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基于光谱分析的活体检测系统

阅读：1024发布：2020-05-21

专利汇可以提供基于光谱分析的活体检测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种基于光谱分析的活体检测系统，其包括：850nm 激光器，1400nm激光器，聚光透镜，准直透镜，中性分束镜，1400nm窄带滤光片，第一光电二极管，850nm窄带滤光片，第二光电二极管和PLC 单片机。聚光透镜、准直透镜和中性分束镜呈一直线排布构成输入光路；通过采集人体脸部辐射的反射光波在中性分束镜处输出强度相同的第一光束和第二光束；1400nm窄带滤光片和第一光电二极管位于第一光束的光路上；850nm窄带滤光片和第二光电二极管位于第二光束的光路上；PLC单片机分别连接第一光电二极管和第二光电二极管，读取第一光电二极管和第二光电二极管输出的光强度。本实用新型无需引入光谱分析仪或动作捕捉设备，可以有效防止佩戴面具对活体检测的欺骗。，下面是基于光谱分析的活体检测系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于光谱分析的活体检测系统，其特征在于，包括：850nm 激光器(1)，1400nm激光器(2)，聚光透镜(3)，准直透镜(5)，中性分束镜(6)，1400nm窄带滤光片(71)，第一光电二极管(72)，850nm窄带滤光片(81)，第二光电二极管(82)，PLC单片机(9)；
所述850nm激光器(1)用于对人体脸部输出波长为850nm的第一检测光波；所述1400nm激光器(2)用于对人体脸部输出波长为1400nm的第二检测光波；所述聚光透镜(3)、准直透镜(5)和中性分束镜(6)呈一直线排布构成输入光路；所述聚光透镜(3)用于采集人体脸部辐射的反射光波、该反射光波经准直透镜(5)准直后到达中性分束镜(6)、在中性分束镜(6)处分成彼此垂直且强度相同的第一光束和第二光束；所述1400nm窄带滤光片(71)和第一光电二极管(72)位于第一光束的光路上、且1400nm窄带滤光片(71)位于第一光电二极管(72)和中性分束镜(6)之间；所述850nm窄带滤光片(81)和第二光电二极管(82)位于第二光束的光路上、且850nm窄带滤光片(81)位于第二光电二极管(82)和中性分束镜(6)之间；所述PLC单片机(9)分别连接第一光电二极管(72)和第二光电二极管(82)，用于读取第一光电二极管(72)和第二光电二极管(82)输出的光强度。
2.如权利要求1所述基于光谱分析的活体检测系统，其特征在于：还包括入射狭缝(4)，所述入射狭缝(4)位于聚光透镜(3)与准直透镜(5)之间。
3.如权利要求2所述基于光谱分析的活体检测系统，其特征在于：所述850nm激光器(1)输出的第一检测光波和1400nm激光器(2)输出的第二检测光波呈点状光斑形状。
4.如权利要求3所述基于光谱分析的活体检测系统，其特征在于：所述850nm激光器(1)输出的第一检测光波和1400nm激光器(2)输出的第二检测光波分别与所述输入光路呈锐角夹角。
5.如权利要求4所述基于光谱分析的活体检测系统，其特征在于：所述锐角夹角的取值范围为10-25°。

说明书全文

基于光谱分析的活体检测系统

技术领域

[0001] 本实用新型属于检测传感技术领域，尤其是涉及一种基于光谱分析的活体检测系统。

背景技术

[0002] 随着技术的进步，人脸识别技术被越来越多应用于日常生活。人脸活体检测技术是人脸识别系统的重要组成部分，通过区分摄像机前的物体是真人还是假体，可有效提升人脸识别系统的安全性。在现有的活体检测方法中：最常见的一种方式是基于面部轮廓凹凸特征的活体检测，通过使用结构光深度摄像头等能够分辨凹凸特征的摄像设备采集面部图像，然后将所采集到的图像输出至DSP以软件算法进行分析。这种检测方法无法区分人体脸部皮肤和面具，其检查结果容易因被检测人在脸部佩戴面具而出现误差。而为了克服上述问题，需要在设备中引入光谱分析仪对被检测物体的物质成分进行分析；或者引入语音、动作捕捉设备在采集面部图像基础上配合用户语音、动作实现活体检测。其中，光谱分析仪造价昂贵、体积庞大，很难集成到人脸识别系统中，其应用范围较窄。而引入语音、动作捕捉设备的检测方法需要进一步采用服务器或电脑进行比对运算。其同样存在设备体积臃肿、成本高、功耗大的问题，且需要被检测者做出各种配合才能完成检测，过程繁琐，用户体验差。因此如何开发出一种新型的活体检测装置，能够在无需引入光谱分析仪或动作捕捉设备的前提下实现对人体皮肤和面具的区分、有效防止佩戴面具对活体检测的欺骗，是本领域技术人员需要研究的方向。实用新型内容

[0003] 本实用新型的目的是提供一种基于光谱分析的活体检测装置，能够识别人体面部皮肤和面具，在人脸识别过程中有效防止佩戴面具的欺骗行为。

[0004] 其采用的技术方案如下：

[0005] 一种基于光谱分析的活体检测系统，其包括：850nm 激光器，1400nm激光器，聚光透镜，准直透镜，中性分束镜，1400nm窄带滤光片，第一光电二极管，850nm窄带滤光片，第二光电二极管，PLC单片机；所述850nm激光器用于对人体脸部输出波长为850nm的第一检测光波；所述1400nm激光器用于对人体脸部输出波长为1400nm的第二检测光波；所述聚光透镜、准直透镜和中性分束镜呈一直线排布构成输入光路；所述聚光透镜用于采集人体脸部辐射的反射光波、该反射光波经准直透镜准直后到达中性分束镜、在中性分束镜处分成彼此垂直且强度相同的第一光束和第二光束；所述1400nm窄带滤光片和第一光电二极管位于第一光束的光路上、且1400nm窄带滤光片位于第一光电二极管和中性分束镜之间；所述850nm窄带滤光片和第二光电二极管位于第二光束的光路上、且850nm窄带滤光片位于第二光电二极管和中性分束镜之间；所述PLC单片机分别连接第一光电二极管和第二光电二极管，用于读取第一光电二极管和第二光电二极管输出的光强度。

[0006] 通过采用这种技术方案：

[0007] 人体脸部在接收850nm波长的第一检测光波和1400nm波长的第二检测光波的照射下，产生同样波长的反射光波。聚光透镜采集该反射光波、经准直后到达中性分束镜、在中性分束镜处分成彼此垂直且强度相同的第一光束和第二光束；所述第一光束通过1400nm窄带滤光片，滤除1400nm以外的其他波长光线，并在第一光电二极管处形成和输出1400nm波长反射光的光强度；所述第二光束通过850nm窄带滤光片，滤除850nm以外的其他波长光线、并在第二光电二极管处形成和输出850nm波长反射光的光强度；利用人体皮肤在850nm波长光附近的反射率显著降低、在1400nm波长光附近的反射率显著升高的特点，以PLC单片机分别读取和比对第一光电二极管和第二光电二极管所输出的光强度数值，即可识别出产生反射波的是人体面部皮肤还是佩戴的面具。本方案无需使用分光器件，因此降低了检测器要求，控制方便。避开了普通光谱仪需要采集连续波长的光强度的功能要求、只需要检测850nm和1400nm波长的光强度，相对于普通光谱仪，结构简单，大大降低了零件成本，极大方便了后期生产组装。

[0008] 优选的是，上述基于光谱分析的活体检测系统中：还包括入射狭缝，所述入射狭缝位于聚光透镜与准直透镜之间。

[0009] 通过采用这种技术方案：以入射狭缝阻挡杂散光线、避免外界的杂散光线对检测结果形成干扰。

[0010] 更优选的是，上述基于光谱分析的活体检测系统中：所述850nm激光器输出的第一检测光波和1400nm激光器输出的第二检测光波皆呈大面积点状光斑的形状。

[0011] 通过采用这种技术方案：主要目的是抑制杂散光线的干扰，通过以大面积点状光斑的检测光波覆盖人脸全部面积，可避免单个大光斑造成某角度反射光严重的现象。同时，最大限度的覆盖人脸区域提高了有用信号的强度，在杂散光强度不变的情况下提高了信噪比。

[0012] 进一步优选的是，上述基于光谱分析的活体检测系统中：所述850nm激光器输出的第一检测光波和1400nm激光器输出的第二检测光波分别与所述输入光路呈锐角夹角。

[0013] 通过采用这种技术方案：两道检测光波分别与输入光路成锐角设置，且激光构成的检测光波具有较强的方向性，将聚光透镜所受到的激光光源的杂散光影响控制到最小。

[0014] 更进一步优选的是，上述基于光谱分析的活体检测系统中：所述锐角夹角的取值范围为10-25°

[0015] 与现有技术相比，本实用新型结构简单、易于实现，能够在无需引入光谱分析仪或动作捕捉设备的前提下实现对人体皮肤和面具的区分、有效防止佩戴面具对活体检测的欺骗。附图说明

[0016] 下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

[0017] 图1为实施例1的结构示意图；

[0018] 各附图标记与部件名称对应关系如下：

[0019] 1、850nm激光器；2、1400nm激光器；3、聚光透镜；4、入射狭缝；5、准直透镜；6、中性分束镜；71、1400nm窄带滤光片；72、第一光电二极管；81、850nm窄带滤光片；82、第二光电二极管；9、PLC单片机。

具体实施方式

[0020] 为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将结合各个实施例作进一步描述。

[0021] 如图1所示为实施例1，其技术方案如下：

[0022] 一种基于光谱分析的活体检测系统，其包括：850nm激光器1，1400nm激光器2，聚光透镜3，入射狭缝4，准直透镜5，中性分束镜6，1400nm窄带滤光片71，第一光电二极管72，850nm窄带滤光片81，第二光电二极管82，PLC单片机9；所述850nm激光器1通过投射透镜对人体脸部输出波长为850nm、形状呈大面积点状光斑的第一检测光波；所述1400nm激光器2用于对人体脸部输出波长为1400nm、形状呈大面积点状光斑的第二检测光波；所述聚光透镜3、入射狭缝4、准直透镜5和中性分束镜6呈一直线排布构成输入光路；该输入光路分别与第一检测光波、第二检测光波呈约10-25°的锐角夹角。

[0023] 所述聚光透镜3用于采集人体脸部辐射的反射光波、该反射光波依序经准直透镜5准直后到达中性分束镜6、在中性分束镜6处分成彼此垂直且强度相同的第一光束和第二光束；所述1400nm窄带滤光片71和第一光电二极管72位于第一光束的光路上、且1400nm窄带滤光片71位于第一光电二极管72和中性分束镜6之间；所述850nm窄带滤光片81和第二光电二极管82位于第二光束的光路上、且850nm窄带滤光片81位于第二光电二极管82和中性分束镜6之间；所述PLC单片机9分别连接第一光电二极管72和第二光电二极管82，用于读取第一光电二极管72和第二光电二极管82输出的光强度。

[0024] 实践中，其工作过程如下：

[0025] PLC单片机9首先采集第一光电二极管72和第二光电二极管82的光强度信号即干扰光强度。随后，PLC单片机9控制同时打开850nm激光器1和1400nm激光器2、对被检测人的脸部输出第一检测光波和第二检测光波、持续20毫秒。此过程时间极短、环境中的干扰光默认为无变化，以打开激光器后的测量值减去打开之前的测量值即可得到过滤掉干扰光强度后即可得到被检测人脸部受第一检测光波、第二检测光波照射后辐射出的850nm光强度和1400nm光强度；以聚光透镜3采集被检测人脸部辐射出的光线，经过聚光透镜3的光线经过入射狭缝4减少杂散光线的干扰，取得有用辐射光线；经过入射狭缝的光线再经过准直透镜
5准直后转换成平行光线；该平行光线经过中性分束镜6后行程光强度相同、且互相垂直的第一光束和第二光束；所述第一光束通过1400nm窄带滤光片，滤除1400nm以外的其他波长光线，并在第一光电二极管72处形成和输出1400nm波长反射光的光强度；所述第二光束通过850nm窄带滤光片，滤除850nm以外的其他波长光线、并在第二光电二极管82处形成和输出850nm波长反射光的光强度；当没有被测物体时，两个输出的反射光光强度皆应为最低；
当被测物体是人脸活体时，第二光电二极管82输出的反射光的光强度应该略高于无物体时，而第一光电二极管72输出的反射光的光强度应大于850nm光强度；而当被测物体不是人脸活体时，两路光强度应相差不大；经过大量样本的标定确定合适的区分界限，由此，实现对被测脸部是活体皮肤还是佩戴的面具进行区分。

[0026] 以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书的保护范围为准。

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