest=median(yi,y2, . .yg) (20)
[0084] d、人脸图像中偏值的计算：
[00化]水平偏距和垂直偏距的计算:设人脸图像直角坐标系的人脸图像窗口宽为 Wi化hi，高为heighti，初始图像的宽为widths,高为heights,坐标系0巧的原点在坐标系〇/ X' y'为(facex，facey)，坐标系化y相对坐标系0' X' y'的水平偏移量为A W，垂直偏移量为A h，因此最小的水平偏距A Ievelmin和垂直偏距A v&rticalmin分别为：
[0086] (21)
[0087] (22)
[0088] 侧面偏转角度的计算：
[0089] 设左眼中屯、坐标为（Xi，yi)，右眼中屯、坐标为（X2，y2)，嘴的中屯、坐标为（X3，y3)，两 只眼睛的水平距离为1，垂直距离为d，人脸图像侧面偏转时，鼻子下点水平线与左右两眼睛 内点的距离分别为h和12,鼻子下点水平线与嘴内点的距离为13。
[0090] 人脸图像的平面偏转角度a:
[0091] v23)
[0092] 鼻子下点与左右两眼内点的角度差执：
[0093]
(24)
[0094]
[0095] 3)
[0096]
[0097] ；(26)
[0〇9引 e、控制器10控制相机搭载台6水平移动A leveh、垂直移动A vedicah、转动电机 7转动角度0，再控制相机拍摄。
【主权项】
1. 一种人脸图像采集的自适应控制装置，其特征在于：包括有机座（100)，所述机座 (100)上设有至少两根竖直设置的竖向导轨（1)，所述机座（100)上设有竖向传动轴(2)，所 述竖向传动轴(2)上套设有沿竖向导轨（1)竖向滑动的竖向滑块(3)，所述竖向滑块(3)之间 设有横向导轨(4)，所述横向导轨(4)上设有横向传动轴(5)，所述横向传动轴(5)上套设有 沿横向导轨(4)横向滑动的相机搭载台（6)，所述相机搭载台（6)上设有转动电机(7)，所述 转动电机(7)转轴竖向设置，所述转动电机(7)转轴上设有随转轴转动的相机。2. 根据权利要求1所述的一种人脸图像采集的自适应控制装置，其特征在于:所述竖向 传动轴(2)上设有竖向传动轴螺纹，所述竖向传动轴(2)-端设有第一电机(8)，所述竖向传 动轴（2)随第一电机(8)转轴转动，所述竖向滑块(3)套接处设有与竖向传动轴螺纹配合随 竖向传动轴(2)转动而使竖向滑块(3)垂直移动的竖向滑块螺纹。3. 根据权利要求1所述的一种人脸图像采集的自适应控制装置，其特征在于:所述横向 传动轴(5)上设有横向传动轴螺纹，所述横向传动轴(5)-端设有第二电机(9)，所述横向传 动轴(5)随第二电机(9)转轴转动，所述相机搭载台（6)套接处设有与横向传动轴螺纹配合 随横向传动轴(5)转动而使相机搭载台（6)横向移动的相机搭载台螺纹。4. 根据权利要求1所述的一种人脸图像采集的自适应控制装置，其特征在于:所述机座 (100)上还设有控制器（10)，所述控制器（10)连接有第一电机(8)、第二电机(9)、设置于竖 向传动轴(2)另一端的第一编码器（11)、设置于横向传动轴(4)另一端的第二编码器（12)、 转动电机（7)和相机，所述第一电机(8)与第一编码器（11)连接，所述第二电机(9)与第二 编码器(12)连接。
【文档编号】H04N5/232GK205610781SQ201620049343
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年1月19日
【发明人】周文辉, 王智, 吴杰
【申请人】电子科技大学中山学院