工程师论文：人脸抓拍识别监控的成像设计与安装探析

　　摘    要：　本文对人脸抓拍识别监控的成像设计与安装设计进行了简要分析，明确了在工程建设中，其监控宽度、监控距离、镜头焦距、安装高度、俯视角等的设计方法。

　　关键词：　人脸抓拍; 监控宽度; 监控距离; 镜头焦距; 安装高度;

　　1 、引言

　　从2016年开始，以视频监控为主要建设内容的雪亮工程在全国铺开建设，各地广电运营商将其作为新业务的发展点，深入参与其中。目前，普通的高清监控随着覆盖率的提升，建设量逐渐减少，而标志着大数据、AI智能、边缘计算的智能抓拍监控逐渐成为建设主流。2018年下半年至今，东方有线已先后在上海的青浦区、金山区、嘉定区、松江区、奉贤区等地区累计获得十多亿的智慧公安项目。传统监控设计的主要关注点集中在监控的选点以及线路、电源、防雷等配套建设上，实际建设时，只要能保证画面的清晰度，就能较好地完成建设目标。而对于智能抓拍监控，为了能够准确地采集人脸、车辆的结构化数据信息，发挥优良的实战效果，仅仅保证画面的清晰度已无法满足要求，智能抓拍监控的建设面临新的挑战。

　　2 、人脸瞳距的确定

　　《用于技术设计的人体测量基础项目》（GB/T 5703—2010）在头部测量项目中规定人脸最大宽为左、右颅侧点之间的直线距离；人脸瞳距为两眼平视前方时，左、右瞳孔点之间的直线距离。

　　根据《成年人头面部尺寸》（GB/T2428—1998），中国男子头最大宽平均值为154mm，其中90%位于145～164mm之间，瞳孔间距为60mm，其中90%位于58～63mm之间；中国女子头最大宽平均值为149mm，其中90%位于141～158mm之间，瞳孔间距为58mm，其中90%位于55～62mm之间。本文在进行人脸抓拍识别监控的设计时，将以男子、女子头最大宽的统计数据和男子、女子瞳孔间距平均值的较大值60mm作为设计依据。

　　3 、人脸抓拍识别监控的成像设计

　　在视频监控工程的建设中，普通的高清监控主要以看清人的行为特征或者看清人的体貌特征为主，人脸抓拍识别监控则需要以看清人脸的细节特征为主。不同的应用目的，其成像的设计是不一样的。

　　监控摄像机的成像中，被摄场景的大小是以镜头至被摄场景的距离、镜头的焦距以及所要求成像的大小确定的。具体的成像公式为f/w=D/W或者f/h=D/H，其中：f为镜头焦距；w为成像宽度，即被摄场景在CCD/CMOS靶面上的成像宽度；D为被摄场景至镜头的距离，即摄像机到监控对象的距离；W为被摄场景的宽度；h为成像高度，即被摄场景在CCD/CMOS靶面上的成像高度；H为被摄场景的高度。
 

　　工程建设中，镜头所成图像需要将摄像机图像传感器（CCD/CMOS）全部覆盖，即需要使用和摄像机同一规格的镜头或比摄像机规格大的镜头。不同的监控摄像机，其图像传感器的靶面大小也不同。

　　在选定监控摄像机型号后，图像传感器CCD/CMOS的靶面尺寸也就固定不变了，即w与h已经固定。根据监控摄像机的成像公式，当监控的对象确定下来后，成像就由2个因素决定：摄像机镜头的焦距、摄像机到监控对象的距离。此时，摄像机的焦距与监控对象的大小成正比，摄像机到监控对象的距离与监控对象的大小成反比。即当D不变，f增大时，H及W减小，看到的监控场景变小，看到的监控对象变大，当f不变，D增加时，H及W变大，看到的监控场景变大，看到的监控对象变小。

　　本文取人脸瞳距物理距离值为60mm，而在上海地方标准《上海市住宅小区智能安全技术防范系统要求》（DB31/T294—2018）中要求人脸采集像素的瞳距为60像素，所以实际物理距离与成像像素比值为1:1。现以某厂商最新200万像素和800万像素智能人脸抓拍摄像机为例，画面成像像素分别为1920×1080、3840×2160。因此，为了保证人脸瞳距满足要求，800万像素人脸抓拍相机的成像画面宽度应为3840mm，即W=3.84m≈4m。该设备的CMOS尺寸为1/1.8寸，即7.18mm×5.32mm,w=7.18mm，根据监控摄像机的成像公式f/w=D/W，可得：f=1.87D/1000，焦距f(mm）≈2D(m）。

　　同理，200万像素人脸抓拍相机的成像画面宽度应为1920mm，即W=1.92m≈2m,CMOS尺寸相同，即w=7.18mm，根据监控摄像机的成像公式f/w=D/W，可得：f=3.74D/1000，焦距f(mm）≈4D(m）。

　　由此，人脸抓拍识别监控的成像设计中，根据通道宽度、安装位置、监控对象位置等现场情况，可以准确确定人脸抓拍摄像机和镜头的规格，明确监控宽度、监控距离和镜头焦距的设计值。

　　4、 人脸抓拍识别监控的安装设计

　　智能人脸抓拍识别监控的主要作用是获取高质量的正脸图片，使人像摄像头输出的图像质量能够满足后端动态人像应用系统的识别要求。如图1所示，人脸抓拍识别监控的安装设计中涉及的参数除监控区域宽度、监控水平距离、镜头焦距外，还包括俯视角度和设备安装高度。

　　人脸抓拍监控安装高度要求高于人体高度，需具有一定的俯视角度。一是避免被随意触摸导致调校变动；二是避免人员前后通过导致人脸出现遮挡。同时，为了避免抓取的人脸五官变形，俯角也不能太大。为了实现良好的抓拍效果，下倾角需要控制在10°左右，取人脸中心到地面高度为1.5m，可得监控摄像机安装高度H=tan0°×D+1.5，其中tan10°≈0.18。因此人脸抓拍识别监控的安装设计高度随着监控距离的变大逐渐变大，如图2所示。

　　综合前述成像设计中监控宽度、监控距离、镜头焦距的相互关系，最终可确定人脸抓拍监控的设计值。

　　5、 结语

　　智能人脸抓拍识别监控的建设水平，是动态人像卡口系统识别性能的先决条件。本文结合上海市地方标准规范的要求，对智能人脸抓拍识别监控的建设提出了可行的设计方法，旨在明确人脸抓拍识别监控的设计值，指导工程建设，使最终监控输出的人像图像质量能够满足后端动态人像应用系统的要求。经过验证，在实际工程建设中，此设计方法能准确地与现场情况匹配，可明显加强设计对施工的指导作用，简化后续系统调试阶段的工作。同样，只要CCD/CMOS图像传感器尺寸、摄像机的成像像素以及抓拍识别对象的要求像素确定，此方法也适用于其他智能识别系统工程建设的设计，如车牌抓拍识别监控等。