人臉（liǎn）識別（bié）技（jì）術

人臉識別的運算（suàn）是非常巨大的，而初（chū）始圖（tú）像質量的好壞以及算法優劣（liè）對識別效率有（yǒu）決定（dìng）性的影響。

這裏（lǐ），我們主要針對人（rén）臉識別係（xì）統中的（de）圖像采集裝置所用到的窄帶濾光片進行分（fèn）析，目的（de）是幫助

使（shǐ）用者（zhě）更好地了解窄（zhǎi）帶濾光片的作用和（hé）使用方法，以便正確選擇窄帶濾（lǜ）光片的技術指標。由於人

臉識別的計算量很大（dà），目前都是（shì）基於黑白灰度圖像進行識別（bié）的。其圖像采集的結構示意圖如圖1所（suǒ）示。

01

光學特點

人臉識別的圖像采集裝置中，光源一般采用高功率的紅外二（èr）極管，波長（zhǎng）以850nm和940nm居多。

為（wéi）提高識別效率以及提高光的利用率，從光源選擇開始就要考慮到整體設計。雖然市（shì）麵上（shàng）購買的（de）

LED標（biāo）稱值都（dōu）是850nm或940nm，但在測量具體的LED產品中心波長時發現還是有不少偏（piān）差的。

以850nm的（de）LED為例，其實際中心波（bō）長有835nm的，也（yě）有865nm的。由（yóu）於人臉識別係（xì）統中采用

的光源為多顆大功率LED陣列，如果（guǒ）各個LED的中心波長不一致，所有LED的光譜在疊加之後，

綜合（hé）的光譜帶寬會展寬。單個850nm的LED帶寬（kuān）在（zài）50nm左右，如果由於中心波長不一致，

多個LED疊加後的光譜帶（dài）寬將會變成很寬。這對後續的窄帶濾光片帶寬的選擇、能量（liàng）利用率以

及信噪比的提高都是十分（fèn）不利的。所以要求（qiú）在選擇LED光源時，中（zhōng）心波長要一致。另外，LED

光源隨著工作溫度的升高，其中心波長是向（xiàng）長波漂移的，每升高10℃，LED的中心（xīn）波長向長波

漂移（yí）1nm左右。而且（qiě）隨著工作溫度的升高，LED的發光效率快速下（xià）降，當升高到85℃左右時，

LED的輸出效率降到50%左右。因此要求LED光源的散熱效果良好。還有，在選擇（zé）LED發（fā）光管

的發散（sàn）角時，以較（jiào）小的發散角為好，這樣可以提高光源的能量利用率。

 

接收器 有什麽特點？

在人臉識別係統中，接收器基本上采用CCD圖像傳感器。CCD具有體積小、重量輕、失（shī）真度小、

功耗低、可低壓驅動、抗衝擊、抗振動、抗電磁幹擾（rǎo）強的優點（diǎn），因此被廣泛應用於（yú）各（gè）種圖像采集

係統。在人臉識別係統（tǒng）中的CCD基本上是矽襯（chèn）底的（de），其光譜響應範圍為400nm~1100nm，

該範圍也就是窄帶濾光片要考慮的（de）光譜（pǔ）範圍。

 窄（zhǎi）帶率選（xuǎn）擇要注意什麽？

窄帶濾光片主要是用來隔離幹（gàn）擾光，透過信號光，充分突顯有用信息，減小幹擾信息，為後續的

圖像處理和識別奠定基礎。在目前，人臉識別主要應用（yòng）在各種場合的（de）考勤和門禁係統。有的是安

裝在（zài）室（shì）內光線較（jiào）暗（àn）的地方，有的是安裝在（zài）較為明亮的地方。不同場合下，幹擾（rǎo）光的強度是（shì）不同的，

因此（cǐ）對窄（zhǎi）帶濾（lǜ）光片的要求也不同。

 

我們（men）發現，人們經常用隔離可見光透過紅外光的紅外玻璃作為幹擾光隔離濾光片，當（dāng）然也能收到

一定效果。但是，普通的紅外玻璃隻是隔離了可（kě）見和紫外部分的光，並沒有（yǒu）隔離紅外光。而（ér）在實

際的幹擾光中，從可見到紅外都（dōu）是存（cún）在的，因為太（tài）陽光的光譜很寬，並且漫反射或散射的太陽光

是（shì）主要的幹擾源。因此，想（xiǎng）得到良好的抗幹擾效果（guǒ），必須（xū）采（cǎi）用（yòng）窄帶濾光（guāng）片。吸收（shōu）型的紅外玻璃（lí）與窄

帶濾光片在透過率性能上的比較如圖2所示。從圖中可以看（kàn）出，不管是哪種牌號的（de）紅外玻璃都隻隔

離了可見光，對紅外光（guāng）沒有（yǒu）任何阻擋效果，而窄帶濾（lǜ）光片對信號光譜範（fàn）圍之外的所有幹擾光的隔離

都是很（hěn）有（yǒu）效的（de）。

 02

 

窄帶濾光片帶寬怎麽確定？

​窄帶濾（lǜ）光片（piàn）的帶寬不是越窄越好，也不是越寬越好，要根據所處的環境及（jí）采用的光源共同決（jué）定。

850nm的紅外LED其帶寬（kuān）在50nm左（zuǒ）右，選擇窄（zhǎi）帶濾光片時要考（kǎo）慮到光能（néng）量的利用率，所以不（bú）能

把窄帶濾光片的帶寬定得太窄，對（duì）於LED光源，15nm以下的帶寬就不（bú）大合（hé）適。一方麵因為太窄

的帶寬將LED很大一（yī）部分（fèn）較強的信號光拒之門外，另一方麵因為太窄的帶寬使濾光片的有效使用

角度變得很小，有可能導致（zhì）所拍的圖像中間亮邊緣（yuán）暗的現象。經過實踐檢驗，發現將LED的發光

強度可利用的門（mén）檻設在70%左右時，所拍（pāi）攝的圖像仍具（jù）有相當好的對比（bǐ）度，因（yīn）此（cǐ），窄帶濾光片（piàn）的

帶寬可以選在30nm左右，見圖3中的陰影（yǐng）部分。對抗幹擾要求（qiú）稍高的，可選擇20nm帶寬的。從目

前（qián）用戶的反（fǎn）饋來（lái）看，高潮视频在线快速多人光電生產的兩種主打850nm窄帶濾光片（piàn），一種是30nm帶寬的，另一種

是20nm帶寬的，後者選用的人比（bǐ）較多。

03

窄帶濾光片中心波段怎（zěn）麽（me）確定？

從理論上說（shuō），窄帶濾光片與選用的（de）LED中心（xīn）波長重合是（shì）最（zuì）好的。但是，我們在前麵提到過兩個因素，

一個是入射角（jiǎo）度效應，另一個是LED本身的發熱問題，這兩（liǎng）個因素對窄帶濾光片的中心波長選擇會產

生細微（wēi）調整（zhěng）。首先來看角度效（xiào）應，在（zài）實際攝像過程中，從人臉上反射過來的（de）光到達濾光片總有一定（dìng）的

角（jiǎo）度範圍，比如在±10°以內，這樣入射到濾光片的光線不（bú）但有0°的，也有（yǒu）0~10°之（zhī）間（jiān）的，當窄帶濾光（guāng）

片在遇到帶角度的光線入射（shè）時，窄帶濾光片的（de）中心波長將向短波方向移動，例如對0°入射時中心波長

為850nm的窄帶濾光片，當入射角是10°時（shí），中心波長就移到了847nm。再來看熱效（xiào）應，當LED的（de）溫度

升高10℃時，LED的中心波長將向長波方向移動（dòng）1nm。這（zhè）兩（liǎng）個影響因素促使我們（men）在確定窄帶濾光片的

中心波長時，應該考慮到使用過程中的變動（dòng）因素。所以，事先應將窄帶濾光片的中心波長定在比LED

的中（zhōng）心波長大5nm左右。這（zhè）樣（yàng），兼顧了0°到10°左右時的入射情況，同時，也考慮了溫升導致LED中心

波長上移（yí）的情況。

 

截止範圍怎麽確定？

窄帶濾光片的截（jié）止範圍主要是根據接收器本身的響（xiǎng）應範圍和接（jiē）收器所處環（huán）境中的幹擾源波長範圍決（jué）定的。

接收器CCD的響應範圍為400~1100nm。在人臉識別場合，幹擾源主要是漫反射（shè）或散射的太（tài）陽（yáng）光和周邊

的人造光源（yuán），跨越的波長範圍很廣，從紫外一直延（yán）伸到近紅外。綜合這兩者原因，人臉識（shí）別用的窄帶

濾光片的（de）截止範圍可以（yǐ）確定為400~1100nm。

 

截止深度怎麽確定？

理論上講，在截止範圍內（nèi）的透過率越低越好，但考慮到（dào）製作成本和實際需要，截止深度要選（xuǎn）擇在合理的數（shù）值。

人臉（liǎn）識別係統中，當窄帶濾光片的（de）截止透（tòu）過率小於1%時，幹擾光的隔離效果已能明顯體（tǐ）現。高潮视频在线快速多人光電（diàn）生產

的用於人臉識別的窄帶濾光片，其截（jié）止透過率均在0.5%以下，使用效（xiào）果（guǒ）很好。對（duì）於環境中幹擾光強度特別大

的應用場合（hé），我們可以提供具有更高截止深度的（de）產品滿足客戶需求。

 04

 

峰值透過如何確定？

一般大家都會認為窄帶（dài）濾光片的峰值透過率（lǜ）越高越好，大多數情況下這是正確的，但是在人臉識別應用中，

情況並非總是如此。當人臉識別裝置處在太陽（yáng）光直射的環境下時，幹擾光（guāng）的強（qiáng）度非常大，與信號光相同（tóng）波長

的幹擾（rǎo）光（guāng）也很強（qiáng），這個幹擾光是無法通過窄帶濾光片去除（chú）的。這時要提高抗幹擾能力需要進（jìn）一步增加LED光

的入射強度，使信號光的強度比幹擾光的強度大數倍以上。增加LED光源的強度從實現方法上比較簡單，

隻要增加LED的個數就行，但是當LED光的（de）能量強到（dào）一（yī）定值時，再加（jiā）上（shàng）來自與LED同波長的幹擾（rǎo）光的能量，

CCD接（jiē）收（shōu）器的響應很容（róng）易就飽和了，使圖像失真嚴重，即使通過軟件的辦法（fǎ）降（jiàng）低曝光量（liàng），也未必能解決這（zhè）

個問題。這時，就需要（yào）窄帶濾光（guāng）片在濾除截止（zhǐ）區域的幹擾光的同時，對信（xìn）號光波段要（yào）起到一定的衰減作用，

根據實際情況會要（yào）求窄帶濾光片的峰值透過率為40%，或者60%，或者其他（tā）數值。

 

濾光（guāng）片厚度怎麽選擇？

考慮到成本因素，目前人臉識別係統中（zhōng）用（yòng）的CCD接收器以（yǐ）及對應（yīng）的透鏡組基（jī）本上是（shì）現成的，屬通用（yòng）型的，

被（bèi）廣泛用在網絡攝像頭或手機攝（shè）像頭上。而這種通用（yòng）型的攝像頭的調焦範圍都比較小，如果（guǒ）在CCD前方

放置一片濾光片，就會引（yǐn）入多餘的光（guāng）程差，使（shǐ）成像模糊，當這個光程差（chà）比較小時，通過微調焦距還能（néng）使圖（tú）

像清（qīng）晰，但當（dāng）濾光片的厚度（dù）較大時，引入的光程差（chà）也較大，通過微調焦距有（yǒu）可能調不過來，導致（zhì）圖（tú）像模糊。

因此，很多人都將濾光片放置在CCD攝像（xiàng）頭（tóu）的鏡頭前方，而不是放在CCD傳感器的前（qián）方，因為這樣放置相

當於濾光片沒有幹（gàn）預成像光路。但是，放在鏡頭前方的濾光片尺寸大，安裝不方便，又（yòu）不美觀，所以許多（duō）

人都希望能把濾光片（piàn）的麵積變小，又能放置在CCD傳感器前方，內置在（zài）攝像頭內（nèi），既節約了濾光片（piàn）的成本，

又不影響外觀。要想把濾光片置於攝像頭之內，要求濾光片的厚度很（hěn）薄，經過實踐用0.55mm或0.7mm厚

的濾（lǜ）光片是合適的。

高潮视频在线快速多人光電為了實現超薄設計，利（lì）用（yòng）全介質硬膜鍍膜技術成功實現了在0.2mm以上的玻（bō）璃基片上鍍製窄帶

濾（lǜ）光片的技術，具（jù）體產品應用請聯係客服（fú）谘詢，我們為您提供全方位解決方案。