CN215376329U - 3d与2d多模人脸成像模块及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种3D与2D多模人脸成像模块及电子设备，属于生物特征识别技术领域，所述多模态人脸成像模块包括PCB板，PCB板上设有散斑发射器、近红外补光灯、3D摄像头和处理器，其中：散斑发射器用于向空间中投射结构光图案；3D摄像头为近红外摄像头，用于当散斑发射器工作时采集被待识别目标调制后的结构光图案，并用于当近红外补光灯工作时采集待识别目标的近红外人脸图像；处理器的输入端连接3D摄像头的信号输出端，处理器用于对待识别目标调制后的结构光图案进行分析计算获取待识别目标的深度图像。本实用新型能够同时采集近红外人脸图像和3D人脸图像，其中获取3D人脸图像和获取近红外人脸图像复用同一个摄像头，能够缩小设备体积，降低设备成本。

Description

3D与2D多模人脸成像模块及电子设备

技术领域

本实用新型涉及生物特征识别技术领域，特别是指一种3D与2D多模人脸成像模块及电子设备。

背景技术

人脸是人体最重要的生物特征之一，而人脸研究主要集中在人脸识别方面，人脸的表达模型分为二维人脸和三维人脸。二维人脸识别研究的时间相对较长，可分为可见光和近红外人脸识别，二维人脸识别方法流程也相对成熟，在多个领域都有使用。

可见光人脸识别是在可见光环境下采集人脸图像进行人脸识别，该人脸识别适合在光线好的环境下应用；近红外人脸识别是在主动红外光源环境下采集人脸图像进行人脸识别，采用主动近红外光源能减弱环境光对人脸成像造成的不利影响，且红外主动光源位于不可见波段，不会对人员的眼睛产生伤害，因此近红外人脸识别是很好的选择。

随着技术的不断发展，深度相机的出现使我们更容易捕捉到人脸图像的深度，扫描仪利用散斑发射器在人脸面上发出光图案(例如光栅)，并根据其变形计算表面的形状，从而计算人脸深度信息，3D(三维)人脸图像本身包含面部的空间形状信息，受外部因素的影响较小。

通过主动近红外光源可以获取用户的近红外人脸图像，通过深度相机可以获取用户的3D人脸图像，目前各种电子设备正快速朝着小型化、低功耗的方向发展，因此在一台微型电子设备上同时采集近红外人脸图像和 3D人脸图像已经成为趋势。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够同时采集近红外人脸图像和3D人脸图像的3D与2D多模人脸成像模块及电子设备。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一方面，提供一种3D与2D多模人脸成像模块，包括PCB板，所述 PCB板上设有散斑发射器、近红外补光灯、3D摄像头和处理器，其中：

所述散斑发射器用于向空间中投射结构光图案；

所述3D摄像头为近红外摄像头，用于当所述散斑发射器工作时采集被待识别目标调制后的结构光图案，并用于当所述近红外补光灯工作时采集待识别目标的近红外人脸图像；

所述处理器的输入端连接所述3D摄像头的信号输出端，所述处理器用于对待识别目标调制后的结构光图案进行分析计算获取待识别目标的深度图像。

在本实用新型一些实施例中，所述PCB板上还设有控制模块，所述控制模块控制连接所述散斑发射器、近红外补光灯、3D摄像头和处理器。

在本实用新型一些实施例中，所述散斑发射器和3D摄像头之间的距离为30-50mm。

在本实用新型一些实施例中，所述散斑发射器为两个且分别位于所述 3D摄像头的两侧，两个散斑发射器与所述3D摄像头之间的距离不同。

在本实用新型一些实施例中，所述PCB板上还设有RGB摄像头，所述控制模块控制连接所述RGB摄像头。

在本实用新型一些实施例中，所述RGB摄像头和3D摄像头之间的距离为1-10mm。

在本实用新型一些实施例中，所述PCB板上还设有接近传感器，所述接近传感器用于当待识别目标位于所述多模态人脸成像模块的预设范围内时向所述控制模块输出触发信号。

在本实用新型一些实施例中，所述PCB板上设有前壳，所述前壳上设有用于使所述散斑发射器、近红外补光灯、接近传感器、RGB摄像头和3D摄像头露出的安装透孔，所述前壳上还设有散热结构。

在本实用新型一些实施例中，所述PCB板和前壳之间设有支座，所述支座上设有用于使所述散斑发射器、近红外补光灯、接近传感器、RGB 摄像头和3D摄像头穿过的定位透孔；所述支座上设有凸块，所述前壳上设有与所述凸块相配合的凹槽；所述PCB板、支座和前壳通过位于角部的螺钉固定连接。

另一方面，提供一种电子设备，包括上述的多模态人脸成像模块。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的3D与2D多模人脸成像模块及电子设备，能够同时采集近红外人脸图像和3D人脸图像，其中获取3D人脸图像和获取近红外人脸图像复用同一个摄像头，能够缩小设备体积，降低设备成本。

附图说明

图1为本实用新型的3D与2D多模人脸成像模块的整体结构示意图；

图2为图1所示多模态人脸成像模块的分体结构示意图；

图3为图1所示多模态人脸成像模块的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本实用新型提供一种D与2D多模人脸成像模块，如图1-3 所示，包括PCB板1，PCB板1上设有散斑发射器2、近红外补光灯3、 3D摄像头4和处理器11，其中：

散斑发射器2用于向空间中投射结构光图案；

3D摄像头4为近红外摄像头，用于当散斑发射器2工作时采集被待识别目标(人脸)调制后的结构光图案，并用于当近红外补光灯3工作时采集待识别目标的近红外人脸图像；

处理器11的输入端连接3D摄像头4的信号输出端，处理器11用于对待识别目标调制后的结构光图案进行分析计算获取待识别目标的深度图像(即3D人脸图像)，分析计算方法为本领域公知常识，此处不再赘述。具体的，处理器11可以为DSP(Digital SignalProcessing，数字信号处理) 芯片，如TI公司的TMS320C1X/C2X、TMS320C2XX/C5X、TMS320C54X/C62XX系列，AD公司的ADSP21XX系列，AT&T公司的 DSP16/16A，Motolora公司的MC56000等。

人脸识别工作具体可以由包含该多模态人脸成像模块的电子设备执行，或是由与该多模态人脸成像模块通信的上位机执行，人脸识别算法为本领域公知常识，此处不再赘述。

一般的，散斑发射器2用于投射不可见光图案，比如近红外光，相应的，3D摄像头4也应该是近红外相机。本申请中，获取3D人脸图像和获取近红外人脸图像复用同一个摄像头，能够缩小设备体积，降低设备成本。

为方便控制各器件的工作时机，优选的，PCB板1上还可以设有控制模块10，控制模块10控制连接(电连接且能够发送控制信号以进行控制) 散斑发射器2、近红外补光灯3、3D摄像头4和处理器11。具体的，控制模块10可以为单片机，具体型号可以为STM8、STM32、AT89C51等。

散斑发射器2和3D摄像头4之间具有一定的间距，这里称为基线。对于3D人脸图像的采集而言，基线的长度会影响3D摄像头的测量范围及精度，一般基线越长，测量范围越大；另外，对于同一测量距离，基线越长，测量精度则越高。然而，当基线长时，要求3D摄像头的尺寸越大，导致难以嵌入到一些微型的电子设备中，因此，基线的选取应是对3D摄像头尺寸、测量范围、精度等方面的综合考虑。优选地，基线的距离为 30-50mm，例如40mm。

在一些实施例中，还可以在3D摄像头的另一边同样也设置一个与散斑发射器相同的模组，与上述元器件在同一直线上，但是两个散斑发射器分别位于3D摄像头两侧，这样就构成了主动双目结构光原理的多模态人脸成像设备。在一个实施例中，两个散斑发射器与3D摄像头之间的基线距离不同，由此可以满足不同测量范围的应用需要，比如当测量距离远时，可以采用基线较长的散斑发射器与3D摄像头来进行测量，或者同时开启两个散斑发射器，但分别进行深度测量，将最终得到的两个深度图像进行融合以得到测量范围、分辨率更大的深度图像。

为了让D与2D多模人脸成像模块拥有更多的功能，一般地，还可以在PCB板1上配置RGB摄像头5，控制模块10控制连接RGB摄像头5，使得多模态人脸成像模块能够同步获取3D人脸图像/近红外人脸图像以及 RGB图像。由于RGB摄像头5和3D摄像头4之间存在一定的距离，因此，分别获取的3D人脸图像/近红外人脸图像与RGB图像之间必然存在一定的视差。在一些应用中，希望利用的是没有视差的3D人脸图像/近红外人脸图像与RGB图像。为此，往往需要对RGB摄像头和3D摄像头进行标定以获取二者之间的相对位置关系，根据标定结果则可以消除视差，这一过程往往也被称为配准。RGB摄像头和3D摄像头之间的距离越小，视差也就越小，配准的难度会降低，因此，往往RGB摄像头会相对靠近 3D摄像头一些，两者之间的距离优选为1-10mm。

在其他实施例中，PCB板1上也可以配置接近传感器6，具体可以位于近红外补光灯3的旁边靠近3D摄像头4的一侧，利用位移传感器对接近的物体具有敏感特性来识别物体的接近，用于当待识别目标位于多模态人脸成像模块的预设范围内时向控制模块10输出触发信号，基于该触发信号，例如可以控制RGB摄像头5和3D摄像头4启动，进而采集RGB 人脸图像和3D人脸图像。

本实用新型中，散斑发射器2、近红外补光灯3、接近传感器6、RGB 摄像头5和3D摄像头4可以位于同一直线上。近红外补光灯3和接近传感器6相对靠近一些，RGB摄像头5相对靠近3D摄像头4些。

为使多模态人脸成像模块有较好的封装性，PCB板1上可以设有前壳 7，以将上述实施例中介绍的元器件进行封装，前壳7上可以设有用于使散斑发射器2、近红外补光灯3、接近传感器6、RGB摄像头5和3D摄像头4露出的安装透孔，此时需要保证电子设备内各元器件的稳定性，以及各个元器件的散热性。所以在前壳7上设置了散热结构71，散热结构71 可以为散热孔等。

图2为本实用新型的D与2D多模人脸成像模块的分体结构示意图，如图2所示，PCB板1和前壳7之间可以设有支座8，散斑发射器2、近红外补光灯3、接近传感器6、RGB摄像头5和3D摄像头4被固定在支座8上，支座8上设有用于使散斑发射器2、近红外补光灯3、接近传感器6、RGB摄像头5和3D摄像头4穿过的定位透孔，以让各元器件的上端穿过以保证各元器件在水平方向上相对位置固定，另外在各元器件的底部由PCB板1来支撑，以保证各元器件在垂直方向上相对位置固定，通过此方式来实现对各元器件的结构稳定性。优选的，各元器件的上端截面积小于下端截面积，定位透孔的上端截面积小于下端截面积，这样能够进一步提高元器件的结构稳定性。

其中，支座8上还可以设有凸块81，前壳7上设有与凸块81相配合的凹槽72，凸块81与凹槽72配合，由此便可以更好地对散斑发射器2、近红外补光灯3、接近传感器6、RGB摄像头5和3D摄像头4进行固定，防止旋转、错位等安装误差，也防止了使用过程中出现松动等问题。

如图2所示，前壳7的四个角上可以设置有通孔，PCB板1上的四个角上也可以设置有通孔，前壳7、支座8与PCB板1配合完成对散斑发射器2、近红外补光灯3、接近传感器6、RGB摄像头5和3D摄像头4的固定。具体可以将各元器件装配在支座8上、并且将前壳7、装配有元器件的支座8和PCB板1的位置固定好以后，通过螺钉9将各元器件组装在一起，形成本实用新型的多模态人脸成像模块。

支座8一般由刚性较好的材料制成，如钢、铝合金、锌合金等。在 PCB板1的末端一般设置有连接器，连接器可以是任何形式的连接器，前壳7、支座8与连接器对应的位置形成接口12，用于传输数据。

下面介绍本实用新型的3D与2D多模人脸成像模块的工作原理：

当接近传感器感6应到用户进入预设工作范围内时，PCB板1上的控制模块10输出第一电平，控制散斑发射器2发出结构光图案，3D摄像头 4接收被人脸调制后的结构光图案，通过PCB板1上的处理器11对调制的结构光图案进行分析计算获取目标的深度图像，同时处理器11对采集的目标深度图像进行分析，当获取到清晰、完整的3D人脸图像时，控制模块10输出第二电平，控制近红外补光灯3开启，3D摄像头4采集近红外人脸图像。

综上，本实用新型的3D与2D多模人脸成像模块，体积小、结构稳定、散热性能好；能够同时采集3D人脸图像、近红外人脸图像、RGB人脸图像，复用一颗近红外摄像头，降低了设备成本。

另一方面，本实用新型提供一种电子设备，包括上述的3D与2D多模人脸成像模块，由于3D与2D多模人脸成像模块的结构与上相同，故此处不再赘述。

本实用新型的电子设备中，获取3D人脸图像和获取近红外人脸图像复用同一个摄像头，能够缩小设备体积，降低设备成本。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种3D与2D多模人脸成像模块，包括PCB板，其特征在于，所述PCB板上设有散斑发射器、近红外补光灯、3D摄像头和处理器，其中：

所述散斑发射器用于向空间中投射结构光图案；

所述3D摄像头为近红外摄像头，用于当所述散斑发射器工作时采集被待识别目标调制后的结构光图案，并用于当所述近红外补光灯工作时采集待识别目标的近红外人脸图像；

所述处理器的输入端连接所述3D摄像头的信号输出端，所述处理器用于对待识别目标调制后的结构光图案进行分析计算获取待识别目标的深度图像。

2.根据权利要求1所述的3D与2D多模人脸成像模块，其特征在于，所述PCB板上还设有控制模块，所述控制模块控制连接所述散斑发射器、近红外补光灯、3D摄像头和处理器。

3.根据权利要求2所述的3D与2D多模人脸成像模块，其特征在于，所述散斑发射器和3D摄像头之间的距离为30-50mm。

4.根据权利要求2所述的3D与2D多模人脸成像模块，其特征在于，所述散斑发射器为两个且分别位于所述3D摄像头的两侧，两个散斑发射器与所述3D摄像头之间的距离不同。

5.根据权利要求2所述的3D与2D多模人脸成像模块，其特征在于，所述PCB板上还设有RGB摄像头，所述控制模块控制连接所述RGB摄像头。

6.根据权利要求5所述的3D与2D多模人脸成像模块，其特征在于，所述RGB摄像头和3D摄像头之间的距离为1-10mm。

7.根据权利要求5所述的3D与2D多模人脸成像模块，其特征在于，所述PCB板上还设有接近传感器，所述接近传感器用于当待识别目标位于所述多模人脸成像模块的预设范围内时向所述控制模块输出触发信号。

8.根据权利要求7所述的3D与2D多模人脸成像模块，其特征在于，所述PCB板上设有前壳，所述前壳上设有用于使所述散斑发射器、近红外补光灯、接近传感器、RGB摄像头和3D摄像头露出的安装透孔，所述前壳上还设有散热结构。

9.根据权利要求8所述的3D与2D多模人脸成像模块，其特征在于，所述PCB板和前壳之间设有支座，所述支座上设有用于使所述散斑发射器、近红外补光灯、接近传感器、RGB摄像头和3D摄像头穿过的定位透孔；所述支座上设有凸块，所述前壳上设有与所述凸块相配合的凹槽；所述PCB板、支座和前壳通过位于角部的螺钉固定连接。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一所述的3D与2D多模人脸成像模块。

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