TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統

莊榕城

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TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統

莊榕城

福州新大陸支付技術有限公司

該文論述了第二代身份證人像采集的產生背景以及公安部對人像照片的質量要求和標準，最后從設計思想和功能特色方面介紹TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統是如何滿足公安部對二代證人像照片的技術要求。

TCH-1000 人像數碼采集 第二代身份證

1 第二代身份證人像數碼采集系統的設計背景

隨著我國市場經濟的不斷發展，科學技術的不斷進步，第一代居民身份證的缺陷和不足愈加顯現，越來越不適應當前社會形勢的發展和需要。第一代居民身份證由于受當時技術條件限制，科技含量較低，制作質量和防偽性能較差，一般只能憑直觀視覺驗證，難以判別證件的真偽和進行人、證一致性的認定，核查手段比較落后，不利于證件和社會的各項治安管理。

居民身份證既然作為公民身份的唯一標志，在社會生活中得到廣泛的應用，理應盡快適應社會的發展步伐，采用當前成熟的新技術來提高證件的質量和防偽性能。為此，公安部在經過多年調查研究和技術論證后，決定研制和推出第二代居民身份證。

人像數碼照片作為第二代居民身份證的核心組成部分，對公民信息數字化將起支撐性的作用，它的質量直接關系到證件的防偽、識別、存儲以及聯網查詢等功能。因此，公安部對第二代公民身份證的人像數碼照片做了嚴格的要求和規定。

2 公安部二代證人像相片質量要求與標準

2.1 規格

（1）358像素（寬）×441像素（高），分辨率350dpi；

（2）24位RGB真彩色；

（3）采用JPEG壓縮技術，壓縮品質因子70(一般相片的文件容量在14k～20k字節之間)，符合ISO DIS 10918-1要求；

（4）白色背景，無邊框。

2.2 頭像大小及位置

人像在相片矩形框內水平居中，臉部寬207像素±14像素，頭頂發跡距相片上邊沿7像素～21像素，眼睛所在位置距相片下邊沿的距離不小于207像素,當頭頂發跡距相片上邊沿距離與眼睛所在位置距相片下邊沿的距離不能同時滿足上述要求的情況下，應優先保證眼睛所在位置距相片下邊沿的距離不小于207像素，特殊情況下可部分切除聳立過高的頭發。

2.3 一般性要求

（1）人像清晰，層次豐富，神態自然，無明顯畸變；

（2）不穿制式服裝，不戴帽子，盡量穿深色有領衣服；

（3）常戴眼鏡的居民應配戴眼鏡，戴眼鏡拍攝鏡片不能有反光；

（4）正面頭像，頭和臉不得正斜或側轉；

（5）頭發整齊，長發者應露出兩耳，發髻不得盤在頭頂；

（6）不佩帶各種首飾，不化濃妝。

2.4 LAB參數

裁切下的照片應符合以下參數要求：L=70～78，a=11～16，b=10～15，-2≤a-b≤3，局部L值不超過90。

其中，L表示亮度，L值越大代表相片的亮度越亮。A表示從綠到紅的值，A值越大，表示照片色彩越偏向紅色。B表示從藍到黃的值，B值越大，表示照片色彩越偏向黃色。

這里的L 值指的是人像數碼相片里臉部膚色平均值，是公安部相片質量判斷的重要依據。A、B值是指數碼相片的色彩果參數，即相當于數碼相片里的RGB色彩值。R代表紅，G代表綠，B代表藍。

3 TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統的功能和特點

福州新大陸支付技術有限公司作為公安行業信息化建設的專業公司，是全國“第二代居民身份證系統”的研發建設單位。為配合公安部的二代證換證工作，我們研發了一套通過公安部測試，具有自己自主知識版權的人像采集系統——TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統。

TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統嚴格按照公安部二代證標準，運用當今最先進的計算機技術、數碼攝影技術、噴墨或熱敏感成像技術，把二代證信息采集和圖像采集相結合的人像采集系統；集數碼相機、燈光器材、電腦軟、硬件為一體，具有便攜性、機動性、易用性等特點。

在該系統中，我們采用“一鍵式”采集方式。在拍攝環境搭建好之后，采集系統在默認參數設置下拍攝、相機圖片傳送到電腦，軟件對圖片自動定位、裁切，去背景，智能調整照片的亮度、色彩等參數，最后再從圖像質量、人像位置等多方面檢查相片是否符合技術的要求標準，實現拍照、裁剪、自動校正、檢測“一鍵式”完成。

下面分別從相機控制操作、軟件智能調整和結果檢測等方面論述TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統是如何實現和保證采集出來的人像數碼照片滿足二代證的高質量要求。

3.1 相機控制操作

TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統支持多種品牌多種款式數碼相機的聯機操作。它通過調整相機白平衡、光圈及快門、感光度等各個參數之間的配合，使得拍攝出來的數碼照片達到最佳效果。

3.1.1白平衡設置

簡單地說，白平衡就是無論環境光線如何，可以把“當前的環境顏色”定義為“相對白色”的一種功能。顏色實質上就是對光線的解釋，在正常光線下看起來是白顏色的東西在較暗的光線下看起來可能就不是白色，還有熒光燈下的“白”也是“非白”。對于這一切如果能調整白平衡，則在所得到的照片中就能正確地以“白”為基色來還原其他顏色。

一般的數碼相機均提供白平衡調節功能，并有以下模式：

（1）白熾燈模式。使用此模式在白熾燈和燈泡照明下進行拍攝。

（2）熒光燈模式。使用此模式在熒光燈照明下進行拍攝。

（3）用戶自定義模式。通過自定義模式可以取得最適合當前環境的白平衡。

二代證對于相片的色彩要求很高,因此采集相片時要使用“用戶自定義模式”首先把白平衡調到最佳狀態。否則拍出來的相片將會偏色，嚴重影響拍攝出來的色彩效果,不符合制證要求。

3.1.2光圈、快門和ISO感光度

光圈與快門都是用來調整相片的亮度，它們之間存在以下關系。

光圈越小，代表光圈值就越大（例F2.8比F4.0大），光圈每降一級，它的鏡頭通光量就減半（如圖1所示）；慣用的光圈F值按順序排列有1.4、2.0、2.8、4.0、5.6、6.3、8.0、11等。大體上是按2的平方根成倍增加。

而快門速度越快，快門速度提高一級（比如，快門速度從1/2秒變換到1/4秒），同樣，鏡頭通光量的通光量也會減半?？扉T速度習慣上都呈倍數關系，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。

圖1

表1是用TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統通過調節光圈和快門進行人像采集的實例。

表1 TCH-1000采集人像實例

ISO感光度上的常用數字有50、100、200、400、800，如果感光度增加一倍，通光量即使減半也能夠用同樣曝光量曝光。但較高的ISO感光度同樣也會存在圖像看上去比較粗糙的問題。所以選擇合適的ISO感光度，對數碼相片的質量起著重要的作用。

另外，大多數的數碼相機都配備有“曝光補償”功能。將曝光補償設置成+1檔，就意味著快門速度減慢一半，或者光圈增大一倍。

3.1.3拍攝模式選擇

TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統提供以下幾種拍攝模式的選擇：

（1）使用手動拍攝模式，對不同膚色的人員拍攝時，根據自己判斷對快門和光圈進行調整。

（2）使用自動程序曝光模式，可讓相機自動設置快門與光圈值，以配合不同人的膚色。

（3）使用快門優先模式，設置快門速度，相機會自動選擇適合亮度的光圈值。

（4）使用光圈優先模式，設置光圈值，相機自動選擇適合亮度的快門速度。

系統默認為手動拍攝模式，因為二代證對相片質量要求比較高，所以使用手動拍攝模式，對不同膚色人員拍攝時，可以通過調節快門與光圈使相片的亮度達到最佳。

綜上所述，通過綜合相機各個參數的調整，就可以使得拍攝出來的相片達到最佳效果。比如利用快門速度、光圈、ISO感光度及曝光補償的配合進行人像采集時候，對相片的曝光量及曝光時間進行雙向控制，最終得到最佳的相片曝光。

TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統已經提供了幾套最佳相機參數值搭配的方案，通過這些方案一般能對大多數不同膚色的人群拍攝出最佳的相片效果。當然，系統還提供了參數方案管理功能，能夠允許采集人員添加，保存和加載自己最適合的相機參數，達到最佳的相片拍攝效果。

3.2 軟件智能調整

拍攝完最佳相片之后，我們就有了好的題材，然而，接下來，要怎樣操作才能滿足公安部要求的照片大小、規格和人像位置以及LAB參數呢？這要依靠軟件的智能操作和調整，主要從以下幾個方面著手。

3.2.1自動定位和裁切

軟件接收到相機傳過來的數碼照片之后，通過特定的算法來自動定位人像頭頂、眼睛和肩膀的位置以及臉寬等，然后再根據臉寬的大小來調整縮放比例，以滿足頭像的大小要求；最后按照頭頂、眼睛和肩膀的位置來剪切照片，以滿足頭像的位置和照片的規格要求。

3.2.2背景的白色處理

一般人像數碼采集拍攝出來的照片背景都不會呈現真正的純白色，而是呈現一定的灰色，在這里用灰度值來衡量背景的顏色，它以0～255來表示，其中越接近0，顏色越黑;越接近255，顏色越白。公安部要求的白色背景就是灰度值為255的背景。在TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統中，首先要算出人像背景的灰度值，然后根據人像的位置再以一定的容差來確定照片的背景區域，最后再把確認出來的背景區域做白色處理，就滿足二代證白色背景的要求。

3.2.3相片的色彩修復

雖然采集系統已經搭配好最佳的相機配置參數，能拍攝出好的數碼照片效果，但這還不能保證我們拍攝出來的數碼照片都能滿足二代證的色彩(LAB值)的要求。這就要求軟件提供自動色彩修復的功能。TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統首先會自動修正數碼照片的亮度、對比度、飽和度、銳化程度等技術參數，再通過RGB色彩曲線圖來調整偏色的相片到標準的LAB色彩范圍。其中 RGB色彩曲線圖的調整如圖2所示，在微調的右上角有多種可選的色彩調整方式。采集人員可以根據實際需求，更改RGB色彩或是亮度、色彩飽和度、銳化度，并可保存為自定義方案。

圖2

3.2.4相片的二次處理

相片的二次處理功能可以對仍然有色彩偏差的照片做進一步的校正，調成合格的相片；可以對合格的相片調出質量更好的效果；還可以對照片里有高光的部分(即臉部的局部L值>90，滿足不了二代證標準)做自動去除。TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統中，對高光的自動去除主要通過選取旁邊正常膚色的RGB值來填充，并根據高光局部L值的線性算法來保證膚色在高光部分的自然過渡。

3.2.5相片的壓縮

最后，對于處理好的相片就是采用JPEG壓縮技術，適當的壓縮品質因子把數碼照片進行壓縮成只有14K～20K之內的文件。

綜上所述，通過TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統，可以把從相機傳送過來效果不錯的原圖進行自動定位、裁切、去背景、色彩修復、二次處理、壓縮等操作，得到符合公安部二代證各項要求的合格數碼照片。

3.3 結果檢測

為了保證采集出來的二代證數碼相片的質量，TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統提供了質量控制比對功能，相片采集完成后，系統立即根據公安部的標準對數字相片的人像大小、規格、位置、色彩等參數進行自動檢測、比對，并對合格的數字照片做出提示（如圖3左邊部分），對不合格的數字照片自動提示，給出不合格具體原因，以及數值和標準值的比照（如圖3右邊部分）。

圖3

4 結束語

TCH-1000第二代身份證人像數碼采集系統改變了傳統的成像技術，融合了當今最先進的計算機技術、照相技術，使用計算機控制人像拍攝，實現采集、裁剪、顏色修正、質量判斷一次性完成的功能，并且保證相片質量完全符合第二代身份證人像照片的標準，這為今后的人像數碼采集和制證開辟了新的捷徑。

[1] 公安部. 居民身份證制證用數字相片技術要求: GA 461-2004[S].