一种超声波人脸识别方法和识别装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超声波人脸识别方法和识别装置。所述识别方法包括，１）向待识别目标发射超声波信号；２）采集回波信号，对回波信号提取特征向量；３）根据步骤２）中得到的特征向量，在已建成的超声人脸信息数据库中进行身份识别对比，得出识别结果。所述识别装置包括超声波发声器，超声波接收器，特征提取模块，超声人脸信息数据库和身份识别模块。本发明专利技术的主要优点是：可以得到很高的空间分辨率，能够提取丰富的面部信息；能够减小背景对人脸识别的影响；可以将３Ｄ模型与人脸区分开；可以克服照片、视频的欺骗；数据量减小，能够提高识别速度；具有较高的识别率；所需的超声波人脸数据库具有数据量小的特点，方便建立大规模超声波人脸数据库。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模式识别
，具体地说，本专利技术特别涉及一种基于 模式识别的人脸识别方法和识别装置。
技术介绍
人脸识别装置是利用人脸的特征信息进行身份鉴別的电子及机械部 件所组成的装置。目前常用的人脸识别技术是基于人脸的面部特征，对输 入的人脸图像或者视频流，首先判断是否存在人脸，如果存在，则进一步 给出每个脸的位置、大小和各个主要面部器官的位置信息。并根据这些信 息，进一步提取每个人脸中所蕴含的身份特征，并将其与已知的人脸进行 对比，从而识别每个人脸的身份。然而有多个因素影响常用的人脸识别技术的性能，例如背景和头发； 人脸在图象平面内的平移、缩放、旋转；人脸在图象平面外的偏转和俯仰； 光源位置和强度的变化；年龄的变化；表情的变化；附着物(眼镜、胡须) 的影响；照相机的变化。此外，通过照片、视频、3D模型等手段欺骗人 脸识别系统引擎的企图， 一直是人脸识别系统的弱点。随着科技的发展， 一 些新的方法在 一定程度上对上面的问题进行了弥 补，例如基于近红外的技术在一定程度上弥补了光源位置和强度的变化， 然而这种系统需要特殊的红外传感器，进而增加了成本。这种方法采集到 的是近红外人脸图片或视频流，同样也存在常用人脸识别技术所面临的其 他问题。为了克服姿态变化、位置变化、表情变化的影响，提出了三维人脸识 别系统，这种方法在一定程度上能緩解上述问题带来的压力，然而从单一 未知光源条件的图像中恢复3D形状信息和表面反射率是经典的视觉难 题，本质上是一个病态的问题，建立三维人脸模型需要采用特殊的装置， 例如激光扫描仪等，成本高，在很大程度上限制了这种方法的推广。综上所述，现在的人脸识别装置存在着很多困难，因此人们期待一种新的人脸识别方法或手段来解决给目前的难题，为人脸识别注入活力。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，将超声波技术与模式识别技术 相结合，提出一种正确率高、与背景独立，不会被照片或视频欺骗、能较好的辨别3D模型且数据量小的基于模式识别的超声波人脸识别方法和识 别装置。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的超声波人脸识别方法包括如下步 骤(参考图7):1 )向待识别目标发射超声波信号；2) 采集回波信号，对回波信号提取特征向量；3) 根据步骤2)中得到的特征向量，利用模式分类器或神经网络分类 器在已建成的超声人脸信息数据库中进行身份识别对比，得出识别结果。上述技术方案中，所述步骤3)中，所述超声人脸信息数据库的建立 方法ip下3a)采集注册会员的基本信息；3b)向注册会员的脸部发射超声波信号；3c)采集回波信号，对回波信号提取特征向量；3d)将提取出的特征向量与所述注册会员的基本信息相结合并建立索引；3e)不断重复步骤3a)到步骤3d)，形成超声人脸信息数据库。 上述技术方案中，所述步骤1)或/和步骤3b)中，所述超声波信号是 扫频信号。上述技术方案中，所述步骤1)或/和步骤3b)中，可以从多个不同的 方向向待识别目标发射超声波信号。上述技术方案中，所述步骤2)或/和步骤3c)中，在采集到回波信号 后，对回波信号信号进行预处理，所述预处理依次包括信号截取步骤和信 号压缩步骤，然后再对压缩后的信号进行特征向量提取。上述技术方案中，信号压缩步骤可以通过匹配滤波的方式实现，也可 以通过将发射信号与回波信号混频并作傅立叶变换实现。上述技术方案中，所述步骤2)或/和步骤3c)中，所述提取特征向量 的方法包括选取时域包络、频域能量、信号经过离散余弦变换或小波变换后的系数、信号经解调后的时域包络或频域能量或倒谱系数或用现代谱 估计得到的系数或小波变换后的系数、压缩后的信号，然后从上述一系列 信号特征中提取部分或全部特征作为特征向量。上述技术方案中，所述步骤3)中，所述;f莫式分类器可以采用Bias、 GMM、 HMM或SVM4莫式分类器；所述神经网络分类器可以采用BP、 RBF或SOM神经网络分类器。上述技术方案中，在所述步骤1)或/和步骤3b)执行前，还需要预先 设定一个参考点，所述待识别目标或/和注册会员在所述参考点处接受超声 波照射。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的超声波人脸识别装置包括一种超声波人脸识别装置，包括超声波发声器，用于发射超声波信号；超声波接收器，用于接收回波信号；特征提取模块，用于对回波信号提取特征向量；超声人脸信息数椐库，用于存储注册会员的基本信息以及预先获得的 超声回波信号的特征向量；身份识別模块，用于对超声回波信号的特征向量进行比对分析，得出 识别结果。与现有技术相比，本专利技术的优点在于-.A. 本专利技术采用宽带的线性扫频信号，通过信号压缩，可以得到很高 的空间分辨率，能够提取丰富的面部信息；B. 利用周围反射物与传声器之间的距离一般不同于人脸与传声器 之间的距离的特点，运用数字信号处理的方法可以容易的将背景回波同人 脸回波分离开，从而减小背景对人脸识别的影响；C. 利用超声波对不同材质的反射效应不同特点(因3D模型的材质 与人脸的材质不同，使得回波的频率成分不同)，可以将3D模型与人脸区 分开；D. 利用超声回波是由人脸不同部位反射回波共同组成的特点，可以 克服照片、视频的欺骗，从而克服了目前人脸识别技术中存在的一大难题；E. 超声回波被采集之后，经过一系列的简单处理，得到一维数据，从中选取有效部分作为最终识别的特征。与传统的人脸识别中的二维图像 数据相比，具有非常明显的数据量小，特征容易提取的优势，因此使的识别速度的提高成为可能(普通120*120的二维图像的数据量为14400bit; 本专利中若釆用单发单收，数据量约为160bit，若采用单发双收约为240bit, 若采用双发双收为约480bit);F. 本专利技术采用多个超声波发声器和多个超声波接收器从不同角度 发射和接收超声波的方式，可以在一定程度上解决人脸表情、姿态等的变 化对人脸识别影响的问题，具有较高的识别率；G. 本专利技术所建立的超声波人脸数据库具有数据量小的特点(如采 用单发单收方式，采集IOO个不同姿态的数据，约为16kbit/人)，方便建 立大规模超声波人脸数据库。附图说明图1表示基于模式识别的超声波人脸识别装置的结构框图； 图2表示回波处理单元结构示意图；图3表示本专利技术一实施例的超声波发声器及传感器位置分布示意图；图4表示本专利技术 一实施例中经过滤波和截取的回声信号示意图；图5表示本专利技术一实施例中经信号压缩得到的回波强度与距离关系图；图6表示本专利技术一实施例中经信号压缩得到的回波强度与距离关系图 的局部示意图；图7是本专利技术的超声波人脸识别方法的流程图。具体实施方式本专利技术的基本构思是利用超声波对人脸进行识别。这是由于超声波具 有识别3D物体的性能，同时，超声波对不同材质的反射效应不同。而人 脸有凸凹面，类似于3D,且人脸的皮肤有通性也有异性，通性在于均为 人类的皮肤，异性在于不同人之间皮肤的细膩程度、弹性等不同。因此可 以利用人脸的类3D性及人脸之间皮肤的不同来区分不同的人脸。同时也 可以用人脸的通性将人脸与3D模型区分开来。超声波传播过程中遇到人脸反射产生回波。此回波携带着人脸的特征信息，其中回波的强度反映反射面的大小，回波相对入射波的时延反映反 射面与声源之间的距离。同时回波中还包含人脸皮肤的信息。超声波人脸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波人脸识别方法，包括如下步骤：　１）向待识别目标发射超声波信号；　２）采集回波信号，对回波信号提取特征向量；　３）根据步骤２）中得到的特征向量，在已建成的超声人脸信息数据库中进行身份识别对比，得出识别结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，苗振伟，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：11[]