[发明专利]一种用多色图像传感器的背景消除装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像传感设备和图像采集和模式识别技术领域，特别是一种利用半导体的多色图像传感器和用它进行图像采集和模式识别的技术领域。

背景技术

司机睡意，司机分心，司机疲劳是在造成交通事故的最重大的因素。这些因素造成对交通安全的主要威胁，并且随着车辆数目的增长和车内外牵制司机的注意分心因素逐渐增长，这个问题逐渐恶化。所以，司机检测系统受到了研究人员的注意。面孔鉴定，识别和面部表情和司机行为分析是被用于监测司机状态的主要技术。在对人面信息的分析之前，必须先从复杂的背景里检查和定位人脸。司机监控系统在最近几十年受到了研究人员的关注，面孔定位和面孔检测是一个必要的处理过程。只有定位面孔后才能进行进一步面部表情，眨眼次数等检测。但是考虑到背景和光照条件的复杂和变化，人脸定位并不容易。人们提出了各种各样的解决方案。例如因为眼睛是在人脸中最突出和最稳定的特点，眼睛的定位经常是人脸定位的重要的步骤，并且在某些情况下面孔定位由眼睛定位替代。背景消除是确定不是人脸的区域，缩小人脸搜索的范围，使面孔定位更加快速和更加可靠的一个重要阶段。

关于面孔和眼睛检测和跟踪的工作可以被分类入二个类别：被动式图像分析方法和主动红外线辅助方法，前者根据模式识别的原理从图象中找出眼睛或面孔，这些技术可以大致被分类入二个类别：整体特征法和局部特征法。在整体特征法中，整体面孔图象由唯一的特征向量来表示，它常用Eigenfaces、线性分类分析、有差别共同向量、贝叶斯分类等判别方法。然而，整体特征对目标物的位移、转动、大小、变形和遮挡等很敏感，同时计算机运算量很大。要克服这些问题，可加入一些预处理，例如重新排列和正常化面孔，但这时也可能产生负面作用，并且计算量额外增加。到目前为止以局部特征法更为有效，它是找出目标物的某个特点，例如眼睛、嘴和鼻子，从而实现一个基于局部特征的分类判别。然而，由于标的物的尺寸、位置、方向和姿势的可变性，从图象或录影中实现脸部定位或脸部检测侦查是一项富有挑战性的任务。此外，面部表情的变化，障碍物的存在，以及光照条件的变化也改变面孔的图像，并且使检测过程更加困难。通常对目标图象实施穷举搜索法，从左到右、从上到下逐步运算。同时考虑面孔的大小和照明条件的变化，计算时间将无法承受的长，尤其对于实时便携式移动系统而言，而大多数汽车视觉系统是这种情况。

主动红外线辅助方法，这种方法使用一台照相机摄取二个连贯的司机的图象，这两图像分别在不同红外线照明条件下摄取。第一个图象在850毫微米红外光照条件下获取，由于视网膜的反射特性，司机的瞳孔在这个波段的红外照射下会闪光。第二个图象在950毫微米红外光照条件下获取，司机的瞳孔在这个波段的红外照射下不会闪光。红外线光源与图像传感器将同步，并且每间隔一个帧光源打开。除了瞳孔的亮度外，这两个图象是相同的。通过计算这两个图象区别我们可以得到第三个区别图象。因为在两幅图像的眼睛部位亮度的不同，司机的眼睛在这个第三个图象中轻松找到。

对这个主动式红外线方法的一个缺点是即使红外光源与图像摄取很好同步，目标对象或照相机的移动将很大地降低整体背景消除效果和眼睛的定位精度。由于距离前景对象比背景接近，脉冲红外线光源有对前景的物体有更大的影响。在连续两帧图像中，前景对象的区别高于那其他部分。经过阈值化处理后，标的物背景图像信息将被淡化。但由于二幅图像是在不同的时间里摄取，不可避免地在区别图象中将有行动模糊，当照相机本身也在移动时运动模糊的现象将更为严重。虽然高的帧频可能减缓运动模糊，但是由于当前技术条件的限制，帧速率不可能无限提高，同时过高的帧频率也会有功率消耗过大等问题。

美国专利《一个近红外光照下头部跟踪及彩色录像采集的系统及相关方法》(专利申请号20020118861)，这里公布的技术是：发射近红外光的显像管安放在一个背投的周围，这个本地用户的头部被这个均匀发光的背投屏幕照亮。这个本地用户的头部的近红外图像由一个安装红外滤波器的近红外照相机拍得，这个滤波器可以把被照亮的前景和背景分开。本地用户的头部的彩色图像和远端位置的投影由一个彩色摄像机摄取，这个彩色摄像机和红外摄像机放得很近。在近红外的图像中本地用户的头部划上一个方框。同时在彩色图像中找到这个这个方框的对应位置。同时彩色图像的响应位置被剪辑下来。剪下的彩色图像同时被传送到远端。

美国专利《车辆的夜视系统》(美国专利申请号20020067413)是介绍在弱光条件下一个汽车夜视系统和控制方法；因此，目前在视觉图像测量与模式识别技术领域，都急需一种结构简单、通用性好、功耗小、避免运动模糊和退避运动伪影、分析和计算量小的图像背景消除装置和使用方法。