人臉識別技術（shù）

人臉識別的運算是非常巨大的，而初始圖像質量的好（hǎo）壞以及算法優劣對識別效率有決定性的影（yǐng）響。

這裏，我們主要針對人臉識別係統中的圖像采集裝置所用到的窄帶濾光片進行分析，目的是幫助（zhù）

使用者更好（hǎo）地了解窄帶濾光（guāng）片的作用和使（shǐ）用方法，以便正確選擇窄帶濾光（guāng）片（piàn）的技術（shù）指標。由於人

臉識別的計算量很大，目前都是基於黑白灰度圖像（xiàng）進（jìn）行識別的。其圖像采集的結構示意圖如圖1所示。

01

光學（xué）特點

人臉識別的圖像采集裝置（zhì）中，光源一般采用高功（gōng）率的紅外二（èr）極管，波長以850nm和940nm居（jū）多。

為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。雖然市麵上購買的

LED標稱值都是850nm或940nm，但在測量具體（tǐ）的LED產品中心波長時發現還是（shì）有不（bú）少偏差的。

以850nm的（de）LED為（wéi）例，其實際中心波長有835nm的，也有865nm的。由（yóu）於人臉識別係統中采（cǎi）用

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

綜合（hé）的光譜帶（dài）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（biàn）成很寬。這對後續的窄帶濾光片（piàn）帶寬的選擇、能量利（lì）用率以

及信噪比的（de）提高都是十分不利的。所以要求在選擇（zé）LED光（guāng）源時，中心波長要一致。另外，LED

光源（yuán）隨著工作（zuò）溫度的升高，其中心波長是向長波漂移的，每升高10℃，LED的中心波長向長（zhǎng）波（bō）

漂移1nm左右。而（ér）且隨著工作溫度的升（shēng）高，LED的發光效率快速下降，當升高到85℃左右時，

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

的發散角時，以較小的發散角為好，這（zhè）樣可以提高光源的能量利用率。

 

接收器（qì） 有什（shí）麽特點（diǎn）？

在人臉（liǎn）識別係統中，接收器基本上采（cǎi）用CCD圖像傳感器。CCD具有體積小、重（chóng）量輕、失真度小、

功耗低、可低壓驅動、抗衝擊、抗振動、抗電磁幹擾強的優點，因此被廣泛應用於各種圖像采集

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

該範（fàn）圍也就是窄帶（dài）濾光片要考（kǎo）慮的光譜範圍。

 窄（zhǎi）帶率（lǜ）選擇要注意什麽？

窄帶濾光（guāng）片主要是用來隔離（lí）幹擾光，透過信號光，充分（fèn）突顯有用（yòng）信息，減小幹擾信息，為後續的

圖像處理和（hé）識別奠定基（jī）礎。在目前，人臉識別主要應用在各種場合的考勤和門禁（jìn）係統。有的是安

裝（zhuāng）在室內光線較暗的地方，有（yǒu）的是安（ān）裝在較為明亮的地方。不同場合（hé）下，幹（gàn）擾（rǎo）光的強度是不同的，

因此對窄帶濾光片的要求也不同。

 

我們發現，人們經常（cháng）用隔離可見光透（tòu）過紅外光的（de）紅外玻璃作（zuò）為幹擾（rǎo）光（guāng）隔離濾光片，當然（rán）也能收到

一定效果。但是（shì），普通的（de）紅外（wài）玻璃隻（zhī）是隔（gé）離（lí）了可見和紫外部分的光，並沒有隔離紅外光（guāng）。而在實

際的幹擾光中，從可見到紅外都是存在的，因為太陽光的光（guāng）譜很寬，並且漫反（fǎn）射或散射的太陽光

是主要的幹擾源。因此，想得到良好的抗幹擾效果，必（bì）須采用窄帶濾光片。吸收型的紅外玻璃與窄

帶（dài）濾（lǜ）光片在透過率性能上的比較如圖2所示。從圖中可以看出，不管是哪種牌號的紅外玻璃都隻隔

離了可（kě）見光，對紅外光沒有任何阻擋效果，而窄帶濾光片（piàn）對（duì）信號光譜範圍之外的所有幹擾（rǎo）光的隔離（lí）

都是很有效的。

 02

 

窄帶濾光片帶寬怎麽確定？

​窄帶濾光片的帶寬不（bú）是越（yuè）窄越好，也不是越寬越好，要根（gēn）據所處的環境及采用的光源共同決（jué）定。

850nm的紅外LED其帶寬在50nm左右（yòu），選擇窄帶濾（lǜ）光片時（shí）要考慮（lǜ）到光能量的利用率，所以不能

把窄（zhǎi）帶濾光片的帶寬定得太窄，對於LED光源，15nm以下的帶寬就不大合適。一方麵因為太窄

的帶寬將LED很大一部分較強的信號光拒之（zhī）門外，另一方麵因（yīn）為太窄的帶寬使濾光片的（de）有效使用

角度變得（dé）很小，有可能導（dǎo）致（zhì）所拍的圖（tú）像中間亮邊緣暗的現象。經過實踐檢驗，發現將LED的發光（guāng）

強度可利（lì）用的門檻（kǎn）設在70%左右時，所拍攝的圖像仍具有相當好的對比度，因此，窄帶濾光片的

帶寬可以選（xuǎn）在30nm左右，見圖3中的陰影部分。對抗幹擾（rǎo）要求稍高（gāo）的，可選擇20nm帶寬的。從目

前用戶的反饋（kuì）來看，激（jī）埃特光（guāng）電生產的兩種主打850nm窄帶濾光片，一（yī）種是30nm帶寬的，另（lìng）一種

是20nm帶寬的，後者選用的人比較多。

03

窄帶濾光片中心波段怎麽確定？

從理論上說，窄帶濾光片與選用的LED中心波長重合是最好（hǎo）的。但（dàn）是，我（wǒ）們在前麵提到過兩個因素（sù），

一個是入射角度（dù）效（xiào）應（yīng），另一個是（shì）LED本身（shēn）的（de）發熱問（wèn）題，這兩個因素對窄帶濾光片的中心波長選擇會產

生細微調整。首先來看角度效應，在實（shí）際攝像過程中，從人臉上反（fǎn）射過來的光到達濾光片總（zǒng）有一定的

角度（dù）範圍，比如在±10°以內，這樣入射到濾光片的（de）光線不但有0°的，也有0~10°之間的，當（dāng）窄帶濾光

片在遇到帶角度的光線入射時，窄帶濾光片（piàn）的中心波長（zhǎng）將向短波方向移動，例如對0°入射時中心波（bō）長

為850nm的窄帶濾光片，當入射角是10°時，中心波長就移到（dào）了847nm。再來看熱效應，當LED的溫度

升（shēng）高10℃時，LED的中心波長將（jiāng）向長波方向移動1nm。這兩個影響因素促使我們在確定窄帶濾光片的

中心（xīn）波長時，應該考（kǎo）慮到（dào）使用過程中的變動因素。所以，事先應將窄帶濾光（guāng）片（piàn）的中心波（bō）長定在比LED

的中心波長大5nm左右。這樣（yàng），兼（jiān）顧了0°到10°左右時的入射情（qíng）況，同時，也考慮（lǜ）了溫（wēn）升導致LED中心

波長上移的情況（kuàng）。

 

截止範圍怎麽確定？

窄帶濾光片的截止範圍主（zhǔ）要是根據接收器本身的響應（yīng）範圍和接收器所處環境中的幹擾源（yuán）波長範圍決定的（de）。

接收器（qì）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或散射的太陽光和周邊

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

濾光片的截止範圍可（kě）以確定為400~1100nm。

 

截止深度怎麽確定？

理論（lùn）上講，在截止範圍內的透過率（lǜ）越低越好，但考慮到（dào）製作成本和（hé）實際需要，截止深度要選擇在合理的數值。

人臉識別係統中，當窄帶濾光片的截止透過率（lǜ）小於1%時，幹擾光的（de）隔離效果已能明顯體現。17c起草视频光電生產

的用於人臉識別的窄帶濾光（guāng）片（piàn），其截止透過率均在0.5%以下，使用效果很（hěn）好。對於環境中幹（gàn）擾光強度特別大

的應用場合，我（wǒ）們（men）可以提供具有更高截止深度的產品滿足客戶需求。

 04

 

峰值透過如何確定？

一般大家都會認為窄帶濾光片的峰值透過率越高越好，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光直射（shè）的環境下時，幹擾光的強度非常（cháng）大，與信號光相同波長

的幹擾光也很強，這個幹擾光是無法通過窄帶濾光片去除的（de）。這時要提高抗幹擾能力需要進一步（bù）增加LED光

的入（rù）射強度，使信號光的強度比幹擾光的強度大數倍（bèi）以上。增加LED光源的強度從實現方法上比較簡（jiǎn）單，

隻要（yào）增加（jiā）LED的個數就行，但是當LED光的（de）能量強到一（yī）定值時，再加上來自與LED同波長的（de）幹擾光的能量（liàng），

CCD接收器的響應很容易就飽和了，使圖像失真嚴重，即使通過軟（ruǎn）件的辦法降低曝光量，也未必能解決這

個問題。這時（shí），就需要窄帶濾光片在（zài）濾除截止區域的幹擾光的（de）同時，對信號（hào）光波段要起到一定的衰減作用，

根（gēn）據實際情況會要求窄帶濾光片的峰值（zhí）透過率為（wéi）40%，或（huò）者60%，或者其他數值。

 

濾光片（piàn）厚度怎麽選擇？

考慮到成本因素，目前人臉識別係統中用的CCD接收器以及對應的（de）透鏡（jìng）組基本上是現成的（de），屬通用型的，

被廣泛（fàn）用在網絡（luò）攝像頭（tóu）或手機攝像頭上。而這種通用型的攝像（xiàng）頭的調焦範圍都比較小，如果（guǒ）在CCD前方

放置一片濾光片，就會引入多餘的光程差，使成像模糊，當這個光程差比較小（xiǎo）時，通過微調焦距（jù）還能使圖

像清晰，但當（dāng）濾光片的厚度較（jiào）大時，引入的（de）光程差也較大，通過微調焦距有可能調不（bú）過來，導致圖像模糊。

因此，很多人都將濾光片放置在CCD攝像頭的鏡頭前方，而不是（shì）放在CCD傳感器的前方，因為這樣放置相

當於濾光片沒有幹預（yù）成像光路。但是，放在鏡頭前（qián）方的濾光（guāng）片尺寸大，安裝不方便，又不美（měi）觀（guān），所以許多（duō）

人都希（xī）望能把（bǎ）濾光（guāng）片的麵積變小，又能放置在CCD傳（chuán）感（gǎn）器（qì）前方（fāng），內置在攝像頭內，既（jì）節約了（le）濾光片的成本，

又不影響（xiǎng）外觀。要想把濾光片置於攝像頭之內，要求（qiú）濾光片的厚度很薄，經過（guò）實踐用0.55mm或0.7mm厚

的濾光片是合適（shì）的。

17c起草视频光電為了實現超薄設計，利用全介質硬膜鍍膜技術成功實現了在0.2mm以上的玻璃基片上鍍製窄帶

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