TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统

2017-02-03庄榕城

海峡科学 2017年11期

关键词：数码照片相片公安部

庄榕城

庄榕城

福州新大陆支付技术有限公司

该文论述了第二代身份证人像采集的产生背景以及公安部对人像照片的质量要求和标准，最后从设计思想和功能特色方面介绍TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统是如何满足公安部对二代证人像照片的技术要求。

TCH-1000 人像数码采集第二代身份证

1 第二代身份证人像数码采集系统的设计背景

随着我国市场经济的不断发展，科学技术的不断进步，第一代居民身份证的缺陷和不足愈加显现，越来越不适应当前社会形势的发展和需要。第一代居民身份证由于受当时技术条件限制，科技含量较低，制作质量和防伪性能较差，一般只能凭直观视觉验证，难以判别证件的真伪和进行人、证一致性的认定，核查手段比较落后，不利于证件和社会的各项治安管理。

居民身份证既然作为公民身份的唯一标志，在社会生活中得到广泛的应用，理应尽快适应社会的发展步伐，采用当前成熟的新技术来提高证件的质量和防伪性能。为此，公安部在经过多年调查研究和技术论证后，决定研制和推出第二代居民身份证。

人像数码照片作为第二代居民身份证的核心组成部分，对公民信息数字化将起支撑性的作用，它的质量直接关系到证件的防伪、识别、存储以及联网查询等功能。因此，公安部对第二代公民身份证的人像数码照片做了严格的要求和规定。

2 公安部二代证人像相片质量要求与标准

2.1 规格

（1）358像素（宽）×441像素（高），分辨率350dpi；

（2）24位RGB真彩色；

（3）采用JPEG压缩技术，压缩品质因子70(一般相片的文件容量在14k～20k字节之间)，符合ISO DIS 10918-1要求；

（4）白色背景，无边框。

2.2 头像大小及位置

人像在相片矩形框内水平居中，脸部宽207像素±14像素，头顶发迹距相片上边沿7像素～21像素，眼睛所在位置距相片下边沿的距离不小于207像素,当头顶发迹距相片上边沿距离与眼睛所在位置距相片下边沿的距离不能同时满足上述要求的情况下，应优先保证眼睛所在位置距相片下边沿的距离不小于207像素，特殊情况下可部分切除耸立过高的头发。

2.3 一般性要求

（1）人像清晰，层次丰富，神态自然，无明显畸变；

（2）不穿制式服装，不戴帽子，尽量穿深色有领衣服；

（3）常戴眼镜的居民应配戴眼镜，戴眼镜拍摄镜片不能有反光；

（4）正面头像，头和脸不得正斜或侧转；

（5）头发整齐，长发者应露出两耳，发髻不得盘在头顶；

（6）不佩带各种首饰，不化浓妆。

2.4 LAB参数

裁切下的照片应符合以下参数要求：L=70～78，a=11～16，b=10～15，-2≤a-b≤3，局部L值不超过90。

其中，L表示亮度，L值越大代表相片的亮度越亮。A表示从绿到红的值，A值越大，表示照片色彩越偏向红色。B表示从蓝到黄的值，B值越大，表示照片色彩越偏向黄色。

这里的L 值指的是人像数码相片里脸部肤色平均值，是公安部相片质量判断的重要依据。A、B值是指数码相片的色彩果参数，即相当于数码相片里的RGB色彩值。R代表红，G代表绿，B代表蓝。

3 TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统的功能和特点

福州新大陆支付技术有限公司作为公安行业信息化建设的专业公司，是全国“第二代居民身份证系统”的研发建设单位。为配合公安部的二代证换证工作，我们研发了一套通过公安部测试，具有自己自主知识版权的人像采集系统——TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统。

TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统严格按照公安部二代证标准，运用当今最先进的计算机技术、数码摄影技术、喷墨或热敏感成像技术，把二代证信息采集和图像采集相结合的人像采集系统；集数码相机、灯光器材、电脑软、硬件为一体，具有便携性、机动性、易用性等特点。

在该系统中，我们采用“一键式”采集方式。在拍摄环境搭建好之后，采集系统在默认参数设置下拍摄、相机图片传送到电脑，软件对图片自动定位、裁切，去背景，智能调整照片的亮度、色彩等参数，最后再从图像质量、人像位置等多方面检查相片是否符合技术的要求标准，实现拍照、裁剪、自动校正、检测“一键式”完成。

下面分别从相机控制操作、软件智能调整和结果检测等方面论述TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统是如何实现和保证采集出来的人像数码照片满足二代证的高质量要求。

3.1 相机控制操作

TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统支持多种品牌多种款式数码相机的联机操作。它通过调整相机白平衡、光圈及快门、感光度等各个参数之间的配合，使得拍摄出来的数码照片达到最佳效果。

3.1.1白平衡设置

简单地说，白平衡就是无论环境光线如何，可以把“当前的环境颜色”定义为“相对白色”的一种功能。颜色实质上就是对光线的解释，在正常光线下看起来是白颜色的东西在较暗的光线下看起来可能就不是白色，还有荧光灯下的“白”也是“非白”。对于这一切如果能调整白平衡，则在所得到的照片中就能正确地以“白”为基色来还原其他颜色。

一般的数码相机均提供白平衡调节功能，并有以下模式：

（1）白炽灯模式。使用此模式在白炽灯和灯泡照明下进行拍摄。

（2）荧光灯模式。使用此模式在荧光灯照明下进行拍摄。

（3）用户自定义模式。通过自定义模式可以取得最适合当前环境的白平衡。

二代证对于相片的色彩要求很高,因此采集相片时要使用“用户自定义模式”首先把白平衡调到最佳状态。否则拍出来的相片将会偏色，严重影响拍摄出来的色彩效果,不符合制证要求。

3.1.2光圈、快门和ISO感光度

光圈与快门都是用来调整相片的亮度，它们之间存在以下关系。

光圈越小，代表光圈值就越大（例F2.8比F4.0大），光圈每降一级，它的镜头通光量就减半（如图1所示）；惯用的光圈F值按顺序排列有1.4、2.0、2.8、4.0、5.6、6.3、8.0、11等。大体上是按2的平方根成倍增加。

而快门速度越快，快门速度提高一级（比如，快门速度从1/2秒变换到1/4秒），同样，镜头通光量的通光量也会减半。快门速度习惯上都呈倍数关系，按1秒、1/2秒、1/4秒、1/8秒、1/15秒、1/30秒、1/60秒、1/125秒、1/250秒、1/500秒、1/1000秒的序列排列。

图1

表1是用TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统通过调节光圈和快门进行人像采集的实例。

表1 TCH-1000采集人像实例

ISO感光度上的常用数字有50、100、200、400、800，如果感光度增加一倍，通光量即使减半也能够用同样曝光量曝光。但较高的ISO感光度同样也会存在图像看上去比较粗糙的问题。所以选择合适的ISO感光度，对数码相片的质量起着重要的作用。

另外，大多数的数码相机都配备有“曝光补偿”功能。将曝光补偿设置成+1档，就意味着快门速度减慢一半，或者光圈增大一倍。

3.1.3拍摄模式选择

TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统提供以下几种拍摄模式的选择：

（1）使用手动拍摄模式，对不同肤色的人员拍摄时，根据自己判断对快门和光圈进行调整。

（2）使用自动程序曝光模式，可让相机自动设置快门与光圈值，以配合不同人的肤色。

（3）使用快门优先模式，设置快门速度，相机会自动选择适合亮度的光圈值。

（4）使用光圈优先模式，设置光圈值，相机自动选择适合亮度的快门速度。

系统默认为手动拍摄模式，因为二代证对相片质量要求比较高，所以使用手动拍摄模式，对不同肤色人员拍摄时，可以通过调节快门与光圈使相片的亮度达到最佳。

综上所述，通过综合相机各个参数的调整，就可以使得拍摄出来的相片达到最佳效果。比如利用快门速度、光圈、ISO感光度及曝光补偿的配合进行人像采集时候，对相片的曝光量及曝光时间进行双向控制，最终得到最佳的相片曝光。

TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统已经提供了几套最佳相机参数值搭配的方案，通过这些方案一般能对大多数不同肤色的人群拍摄出最佳的相片效果。当然，系统还提供了参数方案管理功能，能够允许采集人员添加，保存和加载自己最适合的相机参数，达到最佳的相片拍摄效果。

3.2 软件智能调整

拍摄完最佳相片之后，我们就有了好的题材，然而，接下来，要怎样操作才能满足公安部要求的照片大小、规格和人像位置以及LAB参数呢？这要依靠软件的智能操作和调整，主要从以下几个方面着手。

3.2.1自动定位和裁切

软件接收到相机传过来的数码照片之后，通过特定的算法来自动定位人像头顶、眼睛和肩膀的位置以及脸宽等，然后再根据脸宽的大小来调整缩放比例，以满足头像的大小要求；最后按照头顶、眼睛和肩膀的位置来剪切照片，以满足头像的位置和照片的规格要求。

3.2.2背景的白色处理

一般人像数码采集拍摄出来的照片背景都不会呈现真正的纯白色，而是呈现一定的灰色，在这里用灰度值来衡量背景的颜色，它以0～255来表示，其中越接近0，颜色越黑;越接近255，颜色越白。公安部要求的白色背景就是灰度值为255的背景。在TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统中，首先要算出人像背景的灰度值，然后根据人像的位置再以一定的容差来确定照片的背景区域，最后再把确认出来的背景区域做白色处理，就满足二代证白色背景的要求。

3.2.3相片的色彩修复

虽然采集系统已经搭配好最佳的相机配置参数，能拍摄出好的数码照片效果，但这还不能保证我们拍摄出来的数码照片都能满足二代证的色彩(LAB值)的要求。这就要求软件提供自动色彩修复的功能。TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统首先会自动修正数码照片的亮度、对比度、饱和度、锐化程度等技术参数，再通过RGB色彩曲线图来调整偏色的相片到标准的LAB色彩范围。其中 RGB色彩曲线图的调整如图2所示，在微调的右上角有多种可选的色彩调整方式。采集人员可以根据实际需求，更改RGB色彩或是亮度、色彩饱和度、锐化度，并可保存为自定义方案。

图2

3.2.4相片的二次处理

相片的二次处理功能可以对仍然有色彩偏差的照片做进一步的校正，调成合格的相片；可以对合格的相片调出质量更好的效果；还可以对照片里有高光的部分(即脸部的局部L值>90，满足不了二代证标准)做自动去除。TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统中，对高光的自动去除主要通过选取旁边正常肤色的RGB值来填充，并根据高光局部L值的线性算法来保证肤色在高光部分的自然过渡。

3.2.5相片的压缩

最后，对于处理好的相片就是采用JPEG压缩技术，适当的压缩品质因子把数码照片进行压缩成只有14K～20K之内的文件。

综上所述，通过TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统，可以把从相机传送过来效果不错的原图进行自动定位、裁切、去背景、色彩修复、二次处理、压缩等操作，得到符合公安部二代证各项要求的合格数码照片。

3.3 结果检测

为了保证采集出来的二代证数码相片的质量，TCH-1000第二代身份证人像数码采集系统提供了质量控制比对功能，相片采集完成后，系统立即根据公安部的标准对数字相片的人像大小、规格、位置、色彩等参数进行自动检测、比对，并对合格的数字照片做出提示（如图3左边部分），对不合格的数字照片自动提示，给出不合格具体原因，以及数值和标准值的比照（如图3右边部分）。