CN106997468B - 一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像***，它包括斩波三光谱采集模块(1）、斩波光谱信号筛选处理模块（2）及斩波三光谱输出模块（3）；斩波三光谱采集模块（1）与斩波光谱信号筛选处理模块（2）相连，斩波光谱信号筛选处理模块（2）与斩波三光谱输出模块相连（3），一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像方法包括：斩波三光谱采集、斩波光谱信号筛选处理和斩波三光谱输出。本发明通过对各点亮度随时间变化的关系是否满足1:0.4:0.9来进行判定，确定成像点位置是否是皮肤位置，如果是则保留，如果不是则删除，由此可以获得只有真实活体皮肤所在位置的图像。

Description

一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像***及方法

技术领域

本发明涉及皮肤识别技术领域，尤其是一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像***及方法。

背景技术

现代生物特征识别技术日新月异，指纹识别、人脸识别、虹膜识别、声纹识别等技术越来越成熟，并逐渐在生产和生活中广泛应用。由于人脸识别的便捷性，近年来，人脸识别技术蓬勃发展，特别是依托于光学成像技术的人脸图像处理技术飞速发展，人们对人脸特征、脸部骨骼特征等的识别算法越来越成熟，但是基于活体皮肤的辅助鉴别技术发展缓慢。随着使用人皮面具、高清晰人脸图片来欺骗识别***的事情时有发生，因此发展人脸图像是否是采集于真实皮肤的检测技术成为需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像***及方法。利用450nm、500nm、550nm三种滤波片安装与斩波器上，使得透过斩波器进行摄像的摄像相机依次获得三个光谱范围内的图像信息，再通过对各点亮度随时间变化的关系是否满足1:0.4:0.9来进行判定，确定成像点位置是否是皮肤位置，如果是则保留，如果不是则删除，由此可以获得只有真实活体皮肤所在位置的图像。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像***，其特征在于：它包括斩波三光谱采集模块、斩波光谱信号筛选处理模块及斩波三光谱输出模块；斩波三光谱采集模块与斩波光谱信号筛选处理模块相连，斩波光谱信号筛选处理模块与斩波三光谱输出模块相连。

进一步限定，所述的三光谱采集模块包括斩波器和工业相机。

进一步限定，所述的斩波器配置有第一滤波片、第二滤波片、第三滤波片、第四滤波片、第五滤波片和第六滤波片。

进一步限定，所述的第一滤波片、第二滤波、第三滤波片、第四滤波片、第五滤波片和第六滤波片分别为450nm滤波片、500nm滤波片、550nm滤波片、450nm滤波片、500nm滤波片和550nm滤波片，依次所对应的光强为A_450nm、A_500nm、A_550nm、A_450nm、A_500nm和A_550nm。

进一步限定，所述的斩波器还包括旋转轴心，进行光谱采集时斩波器围绕旋转轴心顺时针或逆时针以设定频率F旋转，使光线通过滤波片后由帧频设定为f的工业摄像机进行采集拍摄，1秒内采集共计f帧的视频图像流，其中第一帧图片、第二帧图片、…、第f帧图片。

进一步限定，所述的斩波光谱信号筛选处理模块对工业相机采集的f帧视频图像流中的任意一点P_ij进行筛选并得到与之对应的点P_1ij。

一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像方法，具体包括如下步骤：

S0001斩波器围绕旋转轴心顺时针或逆时针以设定频率F旋转，使光线通过滤波片后由帧频设定为f的工业摄像机进行采集拍摄，1秒内采集共计f帧的视频图像流，其中第一帧图片、第二帧图片、…、第f帧图片；

S0002定义视频图像空间上的任意点P_ij位置：在第一帧图片中对应的任意点P_1ij其光强为A_1ij、在第二帧图片中对应的任意点P_2ij其光强为A_2ij,…,在第f帧图片中对应的任意点P_fij其光强为A_3ij；

S0003皮肤所在像素位置光强随时间变化周期T=1/（2F），其中450nm滤光片对应的光强为A_450nm、500nm滤光片对应的光强为A_500nm、550nm滤光片对应的光强为A_550nm，并对任意点的图像进行筛选；

S0004将筛选获得的A^’ _1ij与视频图像空间上的任意点P_ij在第一帧图片中的位置在图像中的位置对应P_1ij相对应，用光强A^’ _1ij取代原来位置的光强A_1ij，就可以获得第一皮肤筛选图片帧，同理获得第二皮肤筛选图片帧，以此类推得到的皮肤筛选图片帧集，从而形成处理后的视频图像流。

进一步限定，所述的对任意点的图像进行筛选，筛选条件为：

若满足A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1：0.4：0.9，则A^’ _ij=A_450nm；

若不满足 A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1:0.4:0.9，则A^’ _ij=0。

本发明的有益效果是：本发明利用450nm、500nm、550nm三种滤波片安装与斩波器上，使得透过斩波器进行摄像的摄像相机依次获得三个光谱范围内的图像信息，再通过对各点亮度随时间变化的关系是否满足1:0.4:0.9来进行判定，确定成像点位置是否是皮肤位置，如果是则保留，如果不是则删除，由此可以获得只有真实活体皮肤所在位置的图像。

附图说明

图1为基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像技术示意图；

图中，1-斩波三光谱采集，2-斩波三光谱信号筛选处理，3-斩波三光谱输出，4-人脸识别，11-斩波器，111-第一滤波片，112-第三滤波片，113-第三滤波片，114-第四滤波片，115-第五滤波片，116-第六滤波片，12-工业摄像机，13-视频图像流，131-第一帧图片，132-第二帧图片，133-第三帧图片，14-视频图像空间上的任意点P_ij，141-任意点P_1ij,142-任意点P_2ij,143-任意点P_fij，21-视频图像中任意一点P_ij对应的波形图，22-皮肤光谱筛选流程，31-处理后的视频图像流，32-处理后得到的人脸筛选图片帧，321-第一人脸筛选图片帧,322-第二人脸筛选图片帧；

图2为基于活体人脸皮肤检测的人脸识别***图；

图中，1-斩波三光谱采集，2-斩波三光谱信号筛选处理，3-斩波三光谱输出，4-人脸识别，11-斩波器，111-第一滤波片，112-第三滤波片，113-第三滤波片，114-第四滤波片，115-第五滤波片，116-第六滤波片，117-旋转轴心，12-工业摄像机，13-视频图像流，131-第一帧图片，132-第二帧图片，133-第三帧图片，14-视频图像空间上的任意点P_ij，141-任意点P_1ij,142-任意点P_2ij,143-任意点P_fij，21-视频图像中任意一点P_ij对应的波形图，22-皮肤光谱筛选流程，31-处理后的视频图像流，32-处理后得到的人脸筛选图片帧，321-第一人脸筛选图片帧,322-第二人脸筛选图片帧，41-图像尺寸与轮廓判定，42-人脸识别算法，43-识别未通过，44-识别通过。

图3为基于活体人脸皮肤检测的汽车内人数统计***；

图中，1-斩波三光谱采集，2-斩波三光谱信号筛选处理，3-斩波三光谱输出，4-人脸识别，11-斩波器，111-第一滤波片，112-第三滤波片，113-第三滤波片，114-第四滤波片，115-第五滤波片，116-第六滤波片，117-旋转轴心，12-工业摄像机，13-视频图像流，131-第一帧图片，132-第二帧图片，133-第三帧图片，14-视频图像空间上的任意点P_ij，141-任意点P_1ij,142-任意点P_2ij,143-任意点P_fij，21-视频图像中任意一点P_ij对应的波形图，22-皮肤光谱筛选流程，31-处理后的视频图像流，32-处理后得到的人脸筛选图片帧，321-第一人脸筛选图片帧,322-第二人脸筛选图片帧，32-人脸筛选图片帧，31-视频图像流，4-车内人数统计，41-保留区域统计计数，人脸面积与轮廓特征判定42，车内位置判定43进行筛选，44-人数统计输出。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像***，其特征在于：它包括斩波三光谱采集模块1、斩波光谱信号筛选处理模块2及斩波三光谱输出模块3；斩波三光谱采集模块1与斩波光谱信号筛选处理模块2相连，斩波光谱信号筛选处理模块2与斩波三光谱输出模块相连3。

所述的三光谱采集模块1包括斩波器11和工业相机12。

所述的斩波器11配置有第一滤波片111、第二滤波片112、第三滤波片113、第四滤波片114、第五滤波片115和第六滤波片116。

所述的第一滤波片111、第二滤波片112、第三滤波片113、第四滤波片114、第五滤波片115和第六滤波片116分别为450nm滤波片、500nm滤波片、550nm滤波片、450nm滤波片、500nm滤波片和550nm滤波片，依次所对应的光强为A_450nm、A_500nm、A_550nm、A_450nm、A_500nm和A_550nm。

所述的斩波器11还包括旋转轴心117，进行光谱采集时斩波器围绕旋转轴心117顺时针或逆时针以设定频率F旋转，使光线通过滤波片后由帧频设定为f的工业摄像机12进行采集拍摄，1秒内采集共计f帧的视频图像流13，其中第一帧图片131、第二帧图片132、…、第f帧图片133。

所述的斩波光谱信号筛选处理模块2对工业相机12采集的f帧视频图像流13中的任意一点P_ij14进行筛选并得到与之对应的点P_1ij。

一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像方法，具体包括如下步骤：

S0001斩波器围绕旋转轴心117顺时针或逆时针以设定频率F旋转，使光线通过滤波片后由帧频设定为f的工业摄像机12进行采集拍摄，1秒内采集共计f帧的视频图像流，其中第一帧图片131、第二帧图片132、…、第f帧图片133；

S0002定义视频图像空间上的任意点P_ij位置：在第一帧图片131中对应的任意点P_1ij141其光强为A_1ij、在第二帧图片132中对应的任意点P_2ij142其光强为A_2ij,…,在第f帧图片133中对应的任意点P_fij143其光强为A_3ij；

S0003皮肤所在像素位置光强随时间变化周期T=1/（2F），其中450nm滤光片对应的光强为A_450nm、500nm滤光片对应的光强为A_500nm、550nm滤光片对应的光强为A_550nm，并对任意点的图像进行筛选；

S0004将筛选获得的A^’ _1ij与视频图像空间上的任意点P_ij14在第一帧图片131中的位置在图像中的位置对应P_1ij相对应，用光强A^’ _1ij取代原来位置的光强A_1ij，就可以获得第一皮肤筛选图片帧321，同理获得第二皮肤筛选图片帧322，以此类推得到的皮肤筛选图片帧集32，从而形成处理后的视频图像流31。

优选的，所述的对任意点的图像进行筛选，筛选条件为：

若满足A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1：0.4：0.9，则A^’ _ij=A_450nm；

若不满足 A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1:0.4:0.9，则A^’ _ij=0。

实施1：

如图2所示，一种基于活体人脸皮肤检测的人脸识别***。

在人脸识别过程中，为了防止佩戴人皮面具、使用高清晰图片进行欺骗打卡的行为出现，可采用基于活体人脸皮肤检测的人脸识别***。***包括斩波三光谱采集1、斩波光谱信号筛选处理2、斩波三光谱输出3及人脸识别4四个部分。

斩波三光谱采集1包括斩波器11和工业摄像机12两部分组成。斩波器11上安装了450nm第一滤波片111、第二500nm滤波片112、第三550nm滤波片113、第四450nm滤波片114、500nm第五滤波片115、第六550nm滤波片116。

斩波器11以频率F转动，工业摄像机12通过滤波片对外界进行拍摄。工业摄像机12的帧频为f，因此在1秒内可采集f帧视频图像流13，其表示为第一帧图片131、第二帧图片132、…、第f帧图片133。在视频图像空间上的任意点P_ij14位置：在第一帧图片131中对应的任意点P_1ij141其光强为A_1ij、在第二帧图片132中对应的任意点P_2ij142其光强为A_2ij,…,在第f帧图片133中对应的任意点P_fij143其光强为A_3ij。视频图像流13进入斩波三光谱信号筛选处理2部分进行处理。

视频图像中任意一点P_ij对应的波形图21显示：活体人皮肤所在像素位置光强随时间变化周期T=1/（2F），其中450nm滤光片对应的光强为A_450nm、500nm滤光片对应的光强为A_500nm、550nm滤光片对应的光强为A_550nm，利用皮肤光谱筛选流程22对任意点的图像进行筛选：满足A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1：0.4：0.9的情况下，A^’ _ij=A_450nm；不满足A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1:0.4:0.9的情况下，A^’ _ij=0。经过筛选处理之后，进入斩波三光谱输出3部分进行处理。

由于筛选获得的A^’ _1ij与视频图像空间上的任意点P_ij14在第一帧图片131中的位置在图像中的位置对应P_1ij相对应，所以用光强A^’ _1ij取代原来位置的光强A_1ij，就可以获得第一人脸筛选图片帧321。利用本方法从第二帧图片132开始处理，同样就可以获得第二人脸筛选图片帧322，…,最终获得处理后得到的人脸筛选图片帧32，从而形成处理后的视频图像流31。处理过程需要利用多帧图片，因此处理后的视频图像流31比原始的视频图像流13相比有一定的时间滞后，滞后量由采用多少处理周期进行处理所决定。获得的只有真人皮肤的视频图像流进入人脸识别4进行处理，其经过人脸尺寸与轮廓判定41，当判定为不满足要求时，***输出识别未通过44，当判定为满足要求时，***从视频图像流13中抓取图像，进入常规的人脸识别算法42进行进一步处理。经人脸识别算法42判定为匹配时，输出识别通过43，判定为不匹配时，输出识别未通过44。

把斩波三光谱皮肤筛选成像技术应用于人脸识别领域，可以高准确性地杜绝利用人皮面具、高清晰度图片等方式欺骗识别***的问题出现。

实施2

如图3所示，一种基于活体人脸皮肤检测的人脸识别***图。

在对公路上行驶的车辆内部人数进行成像统计的应用中，使用基于活体人脸皮肤检测的汽车内人数统计***。***包括斩波三光谱采集1、斩波光谱信号筛选处理2、斩波三光谱输出3及车内人数统计4四个部分。斩波三光谱采集1包括斩波器11和工业摄像机12两部分组成。斩波器11上安装了第一450nm滤波片111、第二500nm滤波片112、第三550nm滤波片113、第四450nm滤波片114、第五500nm滤波片115、第六550nm滤波片116，斩波器11以频率F转动，工业摄像机12通过滤波片对外界进行拍摄。工业摄像机12的帧频为f，因此在1秒内可采集f帧视频图像流13，其表示为第一帧图片131、第二帧图片132、…、第f帧图片133。在视频图像空间上的任意点P_ij14位置：在第一帧图片131中对应的任意点P_1ij141其光强为A_1ij、在第二帧图片132中对应的任意点P_2ij142其光强为A_2ij,…,在第f帧图片133中对应的任意点P_fij143其光强为A_3ij。视频图像流13进入斩波三光谱信号筛选处理2部分进行处理。

视频图像中任意一点P_ij对应的波形图21显示：活体人皮肤所在像素位置光强随时间变化周期T=1/（2F），其中450nm滤光片对应的光强为A_450nm、500nm滤光片对应的光强为A_500nm、550nm滤光片对应的光强为A_550nm，利用皮肤光谱筛选流程22对任意点的图像进行筛选：满足A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1：0.4：0.9的情况下，A^’ _ij=A_450nm；不满足A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1:0.4:0.9的情况下，A^’ _ij=0。经过筛选处理之后，进入斩波三光谱输出3部分进行处理。

由于筛选获得的A^’ _1ij与视频图像空间上的任意点P_ij14在第一帧图片131中的位置在图像中的位置对应P_1ij相对应，所以用光强A^’ _1ij取代原来位置的光强A_1ij，就可以获得第一人脸筛选图片帧321。利用本方法从第二帧图片132开始处理，同样就可以获得第二人脸筛选图片帧322，…,最终获得处理后得到的人脸筛选图片帧32，从而形成处理后的视频图像流31。处理过程需要利用多帧图片，因此处理后的视频图像流31比原始的视频图像流13相比有一定的时间滞后，滞后量由采用多少处理周期进行处理所决定。获得的只有真人皮肤的视频图像流进入车内人数统计4进行处理，首先对人脸筛选图像中保留区域统计计数41，然后对各个区域进行循环检测，在循环检测中，使用人脸面积与轮廓特征判定42和车内位置判定43进行筛选，不满足的视为无效区域，并从统计计数中去除，循环完毕后，就得到了车内人数的准确值，输出为人数统计输出44。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像***，其特征在于：它包括斩波三光谱采集模块(1）、斩波光谱信号筛选处理模块（2）及斩波三光谱输出模块（3）；斩波三光谱采集模块（1）与斩波光谱信号筛选处理模块（2）相连，斩波光谱信号筛选处理模块（2）与斩波三光谱输出模块相连（3），所述的三光谱采集模块（1）包括斩波器（11）和工业相机（12），所述的斩波器（11）配置有第一滤波片（111）、第二滤波片（112）、第三滤波片（113）、第四滤波片（114）、第五滤波片（115）和第六滤波片（116），还包括旋转轴心（117），进行光谱采集时斩波器围绕旋转轴心（117）顺时针或逆时针以设定频率F旋转，使光线通过滤波片后由帧频设定为f的工业摄像机（12）进行采集拍摄，1秒内采集共计f帧的视频图像流（13），其中第一帧图片（131）、第二帧图片（132）、…、第f帧图片（133）；

所述的第一滤波片（111）、第二滤波片（112）、第三滤波片（113）、第四滤波片（114）、第五滤波片（115）和第六滤波片（116）分别为450nm滤波片、500nm滤波片、550nm滤波片、450nm滤波片、500nm滤波片和550nm滤波片，依次所对应的光强为A450nm、A500nm、A550nm、A450nm、A500nm和A550nm；所述的斩波光谱信号筛选处理模块（2）对工业相机（12）采集的f帧视频图像流（13）中的任意一点P_ij（14）进行筛选并得到与之对应的点P_1ij；所述筛选步骤具体包括：

步骤1：定义视频图像空间上的任意点P_ij位置：在第一帧图片（131）中对应的任意点P_1ij（141）其光强为A_1ij、在第二帧图片（132）中对应的任意点P_2ij（142）其光强为A_2ij,…,在第f帧图片（133）中对应的任意点P_fij（143）其光强为A_3ij；

步骤2：皮肤所在像素位置光强随时间变化周期T=1/（2F），其中450nm滤光片对应的光强为A_450nm、500nm滤光片对应的光强为A_500nm、550nm滤光片对应的光强为A_550nm，并对任意点的图像进行筛选，筛选条件为：

若满足A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1：0.4：0.9，则A^’ _ij=A_450nm；

若不满足 A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1:0.4:0.9，则A^’ _ij=0；

步骤3：将筛选获得的A^’ _1ij与视频图像空间上的任意点P_ij（14）在第一帧图片（131）中的位置在图像中的位置对应P_1ij相对应，用光强A^’ _1ij取代原来位置的光强A_1ij，就可以获得第一皮肤筛选图片帧（321），同理获得第二皮肤筛选图片帧（322），以此类推得到的皮肤筛选图片帧集（32），从而形成处理后的视频图像流（31）；

获得的只有真人皮肤的视频图像流进入车内人数统计（4）进行处理，首先对人脸筛选图像中保留区域统计计数（41），然后对各个区域进行循环检测，在循环检测中，使用人脸面积与轮廓特征判定（42）和车内位置判定（43）进行筛选，不满足的视为无效区域，并从统计计数中去除，循环完毕后，得到车内人数的准确值，输出为人数统计输出（44）。

2.根据权利要求1所述的一种基于斩波技术的三波长皮肤筛选成像***的成像方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S0001斩波器围绕旋转轴心（117）顺时针或逆时针以设定频率F旋转，使光线通过滤波片后由帧频设定为f的工业摄像机（12）进行采集拍摄，1秒内采集共计f帧的视频图像流，其中第一帧图片（131）、第二帧图片（132）、…、第f帧图片（133）；

S0002定义视频图像空间上的任意点P_ij位置：在第一帧图片（131）中对应的任意点P_1ij（141）其光强为A_1ij、在第二帧图片（132）中对应的任意点P_2ij（142）其光强为A_2ij,…,在第f帧图片（133）中对应的任意点P_fij（143）其光强为A_3ij；

S0003皮肤所在像素位置光强随时间变化周期T=1/（2F），其中450nm滤光片对应的光强为A_450nm、500nm滤光片对应的光强为A_500nm、550nm滤光片对应的光强为A_550nm，并对任意点的图像进行筛选，筛选条件为：

若满足A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1：0.4：0.9，则A^’ _ij=A_450nm；

若不满足 A_450nm:A_500nm:A_550nm≈1:0.4:0.9，则A^’ _ij=0；

S0004将筛选获得的A^’ _1ij与视频图像空间上的任意点P_ij（14）在第一帧图片（131）中的位置在图像中的位置对应P_1ij相对应，用光强A^’ _1ij取代原来位置的光强A_1ij，就可以获得第一皮肤筛选图片帧（321），同理获得第二皮肤筛选图片帧（322），以此类推得到的皮肤筛选图片帧集（32），从而形成处理后的视频图像流（31）；

获得的只有真人皮肤的视频图像流进入车内人数统计（4）进行处理，首先对人脸筛选图像中保留区域统计计数（41），然后对各个区域进行循环检测，在循环检测中，使用人脸面积与轮廓特征判定（42）和车内位置判定（43）进行筛选，不满足的视为无效区域，并从统计计数中去除，循环完毕后，得到车内人数的准确值，输出为人数统计输出（44）。