專利名稱：一種情景模式的智能門禁系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于門禁系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
家居智能化是未來的發(fā)展趨勢，其目的是能根據(jù)情景感知提供便捷、舒適和安全的服務(wù)。情景感知一般被劃分為3個(gè)方面:環(huán)境、人的活動(dòng)及其生理狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述方面的有效檢測是實(shí)現(xiàn)家居智能化的基礎(chǔ)。對(duì)于傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)，一般通過主動(dòng)驗(yàn)證的方式進(jìn)入，如密碼輸入，RFID等，這種可分離式的鑒別手段易被盜用。而生物屬性由于其可標(biāo)識(shí)性和安全性，在門禁系統(tǒng)也得到了應(yīng)用，如指紋、聲音、人臉、虹膜等。但是，上述類型的門禁系統(tǒng)對(duì)于人的活動(dòng)不能檢測，因此不能實(shí)現(xiàn)有效的情景感知，在一定程度上不能滿足未來家居智能化的發(fā)展需求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，通過對(duì)情景的感知，保證門禁系統(tǒng)的智能、節(jié)能、可靠及應(yīng)用和擴(kuò)展方便，能適應(yīng)未來家居智能化的發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其包括人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊、人臉圖像采集模塊、控制單元、無線節(jié)點(diǎn)、GSM/GPRS模塊、電磁閥、電動(dòng)窗簾和照明設(shè)備；其中，所述控制單元分別與所述人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊、人臉圖像采集模塊和GSM/GPRS模塊相連，并通過串口與所述無線節(jié)點(diǎn)相連；所述無線節(jié)點(diǎn)再與所述電磁閥、電動(dòng)窗簾及照明設(shè)備相連；其中，所述控制單元對(duì)所述人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊和所述人臉圖像采集模塊傳輸?shù)膱D像信號(hào)進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)檢測和人臉識(shí)別；當(dāng)檢測到有目標(biāo)進(jìn)入家門，在一段時(shí)限內(nèi)，所述控制單元啟動(dòng)對(duì)人臉圖像信號(hào)的采集，并對(duì)采集的人臉圖像進(jìn)行特征提取，再與本地的人臉數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配；匹配成功后，所述控制單元通過所述無線節(jié)點(diǎn)控制所述電磁閥、電動(dòng)窗簾和照明設(shè)備的開啟；當(dāng)檢測到目標(biāo)離開家門，所述控制單元?jiǎng)t通過無線節(jié)點(diǎn)控制所述電磁閥、電動(dòng)窗簾和照明設(shè)備關(guān)閉；若匹配不成功次數(shù)超過閾值，所述控制單元將采集的人臉圖像通過所述GSM/GPRS模塊發(fā)送到主人，進(jìn)行預(yù)警。根據(jù)上述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其中:所述控制單元為PC機(jī)。根據(jù)上述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其中:所述人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊和所述人臉圖像采集模塊均為攝像頭。根據(jù)上述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其中:在進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)檢測時(shí)，所述控制單元通過建立平均背景模型，并將提取的人體運(yùn)動(dòng)圖像與所述平均背景模型相減得到人體運(yùn)動(dòng)前景。進(jìn)一步地，根據(jù)上述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其中:在進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)檢測時(shí)，對(duì)于提取人體運(yùn)動(dòng)圖像所產(chǎn)生的噪聲，所述控制單元利用最大四連通法進(jìn)行去噪。更進(jìn)一步地，根據(jù)上述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其中:在進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)檢測時(shí)，所述控制單元通過平面二維離散積分提取除噪后前景的質(zhì)心，得到人體的運(yùn)動(dòng)軌跡；采用余弦相似度方法判斷連續(xù)軌跡點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)基于質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)檢測。根據(jù)上述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其中:在進(jìn)行人臉檢測時(shí)，所述控制單元首先通過奇異值分解構(gòu)造本地圖像的單位正交矩陣，得到本地圖像的低維投影向量；接著，所述控制單元對(duì)采集的圖像進(jìn)行投影，并與本地的人臉數(shù)據(jù)庫得到的投影向量通過歐幾里德距離進(jìn)行匹配，所述歐幾里德距離最小的投影向量對(duì)應(yīng)的圖像即為匹配的人臉圖像。因此，本發(fā)明的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)中，控制單元首先對(duì)傳輸?shù)娜梭w運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)進(jìn)行前景提取、最大四連通法除噪和基于質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)檢測；當(dāng)檢測到有目標(biāo)進(jìn)入家門，在一段時(shí)限內(nèi)，控制單元啟動(dòng)對(duì)人臉圖像信號(hào)的采集；控制單元利用特征臉的方法對(duì)采集的圖像進(jìn)行特征提取并與本地的人臉數(shù)據(jù)庫匹配；匹配成功后控制單元通過無線節(jié)點(diǎn)控制電磁閥、電動(dòng)窗簾和照明設(shè)備的開啟。當(dāng)檢測到目標(biāo)離開，控制單元?jiǎng)t通過無線節(jié)點(diǎn)控制相應(yīng)設(shè)備關(guān)閉；若匹配不成功次數(shù)超過閾值，控制單元將將采集的人臉圖像通過GPRS發(fā)送到主人，進(jìn)行預(yù)警。通過對(duì)情景的感知，保證門禁系統(tǒng)的智能、節(jié)能和可靠，其應(yīng)用和擴(kuò)展方便，能很好地適應(yīng)未來家居智能化的發(fā)展。


圖1為本發(fā)明的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)工作流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。情景模式的系統(tǒng)是指能對(duì)環(huán)境、人的活動(dòng)及其生理狀態(tài)進(jìn)行檢測和判別的智能系統(tǒng)，其目的是系統(tǒng)能通過感知不同的事件來進(jìn)行不同的響應(yīng)，所呈現(xiàn)的智能化程度更高。通過人體運(yùn)動(dòng)檢測觸發(fā)人臉的檢測，一方面可以降低系統(tǒng)的計(jì)算量，達(dá)到節(jié)能的效果，另一方面，使得系統(tǒng)能獲取環(huán)境事件并隨之響應(yīng)；同時(shí)人臉圖像具有相對(duì)的唯一性和穩(wěn)定性，且屬于被動(dòng)式的檢測，適用于門禁系統(tǒng)的應(yīng)用。如圖1所示，本發(fā)明的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)包括人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊、人臉圖像采集模塊、控制單元、無線節(jié)點(diǎn)、電磁閥、電動(dòng)窗簾以及照明設(shè)備。其中，控制單元分別與人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊、人臉圖像采集模塊和GSM/GPRS模塊相連，并通過串口與無線節(jié)點(diǎn)相連；無線節(jié)點(diǎn)再通過底層無線節(jié)點(diǎn)與電磁閥、電動(dòng)窗簾及照明設(shè)備相連。具體地，人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊、人臉圖像采集設(shè)模塊備均為普通攝像頭，控制單元為PC機(jī)。當(dāng)攝像頭固定后，控制單元先提取指定數(shù)目人體運(yùn)動(dòng)圖像，進(jìn)行像素級(jí)的均值和閾值運(yùn)算，離線建立平均背景模型；系統(tǒng)運(yùn)行后，控制單元將提取的人體運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)與背景模型進(jìn)行背景相減法，得到人體運(yùn)動(dòng)前景；對(duì)于提取產(chǎn)生的噪聲，利用最大四連通法進(jìn)行除噪，根據(jù)前景像素點(diǎn)的連通情況劃分集合；得到前景后，通過平面二維離散積分提取除噪后前景的質(zhì)心，得到人體的運(yùn)動(dòng)軌跡；采用余弦相似度方法判斷連續(xù)軌跡點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向，從而實(shí)現(xiàn)基于質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)檢測；當(dāng)檢測到有目標(biāo)進(jìn)入，控制單元啟動(dòng)定時(shí)，在設(shè)定的時(shí)限內(nèi)，控制單元啟動(dòng)對(duì)人臉圖像信號(hào)的采集；通過奇異值分解構(gòu)造本地圖像的單位正交矩陣，得到本地圖像數(shù)據(jù)庫的低維投影向量；控制單元對(duì)采集的人臉圖像進(jìn)行投影，并與本地的人臉數(shù)據(jù)庫得到的投影向量通過歐幾里德距離進(jìn)行匹配；匹配成功后控制單元通過無線節(jié)點(diǎn)控制電磁閥、電動(dòng)窗簾和照明設(shè)備的開啟。當(dāng)檢測到目標(biāo)離開，控制單元?jiǎng)t通過無線節(jié)點(diǎn)控制電磁閥、電動(dòng)窗簾和照明設(shè)備關(guān)閉；若匹配不成功次數(shù)超過閾值，控制單元將將采集的人臉圖像通過GPRS發(fā)送到主人，進(jìn)行預(yù)警。在本發(fā)明的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)中，人體運(yùn)動(dòng)檢測的具體實(shí)施方法如下:首先控制單元提取N張人體運(yùn)動(dòng)RGB圖像，先進(jìn)行灰度化和直方圖均衡化處理，然后進(jìn)行像素均值μ (X, y)和閾值τ (X，y)運(yùn)算,建立平均背景模型,其中p(x, y, i)為第i張圖片在寬X高y坐標(biāo)的像素值，μ (x，y)為N張圖片在寬x高y坐標(biāo)的平均像素值，τ (χ,y)為N張圖片在寬χ高y坐標(biāo)的最大閾值。在采集的N張圖片中，對(duì)于坐標(biāo)為(x，y)像素點(diǎn)，取N張圖片進(jìn)行像素值累加平均，從而得到由μ (x,y)組成的平均圖像。得到平均圖像后，需要得到對(duì)應(yīng)圖像坐標(biāo)的閾值，為此，比較每幅圖像坐標(biāo)(X，y)相應(yīng)的像素值與源圖像的差值絕對(duì)值，取最大的絕對(duì)值差值即為(X，y)點(diǎn)的像素點(diǎn)前景閾值，此值將用于靜態(tài)的前景提取。至此，背景模型建立完成。背景模型建立完成后，控制單元將提取的人體運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)與背景模型作差法，得到初步的人體運(yùn)動(dòng)前景:當(dāng)提取的人體運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)與建立的背景模型相應(yīng)的差值絕對(duì)值超過相應(yīng)像素點(diǎn)的閾值，則前景圖像相應(yīng)坐標(biāo)的像素值設(shè)定為255,即為白點(diǎn)，否則則為黑點(diǎn)。得到初始的前景后，先對(duì)其進(jìn)行15*15均值濾波，即將圖像空間劃分成多個(gè)15*15個(gè)方格，將每個(gè)方格像素值設(shè)置為整個(gè)方格像素平均值，然后設(shè)定閾值，對(duì)各個(gè)方格的像素值進(jìn)行二值化處理，以消除前景的內(nèi)部孤立黑點(diǎn)。前期圖像預(yù)處理完成后，對(duì)于提取產(chǎn)生的噪聲，利用如下的最大四連通法進(jìn)行除噪。初始新建一集合，按照?qǐng)D像從頂向下、從左到右遍歷提取初始運(yùn)動(dòng)前景，若遍歷的像素點(diǎn)與其上方或左側(cè)的像素點(diǎn)連通(像素值均為255)，則將其加入到對(duì)應(yīng)的集合，否則新建一個(gè)集合繼續(xù)遍歷；一次遍歷完成后，繼續(xù)二次遍歷，若P (χ，y)與p(x-l, y+1)像素值不為O且對(duì)應(yīng)的所屬集合不同(其中p(x，y)表示圖像二值矩陣在寬χ高y坐標(biāo)的像素值)，則將P(x-1，y+1)所屬集合的像素點(diǎn)添加到P(χ，y)所屬集合中；集合整合完成后，t匕較各集合像素點(diǎn)數(shù)目，獲取超過指定閾值像素點(diǎn)數(shù)目最大的集合，將此集合包含像素點(diǎn)坐標(biāo)的像素值置255，則得到除噪后的前景。得到除噪后的前景后，通過平面二維離散積分提取除噪后的前景的質(zhì)心，進(jìn)而得到人體的運(yùn)動(dòng)軌跡，如下，和！Ilcitl分別表示提取的前景圖像在水平、垂直方向上的矩和整體的“質(zhì)量”。計(jì)算表達(dá)式如下，其中x、y分別為圖像的寬和高。水平、垂直方向上的矩為
權(quán)利要求
1.種基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其特征在于，包括人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊、人臉圖像采集模塊、控制單元、無線節(jié)點(diǎn)、GSM/GPRS模塊、電磁閥、電動(dòng)窗簾和照明設(shè)備；其中，所述控制單元分別與所述人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊、人臉圖像采集模塊和GSM/GPRS模塊相連，并通過串口與所述無線節(jié)點(diǎn)相連；所述無線節(jié)點(diǎn)再與所述電磁閥、電動(dòng)窗簾及照明設(shè)備相連； 其中，所述控制單元對(duì)所述人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊和所述人臉圖像采集模塊傳輸?shù)膱D像信號(hào)進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)檢測和人臉識(shí)別；當(dāng)檢測到有目標(biāo)進(jìn)入家門，在一段時(shí)限內(nèi)，所述控制單元啟動(dòng)對(duì)人臉圖像信號(hào)的采集，并對(duì)采集的人臉圖像進(jìn)行特征提取，再與本地的人臉數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配；匹配成功后，所述控制單元通過所述無線節(jié)點(diǎn)控制所述電磁閥、電動(dòng)窗簾和照明設(shè)備的開啟；當(dāng)檢測到目標(biāo)離開家門，所述控制單元?jiǎng)t通過無線節(jié)點(diǎn)控制所述電磁閥、電動(dòng)窗簾和照明設(shè)備關(guān)閉；若匹配不成功次數(shù)超過閾值，所述控制單元將采集的人臉圖像通過所述GSM/GPRS模塊發(fā)送到主人，進(jìn)行預(yù)警。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其特征是:所述控制單元為PC機(jī)。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其特征是:所述人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊和所述人臉圖像采集模塊均為攝像頭。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其特征是:在進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)檢測時(shí)，所述控制單元通過建立平均背景模型，并將提取的人體運(yùn)動(dòng)圖像與所述平均背景模型相減得到人體運(yùn)動(dòng)前景。
5.據(jù)權(quán)利要求4所述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其特征是:在進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)檢測時(shí)，對(duì)于提取人體運(yùn)動(dòng)圖像所產(chǎn)生的噪聲，所述控制單元利用最大四連通法進(jìn)行去噪。
6.據(jù)權(quán)利要求5所述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其特征是:在進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)檢測時(shí)，所述控制單元通過平面二維離散積分提取除噪后前景的質(zhì)心，得到人體的運(yùn)動(dòng)軌跡；采用余弦相似度方法判斷連續(xù)軌跡點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)基于質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)檢測。
7.據(jù)權(quán)利要求1所述的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其特征是:在進(jìn)行人臉檢測時(shí)，所述控制單元首先通過奇異值分解構(gòu)造本地圖像的單位正交矩陣，得到本地圖像的低維投影向量；接著，所述控制單元對(duì)采集的圖像進(jìn)行投影，并與本地的人臉數(shù)據(jù)庫得到的投影向量通過歐幾里德距離進(jìn)行匹配，所述歐幾里德距離最小的投影向量對(duì)應(yīng)的圖像即為匹配的人臉圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)，其包括人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊、人臉圖像采集模塊、控制單元、無線節(jié)點(diǎn)、GSM/GPRS模塊、電磁閥、電動(dòng)窗簾和照明設(shè)備；其中，所述控制單元分別與所述人體運(yùn)動(dòng)圖像采集模塊、人臉圖像采集模塊和GSM/GPRS模塊相連，并通過串口與所述無線節(jié)點(diǎn)相連；所述無線節(jié)點(diǎn)再與所述電磁閥、電動(dòng)窗簾及照明設(shè)備相連。本發(fā)明的基于情景模式的智能門禁系統(tǒng)通過事件檢測的方式構(gòu)建情景模式的門禁系統(tǒng)，更加智能化、節(jié)能、可靠，且應(yīng)用和擴(kuò)展方便。
文檔編號(hào)G07C9/00GK103093526SQ20121057302
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者楊博, 肖龍, 陳彩蓮, 關(guān)新平 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)