CN105389572A - 一种人脸和身份证识别一体机及自动调整亮度的补光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人脸和身份证识别一体机及自动调整亮度的补光方法，其解决了现有人脸和身份证识别一体机由于补光灯的亮度无法自动调整而导致识别不准确的技术问题，其包括主控模块、电源模块、显示屏、身份证阅读器、天线和摄像头，显示屏、电源模块、身份证阅读器和摄像头分别与主控模块连接，天线与身份证阅读器连接，还包括补光模块，补光模块与主控模块连接。本发明广泛用于人脸和身份证识别一体机。

Description

一种人脸和身份证识别一体机及自动调整亮度的补光方法

技术领域

本发明涉及一种识别装置和补光方法，尤其是涉及一种人脸和身份证识别一体机及自动调整亮度的补光方法。

背景技术

在现有的人脸和身份证识别一体机中，当对人脸进行拍照时，补光灯可提供必要的光照，但是其亮度一般为固定值，无法根据环境的明暗进行自动调整，拍出的人脸照片可能存在太暗或太亮的情况，造成识别判断缓慢、误识率高，不利于人脸识别算法的实现。

发明内容

本发明就是为了解决现有人脸和身份证识别一体机由于补光灯的亮度无法自动调整而导致识别不准确的技术问题，提供了一种可自动调节补光亮度的人脸和身份证识别一体机及自动调整亮度的补光方法。

本发明提供的人脸和身份证识别一体机，包括主控模块、电源模块、显示屏、身份证阅读器、天线和摄像头，显示屏、电源模块、身份证阅读器和摄像头分别与主控模块连接，天线与所述身份证阅读器连接，还包括补光模块，补光模块与主控模块连接。

优选地，补光模块包括限流模块、LED阵列和电源芯片，限流模块与主控模块连接，电源芯片与主控模块连接，LED阵列与限流模块连接，电源芯片与LED阵列连接，电源模块与电源芯片连接。

优选地，限流模块设有限流电阻。

优选地，限流电阻为数字电位器，数字电位器设有引脚EN、引脚U/D和引脚INC；主控模块设有IO1口、IO2口、IO3口和IO4口，电源芯片设有使能引脚，电源芯片的使能引脚与主控模块的IO1口连接，主控模块的IO2、IO3和IO4口分别与数字电位器的引脚EN、引脚U/D和引脚INC连接。

本发明还提供一种自动调整亮度的补光方法，包括以下步骤：

步骤1，摄像头采集到彩色图像后将彩色图像传送给主控模块，主控模块将采集到的彩色图像的亮度信息提取出来，即将图像从RGB颜色模型转换到YC_bC_r颜色模型，转换算法为：

$\left[\begin{array}{c}y\\ C_b\\ C_r\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0.2990& 0.5870& 0.1140& 0\\ -0.1687& -0.3313& 0.5000& 128\\ 0.5000& -0.4187& -0.0813& 128\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\\ 1\end{array}\right]$

提取出其中的亮度分量Y就得到所要的亮度图像信息；

步骤2，计算亮度图像的累积直方图t_k，其中，n表示亮度图像中所有像素的个数，n_j表示亮度图像中灰度值等于i的像素个数；k表示灰度级，取值为0～255；定义一个亮度参数α，当t₅₅≥15％时，α值等于1，否则α值等于0；

步骤3，计算图像平均亮度s，其中，i表示灰度值，即在亮度图像中表示亮度值，n_i表示灰度值等于i的像素个数；定义另一个亮度参数β，当s≤55时，β值等于1，否则β值等于0；

步骤4，通过decision算法进行判定：

decision＝nα+mβ

其中，m+n＝1，如果decision的值位于0.4至1之间，主控模块控制补光模块工作发光；如果decision的值小于0.4，主控模块不向补光模块发出工作指令。

优选地，步骤4中的m＝0.6，n＝0.4。

本发明还提供一种自动调整亮度的补光方法，应用于人脸和身份证识别一体机，人脸和身份证识别一体机包括主控模块、电源模块、显示屏、身份证阅读器、天线、摄像头和补光模块，所述显示屏、电源模块、身份证阅读器、摄像头和补光模块分别与主控模块连接，天线与身份证阅读器连接；

补光方法包括以下步骤：

步骤1，摄像头采集到彩色图像后将彩色图像传送给主控模块，主控模块将采集到的彩色图像的亮度信息提取出来，即将图像从RGB颜色模型转换到YC_bC_r颜色模型，转换算法为：

$\left[\begin{array}{c}y\\ C_b\\ C_r\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0.2990& 0.5870& 0.1140& 0\\ -0.1687& -0.3313& 0.5000& 128\\ 0.5000& -0.4187& -0.0813& 128\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\\ 1\end{array}\right]$

提取出其中的亮度分量Y就得到所要的亮度图像信息；

步骤2，计算亮度图像的累积直方图t_k，其中，n表示亮度图像中所有像素的个数，n_i表示亮度图像中灰度值等于i的像素个数；k表示灰度级，取值为0～255；定义一个亮度参数α，当t₅₅≥15％时，α值等于1，否则α值等于0；

步骤3，计算图像平均亮度s，其中，i表示灰度值，即在亮度图像中表示亮度值，n_i表示灰度值等于i的像素个数；定义另一个亮度参数β，当s≤55时，β值等于1，否则β值等于0；

步骤4，通过decision算法进行判定：

decision＝nα+mβ

其中，m+n＝1，如果decision的值位于0.4至1之间，主控模块控制补光模块工作发光；如果decision的值小于0.4，主控模块不向补光模块发出工作指令。

优选地，步骤4中的m＝0.6，n＝0.4。

本发明的有益效果是，可感应环境亮度，自动调整补光灯的光照强度，为摄像头拍照提供最佳的亮度，使摄像头拍得的照片亮度合适、光照均匀，可以大大提高人脸识别的准确性，使应用场合适应性强。

本发明进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是限流模块为数字电位器时的结构示意图。

10.主控模块；20.补光模块；21.限流模块；22.LED阵列；23.电源芯片；30.电源模块；40.显示屏；50.身份证阅读器；60.天线；70.摄像头；80.拍照调节件。

具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，补光模块20包括限流模块21、LED阵列22和电源芯片23，限流模块21与主控模块10连接，电源芯片23与主控模块10连接，LED阵列22与限流模块21连接，电源芯片23与LED阵列22连接。显示屏40与主控模块10连接，电源模块30的输出端分别与主控模块10、电源芯片23和显示屏40连接。身份证阅读器50与主控模块10连接，天线60与身份证阅读器50连接。摄像头70与主控模块10连接，拍照调节件80与摄像头70连接。

LED阵列22由发射光谱范围在可见光区域的LED元件组成，限流模块21可以采用限流电阻。

主控模块10为工业级控制主板，带有USB通信接口和GPIO等接口，可外接显示屏、摄像头、补光灯、身份证阅读器、USBHUB、音箱、键盘、鼠标等设备，可通过接口控制外部设备。

身份证阅读器50采用公安部统一发放的模块，可读取身份证中的相关信息(包括身份证号、照片、性别、年龄、住址等)，上报给主控模块10，假证信息无法提取。天线60安装于人脸和身份证识别一体机表面，用于发射射频信号和接收身份证电子标签返回信息。

摄像头70安装至设备中可调节高度和角度的固定件上，通过调节高度和角度，使摄像头能够拍摄到绝大部分刷卡人员的完整正脸照片，摄像头70抓拍照片传至主控模块10，摄像头70的开启和抓拍动作受主控模块10的控制。

如图2所示，补光模块20位于摄像头70旁边，为拍照提供必要的光照。限流模块21可以采用数字电位器。电源芯片23的使能引脚受主控模块10的IO1口控制，当该IO1口电平置高时，电源芯片23工作，输出电压Vout，以实现LED阵列22的亮灭。数字电位器的阻值受主控模块10的IO2、IO3、IO4口控制，主控模块10的IO2、IO3、IO4口分别控制数字电位器的使能引脚EN、选择阻值增加或减小方向的引脚U/D、阻值单次调节步进值的引脚INC，在供电电压不变的情况下，数字电位器的阻值增大则电流变小、LED阵列22亮度变暗，阻值减小则电流变大、LED阵列22亮度变亮。

显示屏40可以为触摸显示屏，具有触摸功能，提供良好的人机交互界面，以实现对整个装置的操作。

电源模块30用于将交流电转变为直流电，为部件和模块提供电源。

拍照调节件80可根据实际使用场景，调整摄像头的高度和倾斜角度，使摄像头能够拍摄到绝大部分刷卡人员的完整正脸照片。

下面描述工作过程：

持卡人在天线60处刷身份证，天线感应到身份证电子标签并将身份证信息传递至身份证阅读器50，身份证阅读器50将身份证信息(包括身份证号、照片、性别、年龄、住址等)上报给主控模块10，假证信息无法提取。主控模块10保存身份证信息，同时控制开启摄像头70进行人脸抓拍。主控模块10根据摄像头70采集的图像信息判断环境亮度，从而控制补光模块20开启进行补光。

摄像头70拍得的人脸正面彩色照片传送至主控模块10，主控模块10推断是否为同一人。主控模块10将推断结果传至上位机或后台，上位机根据结果控制闸机和报警灯等设备的动作。

主控模块10接收到摄像头70传送的彩色图像后，主控模块10内运行的软件可根据摄像头70传送的实时图像来判断亮度情况，过程如下：

步骤1，将采集到的彩色图像的亮度信息提取出来，即将图像从RGB颜色模型转换到YC_bC_r颜色模型，转换算法为：

$\left[\begin{array}{c}Y\\ C_b\\ C_r\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0.2990& 0.5870& 0.1140& 0\\ -0.1687& -0.3313& 0.5000& 128\\ 0.5000& -0.4187& -0.0813& 128\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\\ 1\end{array}\right]$

提取出其中的亮度分量Y就得到所要的亮度图像信息。

步骤2，计算亮度图像的累积直方图t_k，其中，n表示亮度图像中所有像素的个数，n_i表示亮度图像中灰度值等于i的像素个数。k表示灰度级，取值为0～255。当t₅₅≥15％时，图像中15％甚至更多的像素亮度值低于55，这种情况表示拍摄环境很暗，所以此时定义一个亮度参数α并令其值等于1，否则令α值等于0。

步骤3，计算图像平均亮度s，其中i表示灰度值，即在亮度图像中表示亮度值，n_i表示灰度值等于i的像素个数。当s≤55时，表示图像中像素的平均亮度在55以下，可以认为此时的拍摄环境比较暗，所以定义另一个亮度参数β并令其值等于1，否则令β值等于0。

步骤4，综合考虑亮度图像的累积直方图和平均亮度值，最终决定是否控制补光模块20提供光源，通过decision算法进行判定：

decision＝nα+mβ

其中，m+n＝1，通常，m＝0.6，n＝0.4。如果decision的值位于0.4至1之间，说明所拍实景亮度不足，主控模块10的IO1口电平置高，控制电源芯片23开启，主控模块10的IO2口电平置高，数字电位器工作，主控模块10的IO3口控制数字电位器的阻值的变化方向为变小，主控模块10的IO4口按照设定的步进值调整1次数字电位器的阻值，调整后的LED阵列32亮度若满足要求，则摄像头70进行拍照，若亮度不满足要求，则主控模块10的IO4口继续调整数字电位器的阻值，直至亮度满足要求。

如果decision的值小于0.4，说明所拍实景亮度足够，则主控模块10的IO1口电平置低，电源芯片23不工作，主控模块10的IO2口电平置低，数字电位器不工作。

以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种人脸和身份证识别一体机，包括主控模块、电源模块、显示屏、身份证阅读器、天线和摄像头，所述显示屏、电源模块、身份证阅读器和摄像头分别与所述主控模块连接，所述天线与所述身份证阅读器连接，其特征在于，还包括补光模块，所述补光模块与所述主控模块连接。

2.根据权利要求1所述的人脸和身份证识别一体机，其特征在于，所述补光模块包括限流模块、LED阵列和电源芯片，所述限流模块与所述主控模块连接，所述电源芯片与所述主控模块连接，所述LED阵列与所述限流模块连接，所述电源芯片与所述LED阵列连接，所述电源模块与所述电源芯片连接。

3.根据权利要求2所述的人脸和身份证识别一体机，其特征在于，所述限流模块设有限流电阻。

4.根据权利要求3所述的人脸和身份证识别一体机，其特征在于所述限流电阻为数字电位器，所述数字电位器设有引脚EN、引脚U/D和引脚INC；所述主控模块设有IO1口、IO2口、IO3口和IO4口，所述电源芯片设有使能引脚，所述电源芯片的使能引脚与所述主控模块的IO1口连接，所述主控模块的IO2、IO3和IO4口分别与所述数字电位器的引脚EN、引脚U/D和引脚INC连接。

5.一种自动调整亮度的补光方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1，摄像头采集到彩色图像后将彩色图像传送给主控模块，主控模块将采集到的彩色图像的亮度信息提取出来，即将图像从RGB颜色模型转换到YC_bC_r颜色模型，转换算法为：

$\left[\begin{array}{c}Y\\ C_b\\ C_r\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0.2990& 0.5870& 0.1140& 0\\ -0.1687& -0.3313& 0.5000& 128\\ 0.5000& -0.4187& -0.0813& 128\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\\ 1\end{array}\right]$

提取出其中的亮度分量Y就得到所要的亮度图像信息；

步骤2，计算亮度图像的累积直方图t_k，其中，n表示亮度图像中所有像素的个数，n_i表示亮度图像中灰度值等于i的像素个数；k表示灰度级，取值为0～255；定义一个亮度参数α，当t₅₅≥15％时，α值等于1，否则α值等于0；

步骤3，计算图像平均亮度s，其中，i表示灰度值，即在亮度图像中表示亮度值，n_i表示灰度值等于i的像素个数；定义另一个亮度参数β，当s≤55时，β值等于1，否则β值等于0；

步骤4，通过decision算法进行判定：

decision＝nα+mβ

其中，m+n＝1，如果decision的值位于0.4至1之间，主控模块控制补光模块工作发光；如果decision的值小于0.4，主控模块不向补光模块发出工作指令。

6.根据权利要求5所述的补光方法，其特征在于，所述步骤4中的m＝0.6，n＝0.4。

7.一种自动调整亮度的补光方法，其特征是，应用于人脸和身份证识别一体机，所述人脸和身份证识别一体机包括主控模块、电源模块、显示屏、身份证阅读器、天线、摄像头和补光模块，所述显示屏、电源模块、身份证阅读器、摄像头和补光模块分别与所述主控模块连接，所述天线与所述身份证阅读器连接；

所述补光方法包括以下步骤：

步骤1，摄像头采集到彩色图像后将彩色图像传送给主控模块，主控模块将采集到的彩色图像的亮度信息提取出来，即将图像从RGB颜色模型转换到YC_bC_r颜色模型，转换算法为：

$\left[\begin{array}{c}Y\\ C_b\\ C_r\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0.2990& 0.5870& 0.1140& 0\\ -0.1687& -0.3313& 0.5000& 128\\ 0.5000& -0.4187& -0.0813& 128\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\\ 1\end{array}\right]$

提取出其中的亮度分量Y就得到所要的亮度图像信息；

步骤2，计算亮度图像的累积直方图t_k，其中，n表示亮度图像中所有像素的个数，n_i表示亮度图像中灰度值等于i的像素个数；k表示灰度级，取值为0～255；定义一个亮度参数α，当t₅₅≥15%时，α值等于1，否则α值等于0；

步骤3，计算图像平均亮度s，其中，i表示灰度值，即在亮度图像中表示亮度值，n_i表示灰度值等于i的像素个数；定义另一个亮度参数β，当s≤55时，β值等于1，否则β值等于0；

步骤4，通过decision算法进行判定：

decision=nα+mβ

其中，m+n＝1，如果decision的值位于0.4至1之间，主控模块控制补光模块工作发光；如果decision的值小于0.4，主控模块不向补光模块发出工作指令。

8.根据权利要求7所述的补光方法，其特征在于，所述步骤4中的m＝0.6，n＝0.4。