[发明专利]一种近红外条件下人脸图像采集系统的曝光控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理和图像采集中的曝光控制技术，具体是一种近红外条件下人脸图像采集系统的曝光控制方法。

背景技术

基于人脸图像的各种生物识别系统利用结合机器视觉技术，通过计算机模拟人的视觉功能和图像分析理解能力，从人脸图像中提取所需特征信息，可以完成对人的身份识别以及疲劳状态检测等方面的工作。虽然相关研究已经得到长足的发展，但大多数还只是停留在实验室验证阶段，其中一个重要的制约因素是在实际使用环境中图像质量的退化导致系统准确率下降。在实际应用环境中光照的变化、光照不均匀、相对运动等都会造成人脸图像的亮度失真或者运动模糊退化，对退化后的低质量图像进行处理，往往会使生物识别系统输出错误的结果，降低生物识别系统在实际使用时的准确率，使生物识别系统失去实用价值。

图像采集是基于人脸图像的生物识别系统工作流程的第一个步骤，是决定图像质量的关键环节，同时优秀的图像采集系统应该能抵御外界环境各种复杂多变的干扰因素，为生物识别系统中的图像分析处理提供质量满足处理要求的图像，保证生物识别系统的正常运作。

图像采集系统的设计分为硬件平台设计和参数控制方法设计，二者共同决定图像采集系统的性能。为了提取更加稳定的人脸图像，目前大多数人脸图像采集系统都采用了近红外波段，通过添加红外光源以及红外滤光片，在近红外条件下拍摄人脸图像，可以有效减少外部可见光的干扰。图像采集系统的参数控制是为了应对工作中各种环境因素的变化进行调节，从而更加稳定地获取高质量图像。在近红外条件下的人脸图像采集系统中曝光控制是参数控制中最为关键的一环，曝光控制主要是对曝光时间以及增益系数两个参数进行调节，针对在近红外条件下的人脸采集系统，不需要考虑室内可见灯光因交流电产生的闪烁对人脸图像的影响，曝光时间设置的自由度更大，所以对曝光时间以及增益系数进行更加智能的控制，可以更加有效地提高所采集的人脸图像质量。

目前的曝光控制方法普遍把整体图像亮度控制在某个设定值，在人脸图像采集中，人脸才是图像中重要的信息区域，而对整张图像进行处理的曝光控制方法，在强背光等特殊场景下会使主体信息丢失。因此结合人脸图像亮度评价，根据人脸最佳亮度值进行曝光控制，可以获取亮度最佳的人脸图像。此外，目前的曝光控制只以图像亮度作为考虑因素，忽视了曝光控制参数与运动模糊、噪声等图像退化之间的关系，如曝光时间过长会增加图像的运动模糊程度。为了降低所获取图像的退化程度，减少图像退化对图像分析处理的影响，曝光控制方法还应该充分结合曝光参数与图像退化之间的关系来进行研究和设计。

发明内容

本发明的目的是克服现有人脸图像采集系统曝光控制方法的缺陷，通过设计一种结合人脸图像信息熵和人脸图像运动模糊尺度的曝光控制方法，有效地克服人脸图像采集系统由于光照变化和运动模糊造成的图像退化现象，提高所采集人脸图像的质量，保证人脸图像处理分析的稳定性和准确性。

一种近红外条件下人脸图像采集系统的曝光控制方法，其特征在于包括以下步骤：（1）以人脸图像信息熵作为人脸图像最佳亮度的评判值，通过寻找人脸图像信息熵最大值确定人脸图像最佳亮度对应的曝光时间；（2）结合倒频谱和人脸帧间移动距离进行人脸图像运动模糊尺度估计；（3）根据人脸运动模糊尺度对所述曝光时间进行调整；所述步骤（1）和步骤（2）的先后顺序能互换。

上述方法中，其特征在于步骤（1）具体包括：在人脸图像采集系统启动进行第一次曝光调整的阶段以设定步长T_st逐步增加曝光时间直到人脸图像信息熵达到最大值；确定人脸图像信息熵最大值后，计算当前帧人脸图像信息熵，若当前帧人脸图像信息熵与所述人脸图像信息熵最大值的比值低于设定阈值R_ie时，计算人脸图像灰度均值，根据所述人脸图像信息熵最大值时的人脸图像灰度均值与当前人脸图像的灰度均值比例调整曝光时间，并进入微调状态重新寻找使人脸图像信息熵最大的曝光时间。