基于相位輪廓術(shù)的相位和反射率的人臉識(shí)別裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及人臉識(shí)別領(lǐng)域，具體涉及一種基于相位輪廓術(shù)的相位和反射率的人臉 識(shí)別。
【背景技術(shù)】
[0002] 人臉識(shí)別技術(shù)的研究最初主要集中在二維人臉識(shí)別領(lǐng)域，很多識(shí)別方法相繼被提 出。經(jīng)典的二維人臉識(shí)別方法主要有基于幾何特征、基于代數(shù)特征和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法。 其中，特征臉(Ei genface)方法是一種基于統(tǒng)計(jì)特征的、較為成功的人臉識(shí)別方法。特征臉 (Eigenface)是由主成分分析(Principal component analysis，PCA)導(dǎo)出的一種人臉識(shí)別 方法，它的核心步驟是對(duì)人臉圖像進(jìn)行K-L變換以獲得特征臉矩陣數(shù)據(jù)，然后將原始人臉圖 像投影到特征臉矩陣上以實(shí)現(xiàn)降維和特征提取，最后使用最近鄰分類器進(jìn)行人臉的分類識(shí) 另IJ。最近十多年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量?jī)x器的發(fā)展，三維數(shù)據(jù)越來越容易被獲得，很多的 研究人員開始從二維人臉識(shí)別研究轉(zhuǎn)向了三維人臉識(shí)別研究。機(jī)器視覺領(lǐng)域的三維數(shù)據(jù)測(cè) 量目前主要有被動(dòng)立體測(cè)量和主動(dòng)立體測(cè)量?jī)煞N技術(shù)。其中相位測(cè)量輪廓術(shù)（Phase measuring profilometry，PMP)是一種結(jié)構(gòu)光測(cè)量，屬于非常成功的三維測(cè)量技術(shù)，其數(shù)據(jù) 精度很高?，F(xiàn)有的三維人臉識(shí)別方法主要有基于空域匹配、基于整體特征匹配和基于3D+2D 雙模態(tài)的識(shí)別算法。
[0003] 二維人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)比較成熟，也進(jìn)入了商業(yè)應(yīng)用，但是二維人臉識(shí)別有很多 方面的缺陷，它容易受到環(huán)境光、姿態(tài)以及表情等因素的影響，識(shí)別效果很難再得到進(jìn)一步 提高了。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量?jī)x器的發(fā)展，三維數(shù)據(jù)越來越容易被獲得，因此很多的研究 開始從二維人臉識(shí)別研究轉(zhuǎn)向了三維人臉識(shí)別研究。其中相位測(cè)量輪廓術(shù)（Phase measuring profilometry，PMP)是一種結(jié)構(gòu)光測(cè)量，屬于非常成功的三維測(cè)量技術(shù)，其數(shù)據(jù) 精度很高。由于三維人臉數(shù)據(jù)相對(duì)于二維人臉數(shù)據(jù)受光照影響較小，因此獲得比二維人臉 識(shí)別更好的識(shí)別效果。其中，利用深度圖的三維人臉識(shí)別方法屬于基于整體特征匹配的方 法，它將三維人臉識(shí)別轉(zhuǎn)化為二維人臉識(shí)別，這樣大大簡(jiǎn)化了算法。但是在結(jié)構(gòu)光測(cè)量中， 三維數(shù)據(jù)的獲得需要依賴標(biāo)定數(shù)據(jù)，而標(biāo)定所要求的計(jì)算量大或技術(shù)要求高，而且在三維 人臉識(shí)別之前需要進(jìn)行三維點(diǎn)云的計(jì)算，計(jì)算量很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明目的是提供基于相位輪廓術(shù)的相位和反射率的人臉識(shí) 別裝置及方法，其旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的裝置存在成本高昂，精度低且通用性差，其方法存在 計(jì)算量龐大，算法結(jié)構(gòu)優(yōu)化不足等技術(shù)問題;此外，裝置及方法均易受到環(huán)境變量的顯著影 響，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)識(shí)別精度和效率。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 基于相位輪廓術(shù)的相位和反射率的人臉識(shí)別裝置，包括投影單元:其中包括能夠 投影圖案的光源，第一透鏡，正弦光柵模板，相移器和第二透鏡;所述的第一透鏡：用于會(huì)聚 光源的輸出光;所述的正弦光柵模板:接收第一透鏡的透射光并透射具有第一正弦相位的 平行光;所述的相移器:用于調(diào)整正弦光柵模板并使其透射具有第二正弦相位的平行光;所 述的第二透鏡:接收正弦光柵模板透射第一正弦相位的平行光或第二正弦相位的平行光并 聚焦投影至被識(shí)別對(duì)象表面;進(jìn)一步包括處理單元：用于計(jì)算與控制，控制相移器和光源； 還包括圖像傳感單元:接收被識(shí)別對(duì)象的表面調(diào)制光并反饋光照信號(hào)至處理單元。
[0007] 上述方案中，所述的圖像傳感單元，包括依次連接的電荷親合陣列器件，濾波電 路，積分電路，視頻處理模塊和放大輸出電路。
[0008] 上述方案中，所述的視頻處理模塊，包括CPLD控制芯片和VSP視頻處理芯片;其中， CPLD控制芯片產(chǎn)生VSP視頻處理芯片的驅(qū)動(dòng)時(shí)序，VSP視頻處理芯片對(duì)積分電路輸出信號(hào)進(jìn) 行邏輯轉(zhuǎn)換運(yùn)算并產(chǎn)生數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)。速度快且易編程。
[0009] 基于相位輪廓術(shù)的相位和反射率的人臉識(shí)別方法，步驟如下：
[0010] (I)通過相移器對(duì)正弦光柵模板進(jìn)行N次調(diào)整，投影單元透射出一組N幀正弦圖案 至被識(shí)別對(duì)象表面，投影單元透射的圖像光強(qiáng)分布^為：
[0011] (1)
[0012] (1)式中，（xP，yP)表示投影單元坐標(biāo)，Ap和B p是關(guān)于投影單元的固定參數(shù)，η是相移 系數(shù)(η = 1，2，···，Ν)，?·是投影單元透射正弦圖案的空間頻率；
[0013] ( Π )在投影單元投影正弦圖案的同時(shí)，圖像傳感單元同步捕捉通過被識(shí)別對(duì)象表 面調(diào)制的對(duì)應(yīng)幀正弦圖案，獲得光照信號(hào)；
[0014] (ΙΠ )處理單元根據(jù)投影單元透射圖像光強(qiáng)分布Ρ與圖像傳感單元位置光強(qiáng)分布 的映射關(guān)系，從而獲得圖像傳感單元處的光強(qiáng)分布
[0015] (IV)圖像傳感單元將光照信號(hào)反饋至處理單元；
[0016] (V)根據(jù)圖像傳感單元處的光強(qiáng)分布Γ，處理單元對(duì)反饋的光照信號(hào)進(jìn)行計(jì)算并 得到相位Φ和亮度調(diào)制Ρ，計(jì)算公式如下：
[0017] (2)
[0018] (3)
[0019] ⑵式和⑶式中，圖像傳感單元捕捉的圖像光強(qiáng)分布，⑵式中，（x%f)表示 圖像傳感單元坐標(biāo)；
[0020] (VI)由于亮度調(diào)制^與反射率成正比，根據(jù)主成分分析算法，處理單元對(duì)相位φ和 亮度調(diào)制Ρ進(jìn)行歸一化降維操作后，并分別對(duì)應(yīng)獲得歸一化后的相位Ρ和反射率；
[0021] (W)通過處理單元生成關(guān)于被識(shí)別對(duì)象識(shí)別結(jié)果的反射率圖像和歸一化相位Ρ圖 像，再使用最近鄰分類器對(duì)生成的圖像中人臉特征進(jìn)行分類識(shí)別。
[0022] 上述方法中，所述的歸一化降維操作，包括進(jìn)行(4)式運(yùn)算，
[0023]
(4)
[0024] (4)式中，P(xe，ye)為歸一化后的相位數(shù)據(jù)，φ (xK)為原相位數(shù)據(jù)，ΦΜη為原相 位圖中的最小值，.為原相位圖中的最大值。
[0025] 上述方法中，所述的步驟(W)，在識(shí)別前，先將每張待識(shí)別圖像投影到特征人臉子 空間中，再使用最近鄰分類器進(jìn)行人臉識(shí)別。
[0026] 以現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0027] 利用了相位測(cè)量輪廓術(shù)計(jì)算出的相位信息和反射率并使用了主成分分析法和最 近鄰分類器進(jìn)行人臉識(shí)別，減少了標(biāo)定數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)的計(jì)算量并且具有比三維深度人臉 識(shí)別有更少的計(jì)算量和更好的識(shí)別效果。
[0028] 利用ΡΜΡ算法分別計(jì)算出相位圖和反射率圖，再使用PCA算法進(jìn)行降維，最后用最 近鄰分類器進(jìn)行人臉識(shí)別。由于相位圖以及反射率圖受環(huán)境光的影響更小，從而獲得了比 二維灰度圖人臉識(shí)別更好的識(shí)別效果。而且本方法不需要獲得三維數(shù)據(jù)，這樣就不用計(jì)算 標(biāo)定數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)，因此也能獲得比三維深度圖人臉識(shí)別更好的識(shí)別效果。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2為四種方法的識(shí)別率的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0032] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0033] 實(shí)施例1
[0034] 為進(jìn)一步增加通用性和降低成本，投影單元可選用投影機(jī)，處理單元可選用計(jì)算 機(jī)或嵌入式單片機(jī)。
[0035]相位測(cè)量輪廓術(shù)是一種結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)，利用帶相移的正弦投影圖案，計(jì)算 出相位信息，再結(jié)