考试信息采集工作中的微机摄像技术杂谈

考试信息采集工作中的微机摄像技术杂谈

2002-06

一、背景与现状

微机摄像技术，是利用摄像头、数码相机等图像采集设备，将影像直接输入到计算机中而获得照片文件的方法，它是计算机多媒体技术的一个分支。1996 年，为了防止考生替考，河北省邢台市第一次在招生工作中利用微机摄像技术，直接采集考生头像信息，在实际工作中起到显著效果，为此，教育部考试中心还专门就此发过简报，希望各地考试部门重视该技术在考试领域中的应用。近年，各省市纷纷采取这项技术应用于招生、考试领域。经过多年的发展，该技术已经在全国范围内推广使用，并且广泛应用于高考、自考、成人、中考、会考以及面向留学生的汉语考试等各种考试之中。其应用目的也从单纯的防作弊扩展到将该图像信息与其他考生基本信息、成绩信息等综合成为考生全面信息进行应用。由于各省、市采用的设备、编程工具不同，工作效率和图像质量有很大差别，为此，结合多年的实践应用经验，加以简要描述和总结。

二、设备方案比较

用于采集考生人像信息的设备大致可以归纳为工业摄像头、数码相机、 USB 接口摄像头 (电子眼 ) 等三大类。

1 、工业摄像头

工业摄像头是标准的视频采集设备。从色彩方面区分，工业摄像头分为黑白和彩色两种；从感光片(CCD) 方面区分，基本为 1/2 、 1/3 和 1/4( 厘米高度 ) 三种。早期一般采用黑白摄像头， 1997 年之后，彩色图像处理技术和图象压缩技术成熟，基本采用彩色摄像头。彩色摄像头照度高、抗噪声能力强、精度够用。

由于工业摄像头输出的是模拟信号，而计算机存储的是数字文件，所以需要由模拟信号到数字信号的转换设备。目前最常用的转换设备是计算机内置PCI 总线图象采集卡，早期也有并口外置图像转换盒， 2000 年市场出现了 USB 口外置图像转换盒。不管采取哪种转换设备，其工作原理大致一样，即通过转换设备将从工业摄像头接收的模拟信号转换成数字信号，再送给微机进行处理。工作示意图如下：

PCI总线彩色静态图像采集卡, 总线带宽较宽，其最大的优点是速度快，可将所采集的高分辨率图像实时显示在计算机屏幕上。在每秒30祯 的情况下，好的采集卡可以达到 768 x 576分辨率，相当于44万像素；低档采集卡可以达到 320 x 240 分辨率，相当于8万像素。图像采集卡既高效又方便操作，且价格适中，对用户来说具有最佳的性能价格比。其缺点是须使用台式微机。

并口外置图像转换盒属于早期的低速产品，获取图象的质量比 图像采集卡低。该设备 1997年曾经流行， 随着高速 USB口的出现，这种设备基本退出市场。 USB 口外置图像转换盒是近期出现的产品，速度较快。由于其采用电视标准，最佳分辨率为320 x 240 。转换盒的优点是可以直接连接笔记本电脑。

三种转换设备的比较如下：

形式性 能

图像采集卡

USB口图像

转换盒

并口图像

转换盒

速度

快

中

慢

应用微机

台式机

可以使用笔记本电脑

最大分辨率

768x 576

320x 240

程序可控性

强

一般

图像 质 量

高

一般

如果采用工业摄像头，无论利用以上哪一种 图像转换设备，都可以实现在报名时图像与考生基本信息的实时一一对应。目前，绝大多数单位都采用计算机内置高档图像采集卡与工业摄像头配合使用。

另外，也可以用摄象机和数字摄象机代替工业摄像头作为模拟信号采集设备，只是价格比较贵。

2 、数码相机

数码相机是可以直接获取数字照片的流行设备。目前数码相机分辨率都很高，而且可以自由调整焦距，所以是采集照片的通用设备。但是，目前所有数码相机都不能做到在按动快门照相的时候将图像立刻传到微机中，而需要事后通过传输线或存储卡 ( CF卡 )将数 据转移到微机中，所以不能够实现图象信息与考生基本信息的现场同步；且一直困扰数码相机发展的重要技术问题在于相机要求轻便，但散热却难以解决，所以，只适合比较少的考生情况，比如小区县的高考报名，而不适合大规模集中报名使用。

3 、 USB 接口摄像头

USB 接口摄像头，也叫电子眼，是直接的数字化图像获取设备，可以与笔记本联合使用，直接进行照像。该设备同时克服了工业摄像头需要图像转换设备和数码相机不能实现现场同步的缺点，为操作人员带来了一定的方便。但是，由于 USB 接口摄像头采用 1/4 CCD或相当规格的 CMOS 作为感光器，而且所有摄像头都采用小光圈镜头，要照人头像只能在一米距离之内，会对被摄人造成压抑感，不易于操作，甚至会造成图象变形。由于受传输速率的限制，该设备的物理图像分辨率为384 x 288 。虽然某些型号提供 640 x 480 的图像，但是因为是数值插值的结果，并不能够提高图象质量，在实际工作中没有太大意义。所以也不适合大规模摄像。

4 、工业摄像头、数码相机、 USB 接口摄像头比较

这三种方案各有利、弊，各单位可以根据实际情况选用。一般情况，根据考试机构所采集的数量规模和时间应首选快捷耐用的工业摄像头方案；道路交通不方便并且报名和处理比较分散的单位可采用数码相机或USB 接口摄像头，并直接使用笔记本电脑。各方案比较如下：

比较 指 标

工业摄像头

+ 图像采集卡

数码 相 机

USB接口

摄像头

速度

30祯/秒，连续

分时

有置后感觉

最高分辨率

768x 576

1024x 768

384x 288

价格

￥5000到7000

￥5000到15000

￥1200以下

编程可控性

完全可控

基本不可控

依赖于TWAIN

设备适应性

固定图像采集卡

任意品牌摄像头

所有品牌

绝大多数品牌

软件操作性

简单

复杂

一般

调焦方便性

方便

不太方便

移动 性

只能用台式机

可以用笔记本

被摄像人感觉

正常

1米左右，有压抑感

照片质量

正常

变形

5 、发展

不久前，为了适应招生工作的需要，北京华电园信息技术公司已经研制出了结合工业摄像头和 USB口摄像头优点的新产品。它既省去了视频转换设备而象 USB 口摄像头可以一样直接应用于笔记本电脑，又可以像工业摄像头一样安装大口径镜头而方便实际操作，且图象质量完全满足考试工作需要。该产品样机已经研制成功乐鱼体育，申请了专利，并很快投入大批量生产。

三、编程方法与操作步骤比较

1 、开发工具

很多单位都编制了用于招生和考务考籍管理工作的程序，编程工具也不同，最常用的是 MS VisualFoxPro( 简称 VFP) 、 MS Visual Basic( 简称 VB) 和 Power Builder( 简称PB) 。由于大多数招生单位都有 DBASE III 和 FoxPro 操作的经验，加上用 VFP 可以非常方便地绘制表格，在市县区招生单位，用VFP 编制的程序最受欢迎。但是，由于 VFP 是小型数据库，对于象自考这样的数据量大且需要集中处理的情况，必须使用大型数据库系统，如SQL Server 、 Oracle 等。 PB 是大型数据库开发比较方便的工具，而且 PB 的 Data Window概念极适合大型数据处理，所以利用 PB 处理自考数据最合适。由于 VB 普及不如 VFP ，报表处理方便性不如 PB ，所以应用比较少。

2 、图像编程接口与摄像时的操作步骤

与工业摄像头配套的图像采集卡一般提供编程接口，可以与 VFP 、 PB 等开发环境进行完全融合、无逢连接。

极少数品牌 USB 口摄像头提供硬件直接驱动，可以做到与开发环境无缝连接。 1999年后的产品一般使用 TWAIN 标准图象接口技术，其优点不用对每一种摄像头单独编程。利用该方法编制的考务专用驱动程序，大多需要调用厂家提供的摄像界面，但却使操作过程多了一个步骤。

(1) 工业摄像头方案操作步骤：

开始摄像→ 抓取照片。

部分单位提供的程序带有取景框，以适应考生脸形及身材的变化。相应步骤如下：

开始摄像→静祯→ 调整取景框→抓取照片

(2) USB 口摄像头 ( 电子眼 ) 方案操作步骤：

开始摄像→静祯→抓取照片

某些电子眼也可以去掉“ 静祯”这一步而直接抓取照片。

由于 USB 口摄像头提供的图象是宽 : 高 =4:3 ，与实际要求的宽 : 高 =3:4正好相反，所以leyucom乐鱼官网，有经验的程序提供单位会在抓取照片的同时做自动后处理，截取正确的照片区域。

(3) 数码相机操作步骤

数码相机目前还不能够提供实时数据传输，所以采取批量照相、事后倒出的方法。操作过程中一定要注意不要搞错顺序。

3 、图像存放方法

目前的软件有两种存放图像的方法，即存放于数据库内和直接以文件方式保存。不论 VFP 还是PB 提取数据库的图象都需要费一些周折，速度相对慢一些，且掌握应用这种技术的开发单位有限。把图像直接以文件方式保存比较直接，容易开发，但由于所有以文件方式保存图像文件的程序，在考生基本信息和图像之间都以某种索引号为指针依据，在实际操作过程中，尤其是在摄像现场，总会由于各种原因偶尔出现异常现象，会造成考生基本信息与图像不能一一对应的现象。

四、经验数据

�牐牐薄� 照片形式及照片文件的最佳尺寸

�牐犝掌�主要是突出脸部特征，一定要获取类似身份证照片的大头相，能照到颈部即可，不需要照全肩部。

�牐牥凑斩嗄昃�验，照片文件的最佳尺寸为 512x384( 高 x 宽 ) 点，相应的彩色文件压缩后约25K ，这样的图像可以打印出清晰的二寸照片。用 448 x 336 也可以。采用工业摄象头，最小尺寸为 384 x 288，再小则打印出来的照片会不清晰。

�牐燯SB 接口摄象头 ( 电子眼 ) 在传输速度可接受的情况下，可以采集到 288 x216 点 ( 高 x 宽 ) 或 240x180 点的照片，图象压缩后约 15K 。经过试验，该尺寸的照片可以满足打印质量要求。

�牐犑�码相机参数选取最低档次即可，注意照相时将相机竖过来操作，以获取竖向照片。

�牐�1998 年至 2001 年高考远程录取上报的图象尺寸为 150x112 ，相应的图象压缩后约4K 。该图象在显示器上约 2 寸，占 1/4 高度的屏幕，很清晰。打印照片时有半毫米左右的锯齿，瞳孔呈菱形，仍可以进行辩识，但是作为证件照片，已经不能满足清晰度要求。

�牐犛捎谌�国自考考务考籍系统提供的程序可以自己设置图像大小，部分单位获取的照片文件过小，虽然在计算机上看很清晰，但是打印证件时，照片质量存在问题。

�牐�2 、工业摄像头、镜头及图像采集卡的参数

�牐牼�过试验， 1/4 CCD 的工业摄像头不能满足要求。如果资金允许，最好采用 1/2CCD 的日本产彩色摄像头。目前普遍采用的是 1/3 CCD 的日本品牌彩色摄像头。前者价格比后者贵一倍。

�牐牼低芬�采用 16mm 规格。如果用 1/2 CCD 摄像头，对镜头生产厂家要求不高；如果用1/3 CCD 摄像头，只能采用日本精工可变光圈镜头，国内品牌产品及仿制精工产品的清晰度都不能够满足要求。

�牐犕枷癫杉�卡款式较多，从质量和使用方便角度，首推清华大学研制的产品，其最大分辨率可以达到768( 宽 ) x 576( 高 ) 点leyucom乐鱼官网，而且可以适应各种计算机显示卡。在满足质量要求的前提下，性能价格比较高的方案是：

�牐犎毡酒放� 1/3 CCD 摄像头 + 彩色图像采集卡 + 日本精工 16mm 镜头。

�牐犛行┑ノ灰不崽岢鲇蒙阆裢分苯佣哉掌�取相的要求，那么要配备专门的变焦镜头。

�牐�3 、每套设备处理考生人数

�牐犚话闱榭觯�若分散照相，每一个报名点需要配备一套摄像系统。若集中照相，一般每 5000考生配备一套系统。操作熟练并组织有序的情况下，每套设备每天可以为 1000 人照相。若自由报名，每天可处理 500 考生。

�牐�4 、打印机要求

�牐牨匦胧褂眉す獯蛴』�输出报名表、体检表、成绩册等带有照片的表格。打印机分辨率最少是 600dpi，即每英寸 600 点。一般使用黑白打印机，有条件的单位可以使用彩色激光打印机。平均每 5000 考生配备一台打印机。

�牐�5 、背景布、灯光与照相距离

�牐犛肫胀ㄕ障嘁谎�，正确使用灯光与背景布可以明显提高照片的质量。背景布以选取浅蓝色，垂感和吸光较好为宜。材料以棉布，毛涤为好。如果所使用的摄像头颜色偏冷( 偏蓝 ) ，最好使用深蓝色背景布。

�牐犎绻�使用 1/2 CCD 摄像头，对灯光要求不高。晴朗天气窗户较大的教室基本不需要灯光或利用日光灯即可以。如果采用1/3 CCD 摄像头，一定需要摄影灯。一台前灯基本满足要求，最好利用两台侧灯。灯具可以是专业摄影灯，也可以是舞台灯。如果使用一台前灯，可以摆放在被摄人前方偏左10 度，以不妨碍摄像头为准；如果使用两台侧灯，分别摆放在被摄人前方两侧 10 度和 30 度，不要完全对称，这样立体感好。灯光距离大约2 米。

�牐犙∪� 16mm 镜头的最佳照相距离为 2 米左右。

邹国强