人臉識別（bié）技術

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

這裏，我（wǒ）們主要針對人（rén）臉識別係統中的圖像采集裝置所用（yòng）到的窄帶濾光片進行分析，目的（de）是幫助

使用者更好地（dì）了解窄帶濾光片的作用和使用方法，以便正確選擇窄帶濾光片的技術指標。由於人

臉識別的計算量很大，目（mù）前都是基於黑白灰度圖像進行（háng）識別（bié）的（de）。其圖像采集（jí）的結構示意圖如圖1所示。

01

光學特點

人臉識別的圖像采集裝（zhuāng）置中，光源一般采用高功率的紅外二極管，波長以（yǐ）850nm和940nm居多（duō）。

為提高識別效率（lǜ）以及提高光的（de）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（zhí）都是850nm或940nm，但在測量具體的LED產品中心波（bō）長時發現還是有不少偏差的（de）。

以850nm的LED為例，其實際中（zhōng）心波長有835nm的，也（yě）有865nm的。由於（yú）人臉識別係統中采（cǎi）用

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

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

多個LED疊加後的光譜帶寬將會變成很（hěn）寬。這（zhè）對後續的窄帶濾光片帶寬的選（xuǎn）擇、能量利用（yòng）率以（yǐ）

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

光源隨（suí）著工作溫度的升高，其中心波長（zhǎng）是向長波漂移的，每升高10℃，LED的（de）中心波長向長波（bō）

漂移1nm左右。而（ér）且隨著工作溫（wēn）度的升高，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（hái）有，在（zài）選擇LED發光管

的發散角時，以較小的發散角為好，這樣可以提（tí）高光源的能量利用率。

 

接收（shōu）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（xiǎo）、重量輕、失真度小、

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

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

該範圍也就是窄（zhǎi）帶濾光片（piàn）要考慮的光譜範圍。

 窄帶率選擇要注意什麽？

窄帶濾光片主要是用來隔（gé）離幹擾光，透過信號（hào）光，充（chōng）分突顯有用信息，減小幹擾（rǎo）信息，為後續的

圖像處理和識（shí）別（bié）奠定基礎。在（zài）目前，人臉識別主要應（yīng）用在各種場合的考勤和門禁係統。有的是（shì）安

裝在室內光線較暗的地方，有的是安裝在較為（wéi）明亮（liàng）的地方。不同場合下，幹擾光的強度是不同的，

因此對窄帶濾光片的要（yào）求也不同。

 

我們發現，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（lí）濾光片，當然也能收到

一定效果。但（dàn）是，普通（tōng）的紅（hóng）外玻璃隻是隔（gé）離了可見和（hé）紫外（wài）部分的光，並沒有隔離紅外（wài）光。而在實

際的幹（gàn）擾光中，從可見到紅外都是（shì）存在的，因（yīn）為太陽光的光譜很寬，並且漫反射或散（sàn）射的太陽光

是主要的幹擾源。因（yīn）此，想得到良好的抗幹擾（rǎo）效果，必須采用（yòng）窄（zhǎi）帶濾光片。吸收型（xíng）的紅外玻璃（lí）與窄

帶（dài）濾光片在透過率性能（néng）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（lí）了可見光，對紅（hóng）外光沒有任何阻擋效果（guǒ），而窄帶濾（lǜ）光（guāng）片對信號光（guāng）譜範圍之外的所有幹擾光的隔離

都是很有效的。

 02

 

窄帶濾光片帶寬怎麽（me）確定？

​窄帶濾光片的帶寬（kuān）不是越窄越好，也不是（shì）越寬越好，要根據所處的環境及采用的光源共同決定。

850nm的紅（hóng）外（wài）LED其帶寬在50nm左右，選（xuǎn）擇窄帶濾光片時要考慮到光（guāng）能量的利用率，所（suǒ）以不（bú）能

把窄帶濾光片的帶寬（kuān）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（de）帶（dài）寬將LED很大一部分較強（qiáng）的信號光拒之（zhī）門外，另一方麵因為太（tài）窄的帶寬使濾光片（piàn）的有效使用

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

強度可利用的門檻設（shè）在70%左右時，所拍攝的圖像仍具有相（xiàng）當好的對比度，因此，窄帶濾光片的

帶寬可以選在30nm左右，見圖3中的陰影部分。對抗幹擾要求稍高的，可選擇20nm帶寬的。從（cóng）目

前用戶的（de）反饋來看，亚洲国产综合997光電生產的兩種主打850nm窄帶濾光片，一種是30nm帶寬的，另一種

是20nm帶寬（kuān）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（shuō），窄帶（dài）濾光片與選用的LED中心波長重合是最好的。但是（shì），我（wǒ）們（men）在（zài）前麵提到過兩個因素，

一個是入射角度（dù）效應，另一個是LED本身的發熱問題，這兩個（gè）因素對窄帶濾光片的中心（xīn）波長選擇（zé）會（huì）產

生細微調整。首先來看角度效應，在（zài）實際攝（shè）像過程中，從人（rén）臉上反射過來的光到達濾光（guāng）片總有一（yī）定（dìng）的

角度範圍，比如在±10°以內，這（zhè）樣入射（shè）到濾光片的光線不但有0°的（de），也有0~10°之間的，當窄帶濾光

片在遇到帶角（jiǎo）度（dù）的光線入射時，窄帶濾光片的中（zhōng）心波長將向短波方（fāng）向移動，例如對0°入（rù）射時中心波長

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

升高10℃時，LED的中（zhōng）心波長將（jiāng）向長（zhǎng）波方向移動1nm。這兩個影響因素促使我們在確定窄帶濾光（guāng）片的

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

的中心波長大5nm左右（yòu）。這樣，兼顧了（le）0°到10°左右（yòu）時的（de）入射（shè）情況，同時，也考慮了溫升導致LED中心（xīn）

波長上移（yí）的情況。

 

截止範圍怎麽確（què）定？

窄帶濾光片的截止範圍主要是（shì）根據接收器本身的響應範圍和接收器所處環境中的幹擾源波長範圍（wéi）決定的。

接收器CCD的響應範圍為400~1100nm。在（zài）人臉識（shí）別場合，幹擾（rǎo）源（yuán）主要是漫反射或散射的（de）太陽光和周邊

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

濾光片的截止範圍可以確定為400~1100nm。

 

截止深度怎麽（me）確定？

理論上講，在截止範圍內的透過率越低越好，但考慮到製作成（chéng）本和實際需要，截止深度要選（xuǎn）擇在合（hé）理的數值。

人臉識別係統（tǒng）中，當窄帶濾（lǜ）光片的截止透過率（lǜ）小於1%時，幹擾光的隔離（lí）效果已能明顯體現。亚洲国产综合997光電生（shēng）產

的（de）用於人臉識別的窄帶濾光（guāng）片，其截止透過率均在0.5%以下，使（shǐ）用效果很好。對於環境中幹擾光強度特別大（dà）

的應用場合，我們可以提供具有更高截（jié）止深度的產品滿足客戶（hù）需求。

 04

 

峰值（zhí）透過如何（hé）確定？

一（yī）般大（dà）家都會（huì）認為窄（zhǎi）帶濾光片的峰值透過率越高越好，大多（duō）數（shù）情況下這是正確的，但是在人臉識別應（yīng）用中，

情況並非總是如此。當人（rén）臉識別裝置處在太陽光直射的（de）環境下時，幹擾光的強度非常大，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（qù）除的。這時要提高抗幹（gàn）擾能力需要進一步（bù）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（shàng）。增加（jiā）LED光源的強（qiáng）度從實現方法上比（bǐ）較簡（jiǎn）單，

隻要增加LED的個數就行，但是當LED光的能量強到一定值時（shí），再加（jiā）上來自與LED同波長的幹擾（rǎo）光的能量，

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

個問（wèn）題。這時，就需要窄帶濾光片在濾除（chú）截止區域的幹擾光的同時，對信號（hào）光波段要起到一（yī）定的（de）衰減作用，

根據實際情況會要求窄帶濾光（guāng）片的峰值透過（guò）率為40%，或者60%，或者其他數值。

 

濾光片厚度怎麽選擇？

考慮（lǜ）到成本（běn）因素，目前人臉識別係統中用的CCD接收（shōu）器以及對應的透鏡組基本上是現成的，屬通用型的，

被（bèi）廣泛（fàn）用在網絡攝像頭（tóu）或手機攝像頭上。而這種（zhǒng）通用型的攝像頭的調（diào）焦範圍都比較小，如果在CCD前方

放置一片濾光片，就會（huì）引入（rù）多餘的光程差，使成像模糊，當這個光程差比（bǐ）較小時，通過（guò）微（wēi）調焦距還能使圖

像清晰，但當濾（lǜ）光片的厚度較大（dà）時，引入（rù）的光程差也較大，通過微（wēi）調焦距（jù）有可能調（diào）不過來，導（dǎo）致圖像模糊（hú）。

因此，很多人（rén）都將濾（lǜ）光片放置在CCD攝像（xiàng）頭的鏡頭前方，而不是放在CCD傳感器的前方，因為（wéi）這（zhè）樣放置相

當於（yú）濾光片沒有幹預成像光路。但是，放在鏡頭前方的（de）濾光片尺寸大，安裝不方便（biàn），又不美觀，所以許多

人都希望能把濾光片的（de）麵積變小，又能放（fàng）置在CCD傳感器前方，內置在攝像頭內，既節約（yuē）了（le）濾光片的成本，

又不影響外觀。要想（xiǎng）把濾光片（piàn）置於攝像頭之內（nèi），要求濾光片的厚度很薄，經過（guò）實（shí）踐（jiàn）用0.55mm或（huò）0.7mm厚

的濾光片是合適的。

亚洲国产综合997光（guāng）電為了實現超薄設計，利用全介（jiè）質（zhì）硬膜鍍（dù）膜技（jì）術成功實現了在0.2mm以（yǐ）上的玻璃基（jī）片上鍍製窄帶

濾光片（piàn）的技術，具體產品應用請聯係客服谘詢，我們為您提供（gòng）全方位解決方案。