成像镜头自动俯仰的人脸摄像头
技术领域
本发明属于人工智能技术领域，更具体地，涉及一种成像镜头自动俯仰的人脸摄像头。
背景技术
随着实名制管理的要求和人工智能技术的发展，在出入境、酒店住宿登记、网吧上网、银行开户、手机开户、来访登记、考试报名等场景，都需用人脸摄像头采集人脸影像，并进行人脸比对。但如何通过有效的技术方案，使得人脸采集方便、快捷、采集的人脸影像质量高、人脸比对准确，仍然是一个挑战。
现有的人脸摄像头存在以下问题：
（1）人脸摄像头放置在桌面上，由于成像镜头无法自动俯仰，而成像镜头的视场角有限，对于较高或较矮的人，必须退后到一定距离才能被人脸摄像头采集到人脸，导致采集到的人脸影像小、质量不高，且不适合空间有限的工作场景；或者较高的人蹲下、较矮的人垫脚，或者采集工作人员手动调节人脸摄像头的成像角度，或者采集工作人员手持人脸摄像头对准人脸，使用很不方便，无法快捷采集人脸影像。
（2）人脸摄像头采集人脸时，若环境光照度低，无环境光照度测量或补光技术手段，则会造成人脸成像质量差，甚至影响人脸比对结果。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种成像镜头自动俯仰的人脸摄像头，由此解决现有的人脸摄像头存在的人脸采集不方便、无法快捷采集人脸影像、光照度低影响人脸成像质量和人脸比对结果的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种成像镜头自动俯仰的人脸摄像头，包括微处理器、步进电机驱动器、步进电机、接近开关、成像电路板、USB集线器，所述步进电机驱动器、接近开关、USB集线器分别与所述微处理器连接，所述步进电机驱动器还与步进电机连接，所述步进电机还与所述成像电路板机械连接，所述接近开关还与所述成像电路板光学连接，所述USB集线器还分别与所述成像电路板、上位机连接。
作为本发明的进一步改进，所述成像电路板包括成像镜头、影像传感器、数字信号处理器、USB接口电路，所述成像电路板为印刷电路板，所述成像镜头、影像传感器、数字信号处理器、USB接口电路安装在所述成像电路板上，所述成像镜头安装在所述影像传感器前；所述成像镜头与所述影像传感器光学连接，所述影像传感器还与所述数字信号处理器连接，所述数字信号处理器还与所述USB接口电路连接，所述USB接口电路与所述USB集线器连接；所述成像电路板与所述步进电机机械连接；所述步进电机转动，带动所述成像电路板沿俯仰方向转动。
所述成像镜头将人脸成像于所述影像传感器上，所述影像传感器将光学影像信号转换成电信号，经所述数字信号处理器处理后，再通过所述USB接口电路和所述USB集线器，传输给上位机。
作为本发明的进一步改进，所述接近开关为二个红外接近开关，红外接近开关1检测到所述成像电路板向上转动至最大仰视角时，所述红外接近开关1数字输出给所述微处理器；红外接近开关2检测到所述成像电路板向下转动至最大俯视角时，所述红外接近开关2数字输出给所述微处理器。
作为本发明的进一步改进，所述成像镜头自动俯仰的人脸摄像头还包括环境光照度传感器，所述环境光照度传感器与所述微处理器连接。
作为本发明的进一步改进，所述成像镜头自动俯仰的人脸摄像头还包括补光灯驱动电路、补光灯，所述补光灯驱动电路分别与所述微处理器、补光灯连接。
作为本发明的进一步改进，所述补光灯驱动电路为LED恒流驱动器，所述补光灯由一个或一个以上的白光LED组成；所述LED恒流驱动器接收来自所述微处理器的脉冲宽度调制（PWM）信号，根据不同占空比的PWM信号，输出不同的恒定电流给所述白光LED供电，控制所述白光LED的发光强度。
作为本发明的进一步改进，所述成像镜头自动俯仰的人脸摄像头还包括呼吸灯驱动电路、呼吸灯，所述呼吸灯驱动电路分别与所述微处理器、呼吸灯连接。
作为本发明的进一步改进，所述呼吸灯驱动电路为LED恒流驱动器，所述呼吸灯由一个或一个以上的可见光LED组成；所述LED恒流驱动器接收来自所述微处理器的脉冲宽度调制（PWM）信号，根据不同占空比的PWM信号，输出不同的恒定电流给所述可见光LED供电，调节所述可见光LED的呼吸频率和发光强度。
作为本发明的进一步改进，所述微处理器、步进电机驱动器、步进电机、红外接近开关1、红外接近开关2、USB集线器、补光灯驱动电路、呼吸灯驱动电路均安装在控制电路板上，所述控制电路板为印刷电路板；所述控制电路板分别与所述成像电路板、环境光照度传感器、补光灯、呼吸灯、上位机连接。
作为本发明的进一步改进，所述成像电路板沿俯仰方向转动的转轴与所述控制电路板平行，距离为d，所述成像镜头的视场角为α；所述成像镜头正视人脸时，所述成像电路板与所述控制电路板平行，二者夹角为零；所述成像镜头以最大仰视角β仰视人脸时，所述成像电路板与所述控制电路板的夹角也为β，所述红外接近开关1的红外发射管1发出的红外光经所述成像电路板反射后，被所述红外接近开关1的红外接收管1接收，所述红外接近开关1数字输出给所述微处理器，通知所述微处理器所述成像电路板已向上转动至最大仰视角位置；所述成像镜头以最大俯视角γ俯视人脸时，所述成像电路板与所述控制电路板的夹角也为γ，所述红外接近开关2的红外发射管2发出的红外光经所述成像电路板反射后，被所述红外接近开关2的红外接收管2接收，所述红外接近开关2数字输出给所述微处理器，通知所述微处理器所述成像电路板已向下转动至最大俯视角位置。
所述上位机，通过所述USB集线器分别与所述微处理器和所述成像电路板进行通讯，实现视频流显示、全图和人脸自动抓拍、全图和人脸手动抓拍、所述成像镜头的俯仰转动角度设置、全程自检、环境光照度检测、所述补光灯的发光强度控制、所述呼吸灯的工作模式设定、人脸比对等功能。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
（1）采集人脸影像方便、快捷。人无需蹲下、踮脚、移前、移后，采集工作人员也无需用手转动调节人脸摄像头角度的机械旋钮，或者手持人脸摄像头对准人脸，上位机控制成像镜头自动俯仰，即可调节所述成像镜头的俯仰角度，方便、快捷地采集到高质量的人脸影像。
（2）提高光照度保证人脸成像质量和人脸比对准确。上位机利用所述环境光照度传感器对环境光照度进行测量，若光照度低，则利用所述补光灯进行补光，提高光照度，以保证人脸影像质量与人脸比对结果。
附图说明
图1是本发明实例提供的一种成像镜头自动俯仰的人脸摄像头原理框图。
图2是本发明实例提供的一种被步进电机转动带动沿俯仰方向转动的成像电路板的原理框图。
图3是本发明实例提供的一种控制电路板原理框图。
图4是本发明实例提供的一种成像镜头俯仰转动时成像电路板与控制电路板夹角关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明为成像镜头自动俯仰的人脸摄像头，包括微处理器、步进电机驱动器、步进电机、接近开关、成像电路板、USB集线器，所述步进电机驱动器、接近开关、USB集线器分别与所述微处理器连接，所述步进电机驱动器还与步进电机连接，所述步进电机还与所述成像电路板机械连接，所述接近开关还与所述成像电路板光学连接，所述USB集线器还分别与所述成像电路板、上位机连接。
采用此技术方案，采集人脸影像方便、快捷，提高光照度保证人脸成像质量和人脸比对准确。
如图1所示是本发明实例提供的一种成像镜头自动俯仰的人脸摄像头原理框图。在图1所示的成像镜头自动俯仰的人脸摄像头1中，包括微处理器101、步进电机驱动器102、步进电机103、接近开关104、成像电路板105、USB集线器106，所述步进电机驱动器102、接近开关104、USB集线器106分别与所述微处理器101连接，所述步进电机驱动器102还与步进电机103连接，所述步进电机103还与所述成像电路板105机械连接，所述接近开关104还与所述成像电路板105光学连接，所述USB集线器106还分别与所述成像电路板105、上位机2连接；还包括环境光照度传感器107，所述环境光照度传感器107与所述微处理器101连接；还包括补光灯驱动电路109、补光灯108，所述补光灯驱动电路109分别与所述微处理器101、补光灯108连接；还包括呼吸灯驱动电路111、呼吸灯110，所述呼吸灯驱动电路111分别与所述微处理器101、呼吸灯100连接。
在一个可选的实施方式中，所述补光灯驱动电路109为LED恒流驱动器，所述补光灯108由一个或一个以上的白光LED组成；所述LED恒流驱动器接收来自所述微处理器101的脉冲宽度调制（PWM）信号，根据不同占空比的PWM信号，输出不同的恒定电流给所述白光LED供电，调节所述白光LED的发光强度。
在一个可选的实施方式中，所述呼吸灯驱动电路111为LED恒流驱动器，所述呼吸灯110由一个或一个以上的可见光LED组成；所述LED恒流驱动器接收来自所述微处理器101的脉冲宽度调制（PWM）信号，根据不同占空比的PWM信号，输出不同的恒定电流给所述可见光LED供电，调节所述可见光LED的呼吸频率和发光强度。
所述呼吸灯110起提示作用，例如人脸太近，所述呼吸灯110的呼吸频率加快；人脸太远，所述呼吸灯110的呼吸频率放慢。
在一个可选的实施方式中，如图2所示，所述成像电路板105包括成像镜头1051、影像传感器1052、数字信号处理器1053、USB接口电路1054，所述成像电路板105为印刷电路板，所述成像镜头1051、影像传感器1052、数字信号处理器1053、USB接口电路1054安装在所述成像电路板105上，所述成像镜头1051安装在所述影像传感器1052前；所述成像镜头1051与所述影像传感器1052光学连接，所述影像传感器1052还与所述数字信号处理器1053连接，所述数字信号处理器1053还与所述USB接口电路1054连接，所述USB接口电路1054与所述USB集线器106连接；所述成像电路板105与所述步进电机103机械连接；所述步进电机103转动，带动所述成像电路板105沿俯仰方向转动。
所述成像镜头1051将人脸成像于所述影像传感器1052上，所述影像传感器1052将光学影像信号转换成电信号，经所述数字信号处理器1053处理后，再通过所述USB接口电路1054和所述USB集线器106，传输给上位机2。
在一个可选的实施方式中，所述接近开关104为二个红外接近开关，红外接近开关1（31）检测到所述成像电路板105向上转动至最大仰视角时，所述红外接近开关1（31）数字输出给所述微处理器101；红外接近开关2（32）检测到所述成像电路板105向下转动至最大俯视角时，所述红外接近开关2（32）数字输出给所述微处理器101。
在一个可选的实施方式中，如图3所示，所述微处理器101、步进电机驱动器102、步进电机103、红外接近开关1（31）、红外接近开关2（32）、USB集线器（106）、补光灯驱动电路（109）、呼吸灯驱动电路111均安装在控制电路板3上，所述控制电路板3为印刷电路板；所述控制电路板3分别与所述成像电路板105、环境光照度传感器107、补光灯108、呼吸灯110、上位机2连接。
在一个可选的实施方式中，如图4所示，所述成像电路板105沿俯仰方向转动的转轴与所述控制电路板3平行，距离为d，所述成像镜头1051的视场角为α；所述成像镜头1051正视人脸时，所述成像电路板105与所述控制电路板3平行，二者夹角为零；所述成像镜头1051以最大仰视角β仰视人脸时，所述成像电路板105与所述控制电路板3的夹角也为β，所述红外接近开关1（31）的红外发射管1发出的红外光经所述成像电路板105反射后，被所述红外接近开关1（31）的红外接收管1接收，所述红外接近开关1（31）数字输出给所述微处理器101，通知所述微处理器101所述成像电路板105已向上转动至最大仰视角位置；所述成像镜头1051以最大俯视角γ俯视人脸时，所述成像电路板105与所述控制电路板3的夹角也为γ，所述红外接近开关2（32）的红外发射管2发出的红外光经所述成像电路板105反射后，被所述红外接近开关2（32）的红外接收管2接收，所述红外接近开关2（32）数字输出给所述微处理器101，通知所述微处理器101所述成像电路板105已向下转动至最大俯视角位置。
在一个可选的实施方式中，所述上位机2采用HID协议、UVC协议，通过所述上位机2的USB 2.0接口和所述USB集线器106，分别与所述微处理器101和所述成像电路板105进行通讯，实现视频流显示、全图和人脸自动抓拍、全图和人脸手动抓拍、所述成像镜头1051的俯仰转动角度设置、全程自检、环境光照度检测、所述补光灯108的发光强度控制、所述呼吸灯110的工作模式设定、人脸比对等功能。
其中，所述视频流和全图的影像分辨率为640×480；所述步进电机103的转动步数大于24步，每步1.8°，所述成像镜头1051的俯仰转动角度大于43.2°；所述全程自检方式为所述成像镜头1051先下转到底，再上转到顶，最后下转至原位；所述环境光照度传感器107的检测范围为0～500 Lux；所述补光灯108的发光强度控制，取值为0～9档，0表示关闭所述补光灯108，从1至9每档发光强度递增，9为最大；所述呼吸灯110的工作模式设定，取值为0～8档，0表示关闭所述呼吸灯110，从1至6每档闪烁由快到慢、暗亮变化周期为1～6秒，7全亮、发光强度低，8全亮、发光强度高。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
