介紹:前一篇文章寫的人臉識別中的活體檢測 - 知乎專欄提到，根據皮膚和其他材料在光譜反射率上的差異，可以有效防止偽造人臉攻擊。人臉偽裝檢測采用紅外(近紅外)成像技術，結合可見光成像選擇兩個波段進行。或者使用850nm近紅外光排除了無法控制的可見光，大大提高了活體檢測的識別能力。本文主要討論紅外人臉識別過度曝光等問題。
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1. 紅外攝像技術和紅外人臉識別
可見光傳感器捕獲的圖像富含場景信息，但容易受到天氣和光強的影響，無法探測隱藏目標。紅外傳感器捕獲的圖像主要用于收集、探測和定位熱目標和低照度目標，但其對細節和場景的信息反應能力較差。
紅外攝像技術分為被動紅外攝像技術和主動紅外攝像技術。被動紅外攝像技術是利用任何物體在絕對零度(-273℃)以上都有紅外光發射的原理。由于人體和發熱物體發出的紅外光較強，其他非發熱物體發出的紅外光非常弱，因此可以通過使用特殊的紅外攝像機實現夜間紅外光成像，也可以用作低照度攝像頭或需要圖像采集的光路棒。
由于設備成本高，不能反映周圍環境條件，被動紅外攝像技術很少被采用。主動紅外攝像技術是利用特殊的紅外燈人工產生紅外輻射，產生普通攝像機能捕捉到的紅外光，輻射照明景觀和環境，利用普通的低照度CCD黑白攝像機或使用“白天彩色夜間自動變黑白”的攝像機或紅外低照度彩色攝像機去感受周圍環境反射回來的紅外光，從而實現影像采集。人的肉眼看不到紅外線，因為相機用CCD感應所有的光線，導致拍攝的圖像與肉眼只看到可見光的圖像非常不同。為了解決這個問題，高端紅外攝像機通常配備雙濾光片（IR-CUT），IR-CUT雙濾光片由紅外截止濾光片和全光譜光學玻璃組成。當鏡頭外的紅外感應點檢測到光的強度時，內置IR-CUT雙濾光片可根據外光的強度自動切換，即白天打開紅外濾光片，過濾掉光線中的紅外線，讓CCD在白天只能感應到可見光，這樣就使數碼攝像機拍攝到的影像和我們肉眼看到的影像相一致了。晚上關閉紅外濾光片，讓補光的紅外線通過鏡頭進入圖像，保證攝像頭24小時圖像采集效果好。目前，大多數紅外攝像頭都使用它LED紅外發光二級管是紅外攝像機的主要補光材料。晚上關閉紅外濾光片，讓補光的紅外線通過鏡頭進入圖像，保證攝像頭24小時圖像采集效果好。目前，大多數紅外攝像頭都使用它LED紅外發光二級管是紅外攝像機的主要補光材料。
人臉皮膚在紅外光譜段，特別是中波紅外和長波紅外，能吸收大量的入射能量，反射率高。同時，紅外人臉圖像與可見光人臉圖像有許多不同的特點，如光不變性。正是由于紅外成像和可見光成像的不同機制以及紅外人臉圖像的這些特點，紅外人臉識別與可見光人臉識別相比具有一定的特點。紅外人臉識別具有很強的抗干擾性。紅外圖像是獨立和可見光成像的，因此紅外人臉識別性能不受環境光變化的影響。紅外熱像儀可以在完全黑暗的情況下成像，因此人臉識別可以在夜間進行。紅外人臉識別不受偽裝的影響，即使是化妝或整容后的人臉，紅外人臉識別也具有很強的抗欺騙性。然而，如果我們想廣泛應用和發揮紅外人臉識別技術的優勢，需要解決相應的紅外攝像設備采集距離有限、圖像識別度低等問題。
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2. 存在的問題及解決方案
隨著安全防范行業的不斷發展和技術的不斷更新，配備紅外光源的前端視頻采集設備在視頻監控領域發揮著更加突出的作用。為了更好地利用紅外光源采集的優點，我們必須了解紅外相機領域的缺點及其解決方案。例如，在工程應用中，我們經常遇到的手電筒效應是早期紅外相機的弱點之一。
手電筒效應:相機畫面的某一部分，光線照射強烈，就像一束光，讓人覺得畫面光束不均勻。因此，有些人稱之為手電筒現象。主要原因是紅外燈的發射角度太窄，即比相機的鏡頭角度小得多，照射在相機的攝入范圍內，紅外照射面積亮度很高，與周圍未照射區域形成很大的對比，導致成像效果很差。解決辦法是增加紅外燈角度或減小鏡頭角度。可采用雙聯動紅外燈分組啟動機制，使雙層紅外燈板亮度均勻，有效避免手電筒效應。紅外燈用于近距離監控，當攝像頭變大時，設備會自動啟用激光照明。
暗角現象：圖片周圍的腳很暗，就像光線被遮擋一樣。原因是紅外燈反射導致鏡頭聚光不良。解決方案是使用雙玻璃將鏡頭與紅外光源分開。
紅外曝光現象：這種現象是本次測試的主要研究問題。對于一些室內、半室外低照度或夜間場景，普通紅外攝像頭經常出現圖片曝光現象。具體來說，靠近相機的物體會反射更多的紅外光，如人臉識別領域的人臉曝光。
從下圖可以清楚地看出，兩種不同的紅外圖片在成像上有很大的不同。左圖曝光現象非常嚴重，幾乎整個面部曝光較大，右圖更合理，明暗，面部特征和背景可以很好地區分，雖然過度曝光可能檢測到面部，但失去了大部分面部細節，對特征提取和分類識別有很大影響，如果右圖可以處理圖像，其清晰的面部特征將給面部識別算法帶來很大的幫助。
經分析發現，補光燈板的設計非常重要。當使用普通背照紅外補光燈板時(光譜功率分布為波長830~950nm），由于紅外燈排列成一定角度（環形或上下兩排），照射距離也會導致多個紅外燈束疊加在一起，導致圖片過度偏差。這種現象是上述紅外曝光，嚴重影響觀看效果，導致圖像細節丟失。紅外曝光現象就像圖像噪聲一樣，是一個客觀的、不可避免的問題，只能通過一些硬件處理或圖像處理技術來彌補。從某種意義上說，紅外曝光現象是由于我們希望在低光場景下盡可能多地進入相機。因此，必須弱化過亮的強光，否則會反射更多的紅外光，容易過度曝光干擾成像效果。
目前，紅外過曝現象的解決主要從兩個方面：
(1)紅外補光控制:
①一些企業對車牌夜間反射問題提出了一些改進措施：縮短距離，使車牌面積比例盡可能大；調整角度，嘗試調整相機角度，減少車牌反射光角度；因為反射膜反射光源，可以增加額外的紅外光，與相機成一定距離。
②目前，一些紅外燈板制造商提供更先進的服務IC控制，紅外燈根據光敏電阻的輸出閥值確定紅外補光燈的亮度，以免過度曝光中心變白。此外，紅外燈的照射更加均勻，燈泡逐漸轉向單個和高能，效果正常。近距離人物圖像人臉一般會變白過曝，S ** rt LED技術可以自動識別和軟化圖像，防止過度曝光，使監控圖像更加清晰 。
③一些安全企業開發了具有菜單設置功能的紅外光強度可調的紅外攝像模塊，旨在根據不同的監控場景需要進行調整。例如，冷光源智能紅外攝像頭在光源控制方面取得了新的突破。所謂智能，就是攝像頭會根據圖片亮度自動調整紅外光強度，有效避免夜間人臉過度曝光。
④可以看出，當假設外部光和曝光時間一定時，紅外光組強度越大，收集的圖像越多，紅外光對捕獲紅外圖像的作用越大；同樣，在其他條件下，圖片曝光與曝光時間成正比；但當曝光超過一定閾值時，圖片會出現局部過度曝光或完全過度曝光，極大地影響觀看和圖片特征提取。但這只是初步估計，可能的過曝現象是通過設置補光燈組強度亮度反饋自動補償來解決的。因為我們想要獲得更多的進光量，同時也不想有過度曝光，這兩者是矛盾的，需要妥協。
（2）從圖像處理相關方面：
①現在所有有高端紅外攝像機都將集成 ** ART-IR采用先進技術DSP紅外燈亮度自動調節采用智能圖像處理技術。該技術通過檢測圖像多塊亮度智能調整亮度曲線，防止圖像過度曝光和曝光不足，可以更好地檢測紅外燈亮度變化，解決中心點過度曝光和紅外攝像題，確保近距離物體紅外效果，使圖像亮度均勻分布，圖像恢復更真實、更精致，如上圖。
②研究表明： 均值濾波和中值濾波可用于相關處理。紅外圖像反映了目標背景紅外輻射或自身紅外輻射空間的分布特征，灰度值反映了不同的輻射亮度。根據紅外夜視圖像的信噪比和對比度較低的特點，雖然平均過濾后的圖像去除了大部分噪聲，但圖像細節存在一定的模糊現象，中值過濾后的紅外圖像細節保持更清晰、更完整。然而，該方法最多可以消除一些噪聲，無法根除。
③某碩士論文采用相機自動調節曝光值的方法解決，圖片通過HDR處理后，細節和光線發生了微妙的變化。HDR照片由多張照片組成，因此需要拍攝多張不同曝光值的照片，以表達不同亮度的細節。所需的照片數量應根據現場光線條件確定。強大的環境光導致較大的光比，需要拍攝的照片數量越多。處理后的照片可以很好地顯示因過曝而失去的細節。
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由于紅外圖像用戶體驗差（記得朋友嘲笑肖像視覺），慢慢一些產品如出勤機、門禁、人臉鎖等為了更好的體驗效果已經開始使用雙攝像頭，可見光攝像頭向用戶呈現彩色圖片，紅外攝像頭用于人臉識別。一方面增加了成本，另一方面，上述過曝等現象仍會導致算法出現一些錯誤。因此，人臉活體檢測算法的發展逐漸展開，形成了以圖像質量評價為主的趨勢。可見光可以光可以直接用于拋開紅外成像，也可以達到良好的防偽效果。
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