CN107544387A - 一种人脸识别家庭安防系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人脸识别家庭安防系统及方法，包括传感器单元、继电器单元、无线组网单元、中央控制器芯片、第一通信单元、第二通信单元、移动客户端、云服务器和摄像头；传感器单元包括若干个传感器，无线组网单元包括无线通信的无线网络终端节点和协调器，各传感器和继电器单元分别与无线网络终端节点相连，协调器与中央控制器芯片相连；中央控制器芯片的数据传输端分别与第一通信单元和第二通信单元的数据传输端相连；第一通信单元和第二通信单元的数据传输端还分别通过云服务器与移动客户端通信连接；摄像头的输出端与中央控制器芯片的输入端相连。本发明在功耗、体积、稳定性、可靠性、智能化等方面都得到较大优化，并且系统后期扩展空间不受限制。

Description

一种人脸识别家庭安防系统及方法

技术领域

本发明属于智能家居安防技术领域，具体涉及一种人脸识别家庭安防系统及方法。

背景技术

随着信息技术的快速发展以及老百姓生活水平的不断提高，提出了报警监控系统、老年人看护系统、智能会议室、智能厨房、智能家庭安防等新需求。智能家居安防将人们在日常生活中的子系统如照明、监控、环境监测、安防报警、娱乐等统一起来。再通过智能化与网络化的相应改造。以此建立一个便捷、可控、智能、舒适的家庭设备自动化系统。全面的改善人的居住生活体验，是住户生活质量发生“质”的变化，让科技的发展惠及更多的人。

现如今各个行业对安全防控的要求也越来越多样化、复杂化，家庭安防已成为应对安全防控的一种措施。家庭安防系统可以实现集体或个人的安全防范，同时也可以运用在企业或者商场、老人看护、车载监控等。如何实时对家庭安防的状况做出反应，是个重要的问题。针对此问题，需要设计是一种基于Android平台的远程智能家居安防系统，该系统可远程查看家中信息、安防预警、监控家庭，识别人员面部特征。

此外，家庭安防系统适合我国国情，Android系统终端的市场份额不断扩大，4GLTE网络的全面应用，给移动远程家庭安防系统带来了技术背景支持。因此，开发基于Android平台的家庭安防系统，不受地理环境的限制，以期达到家庭的有效安防，市场前景非常乐观。智能家居安防系统最终要实现将家庭内各种家电设备或装置，采用某种方式紧密的联系起来。达到人在室内、室外、异地都可以实时了解家中所有情况。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种人脸识别家庭安防系统及方法，其在功耗、体积、稳定性、可靠性、智能化等方面都得到较大优化，并且系统后期扩展空间不受限制。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种家庭安防系统，包括传感器单元、继电器单元、无线组网单元、中央控制器芯片、第一通信单元、第二通信单元、云服务器、移动客户端和摄像头；

所述传感器单元包括若干个传感器，所述无线组网单元包括无线通信的无线网络终端节点和协调器，各传感器和继电器单元分别与无线网络终端节点相连，所述协调器与中央控制器芯片相连；所述中央控制器芯片的数据传输端分别与第一通信单元和第二通信单元的数据传输端相连；所述第一通信单元和第二通信单元的数据传输端还分别通过云服务器与移动客户端通信连接；所述摄像头的输出端与中央控制器芯片的输入端相连，用于传输图像信息至中央控制器芯片。

进一步地，所述传感器单元包括温湿度传感器和易燃气体监测传感器。

进一步地，所述温湿度传感器为DHT11；所述易燃气体监测传感器为MO-2，所述继电器单元为SRD-05VDC-SL-C，所述中央控制器芯片为OK6410A。

进一步地，所述无线网络终端节点为ZigBee终端节点；所述协调器为ZigBee协调器。

进一步地，所述协调器与中央控制器芯片之间通过RS232接口相连。

进一步地，所述第一通信单元和第二通信单元分别为WIFI芯片和4G通信芯片。

进一步地，所述摄像头为USB摄像头，其通过USB串口与中央控制器芯片相连。

进一步地，所述移动客户端为手机、掌上电脑或者PAD。

一种基于家庭安防系统的安防方法，包括以下步骤：

搭建权利要求1-8中任一项所述的家庭安防系统；

当用户在家时，通过WIFI网络来监测，启动移动客户端上与家庭安防系统对应的APP，利用APP上的环境监测界面实时查看由各传感器监测到的家庭内的环境情况；利用APP上的照明开关控制界面控制继电器单元打开或关闭家庭内的灯；利用APP上的易燃气体监测界面观察是否存在易燃气体泄漏，在正常情况下，该界面为绿色，当出现煤气泄漏时，该界面上会出现红色的异常提示，同时移动客户端发出报警提醒；

当用户外出离家时，通过4G网络来监测，打开移动客户端上与家庭安防系统对应的APP，利用APP上的环境监测界面实时查看由各传感器监测到的家庭内的环境情况；利用APP上的照明开关控制界面控制继电器单元打开或关闭家庭内的灯；利用APP上的易燃气体监测界面观察是否存在易燃气体泄漏，在正常情况下，该界面为绿色，当出现煤气泄漏时，该界面上会出现红色的异常提示，同时移动客户端发出报警提醒；利用APP上的人脸监测界面查看由摄像头所采集到的视频信息，人一旦进入摄像头监控范围内，摄像头启动连续拍照的功能，并将这些照片发送到移动客户端，APP通过设定的人脸识别算法对照片进行识别，当与所存入APP人脸库中的图像不一致时，移动客户端发出报警提醒。

进一步地，所述人脸识别算法的具体过程为：

将获得的照片图像进行数字化，把真实的模拟图像划分为图像像素，并记录图像像素的位置，形成数字化图像；

数字化图像中记录着每个像素的灰度级，并把每个连续的灰度度量结果转化为整数，再把整数值进行存储，然后对图像做增强处理改善图像质量；

使用Viola Jones人脸检测算法，在目标检测之前收集大量的样本，用于对后续检测的目标训练；

对裁好的图片提取Haar特征，之后将特征数值化，根据图像中特征值的不同判别人脸与非人脸区域，通过训练得到的分类器用于人脸检测系统；

通过PCA分析法进行特征提取，生成特征向量和特征值之后存储数据，之后处理视频中的图像，如果有人脸对人脸进行相同的投影，根据预设的距离函数找到目标人脸与人脸库中人脸的距离值，判别是否为相同的人脸最后将结果输出。

本发明的有益效果：

本发明的一种人脸识别家庭安防系统及方法，当用户在家时，通过无线WIFI来观察家中的实际情况，利用移动客户端中的APP配合传感器单元和继电器单元进行家中环境信息的查看，厨房易燃气体监测状态查看、客厅照明开关控制操作；当用户外出离家时仍然想对于家内的信息实时掌控，通过4G网络来观察家中的实际情况，并根据移动客户端中的APP配合传感器单元、继电器单元和摄像头来查看家中监控，同时APP还具备人脸识别功能，当有人员进入监控区域时，摄像头同时会对于人员的面部特征进行拍照，移动客户端会对人脸特征进行监测，根据设定的人脸识别算法，进行分析对比得到的照片，监测出是否为陌生人，并通过手机震动或响铃的形式提醒用户，通过人工智能的加入，使的智能家居安防系统功能不再局限于视频监控。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为本发明一种实施例的运行过程示意图；

图3为人脸图像的采集流程示意图；

图4为人脸识别算法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

为了实现人在室内、室外、异地都可以实时了解家中所有情况，本发明提出了一种家庭安防系统，建立了家庭组网，并利用家庭组网与传感器单元相连，实时采集所需要的环境数据；并利用移动客户端实现环境数据的查看与控制、监控视频、人脸识别安防，其中，人脸识别安防主要是通过与人员数据库中的照片相比较，来确定是否为陌生人进入了家中，通过对系统在人脸识别技术上的改进，系统功能得以增强，家庭安防效果提高明显。

实施例1

如图1-2所示，一种家庭安防系统，包括传感器单元、继电器单元、无线组网单元、中央控制器芯片、第一通信单元、第二通信单元、移动客户端、云服务器和摄像头；

所述传感器单元包括若干个传感器，在本实施例的一种实施方式中，所述传感器单元包括温湿度传感器和易燃气体监测传感器；进一步地，所述温湿度传感器为DHT11，本发明的系统中可以包括若干个温湿度传感器，实时所处环境中的温度和湿度，具体数量根据实际需要监测的地方数量来确定；所述易燃气体监测传感器为MO-2，用于安装在厨房内，实时监测是否出现煤气泄漏；

所述无线组网单元采用ZigBee无线组网单元，其包括ZigBee终端节点和ZigBee协调器，以实现家庭组网；在本实施例的其他实施方式中，所述无线组网单元还可以采用其他的能够实现家庭组网的无线单元；

各传感器和继电器单元分别与ZigBee终端节点相连，所述ZigBee协调器与中央控制器芯片之间优选通过RS232接口相连，各传感器所采集到的数据信息以数据帧的格式通过ZigBee协调器进行发送，其中，所述继电器单元为SRD-05VDC-SL-C，所述中央控制器芯片为OK6410A嵌入式开发板；所述中央控制器芯片的数据传输端分别与第一通信单元(WIFI芯片)和第二通信单元(4G通信芯片，可以选择中兴ME3760芯片)的数据传输端相连；所述第一通信单元和第二通信单元的数据传输端还分别通过云服务器与移动客户端通信连接，所述第一通信单元(WIFI芯片)通过外网接入云服务器；第二通信单元(4G通信芯片)通过使用AT指令集拨号上网，并连接到云服务器；所述移动客户端优选为Android手机、Android掌上电脑或者Android系统的PAD；所述摄像头优选为支持V4L2程序框架的USB摄像头，其通过USB串口与中央控制器芯片相连，用于传输图像信息至中央控制器芯片。

上述方案中的家庭安防系统具体使用方法为：

当用户在家时，优选通过WIFI网络来监测，具体地：

首先，打开移动客户端上与家庭安防系统对应的APP，利用APP上的环境监测界面实时查看由各传感器监测到的家庭内的环境情况，比如可以查看家庭内的温湿度情况，可以及时地让客户明白是否需要增减衣物或者利用空调将温度调节到一个合适的水平；

利用APP上的照明开关控制界面控制继电器单元打开或关闭家庭内的灯，例如控制客厅内的照明的开和关；

利用APP上的易燃气体监测界面观察是否存在易燃气体泄漏，在正常情况下，该界面为绿色，当出现煤气泄漏时，该界面上会出现红色的异常提示，同时移动客户端发出震动报警提醒，这时用户就需要及时打开窗户通风。

当用户在外时，优选通过4G网络来监测，具体地：

首先，打开移动客户端上与家庭安防系统对应的APP，利用APP上的环境监测界面实时查看由各传感器监测到的家庭内的环境情况，比如可以查看家庭内的温湿度情况，可以及时地让客户明白是否需要增减衣物或者利用空调将温度调节到一个合适的水平；

利用APP上的照明开关控制界面控制继电器单元打开或关闭家庭内的灯，例如控制客厅内的照明的开和关；

利用APP上的易燃气体监测界面观察是否存在易燃气体泄漏，在正常情况下，该界面为绿色，当出现煤气泄漏时，该界面上会出现红色的异常提示，同时移动客户端发出震动报警提醒，这时用户就需要及时打开窗户通风；

利用APP上的人脸监测界面查看由摄像头所采集到的视频信息，人一旦进入摄像头监控范围内，摄像头启动连续拍照的功能，并将这些照片发送到移动客户端，APP通过设定的人脸识别算法对照片进行识别，当与所存入APP人脸库中的图像不一致时，移动客户端启动震动或响铃报警，用户可以及时的查看家中情况并做出及时的处理。

如图3和图4所示，首先构建人脸的图像库，通过对于特定人员面部特征拍照，将所得到的人脸信息存储到客户端的人脸库中。对于视频中的人员照片，通过使用算法进行人脸先做好预处理，之后进行特征训练与其它处理工作，最后通过分类器判断，将识别结果输出。开发中需要在标准的Android开发环境下开发OpenCV，需要准备javaCV和OpenCV forAndroid。本系统将JavaCV和OpenCV for Android相结合，从而实现人脸识别系统的开发。在Eclipse环境下搭建Android开发环境，使用了OpenCV的视觉库结合Android NDK以及JNI技术。算法的软件实现是根据OpenCV图像处理软件库来实现来，识别时摄像头将拍摄到的图片数据送到JNI层进行处理，使用OpenCV中haar人脸检测方法得到人脸图像，对人脸照片取样并归一化处理后保存。软件对于新加入的人员照片图像进行PCA训练，最后使用软件中的识别功能对于人脸进行识别。

实施例2

一种基于家庭安防系统的安防方法，包括以下步骤：

搭建实施例1中所述的家庭安防系统；

当用户在家时，通过WIFI网络来监测，打开移动客户端上与家庭安防系统对应的APP，利用APP上的环境监测界面实时查看由各传感器监测到的家庭内的环境情况；利用APP上的照明开关控制界面控制继电器单元打开或关闭家庭内的灯；利用APP上的易燃气体监测界面观察是否存在易燃气体泄漏，在正常情况下，该界面为绿色，当出现煤气泄漏时，该界面上会出现红色的异常提示，同时移动客户端发出报警提醒。

当用户外出离家时，通过4G网络来监测，打开移动客户端上与家庭安防系统对应的APP，利用APP上的环境监测界面实时查看由各传感器监测到的家庭内的环境情况；利用APP上的照明开关控制界面控制继电器单元打开或关闭家庭内的灯；利用APP上的易燃气体监测界面观察是否存在易燃气体泄漏，在正常情况下，该界面为绿色，当出现煤气泄漏时，该界面上会出现红色的异常提示，同时移动客户端发出报警提醒；利用APP上的人脸监测界面查看由摄像头所采集到的视频信息，人一旦进入摄像头监控范围内，摄像头启动连续拍照的功能，并将这些照片发送到移动客户端，APP通过设定的人脸识别算法对照片进行识别，当与所存入APP人脸库中的图像不一致时，移动客户端报警提醒。

所述人脸识别算法，首先构建人脸的图像库，通过对于特定人员面部特征拍照，将所得到的人脸信息存储到客户端的人脸库中。对于视频中的人员照片，通过使用算法进行人脸先做好预处理，之后进行特征训练与其它处理工作，最后通过分类器判断，将识别结果输出。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种家庭安防系统，其特征在于：包括传感器单元、继电器单元、无线组网单元、中央控制器芯片、第一通信单元、第二通信单元、云服务器、移动客户端和摄像头；

所述传感器单元包括若干个传感器，所述无线组网单元包括无线通信的无线网络终端节点和协调器，各传感器和继电器单元分别与无线网络终端节点相连，所述协调器与中央控制器芯片相连；所述中央控制器芯片的数据传输端分别与第一通信单元和第二通信单元的数据传输端相连；所述第一通信单元和第二通信单元的数据传输端还分别通过云服务器与移动客户端通信连接；所述摄像头的输出端与中央控制器芯片的输入端相连，用于传输图像信息至中央控制器芯片。

2.根据权利要求1所述的一种家庭安防系统，其特征在于：所述传感器单元包括温湿度传感器和易燃气体监测传感器。

3.根据权利要求2所述的一种家庭安防系统，其特征在于：所述温湿度传感器为DHT11；所述易燃气体监测传感器为MO-2，所述继电器单元为SRD-05VDC-SL-C，所述中央控制器芯片为OK6410A。

4.根据权利要求1所述的一种家庭安防系统，其特征在于：所述无线网络终端节点为ZigBee终端节点；所述协调器为ZigBee协调器。

5.根据权利要求1或4所述的一种家庭安防系统，其特征在于：所述协调器与中央控制器芯片之间通过RS232接口相连。

6.根据权利要求1所述的一种家庭安防系统，其特征在于：所述第一通信单元和第二通信单元分别为WIFI芯片和4G通信芯片。

7.根据权利要求1所述的一种家庭安防系统，其特征在于：所述摄像头为USB摄像头，其通过USB串口与中央控制器芯片相连。

8.根据权利要求1所述的一种家庭安防系统，其特征在于：所述移动客户端为手机、掌上电脑或者PAD。

9.一种基于家庭安防系统的安防方法，其特征在于，包括以下步骤：

搭建权利要求1-8中任一项所述的家庭安防系统；

当用户在家时，通过WIFI网络来监测，启动移动客户端上与家庭安防系统对应的APP，利用APP上的环境监测界面实时查看由各传感器监测到的家庭内的环境情况；利用APP上的照明开关控制界面控制继电器单元打开或关闭家庭内的灯；利用APP上的易燃气体监测界面观察是否存在易燃气体泄漏，在正常情况下，该界面为绿色，当出现煤气泄漏时，该界面上会出现红色的异常提示，同时移动客户端发出报警提醒；

当用户外出离家时，通过4G网络来监测，打开移动客户端上与家庭安防系统对应的APP，利用APP上的环境监测界面实时查看由各传感器监测到的家庭内的环境情况；利用APP上的照明开关控制界面控制继电器单元打开或关闭家庭内的灯；利用APP上的易燃气体监测界面观察是否存在易燃气体泄漏，在正常情况下，该界面为绿色，当出现煤气泄漏时，该界面上会出现红色的异常提示，同时移动客户端发出报警提醒；利用APP上的人脸监测界面查看由摄像头所采集到的视频信息，人一旦进入摄像头监控范围内，摄像头启动连续拍照的功能，并将这些照片发送到移动客户端，APP通过设定的人脸识别算法对照片进行识别，当与所存入APP人脸库中的图像不一致时，移动客户端发出报警提醒。

10.根据权利要求9所述的一种基于家庭安防系统的安防方法，其特征在于：所述人脸识别算法的具体过程为：

将获得的照片图像进行数字化，把真实的模拟图像划分为图像像素，并记录图像像素的位置，形成数字化图像；

数字化图像中记录着每个像素的灰度级，并把每个连续的灰度度量结果转化为整数，再把整数值进行存储；

使用Viola Jones人脸检测算法，在目标检测之前收集大量的样本，用于对后续检测的目标训练；

对裁好的图片提取Haar特征，之后将特征数值化，根据图像中特征值的不同判别人脸与非人脸区域，通过训练得到的分类器用于人脸检测系统；

通过PCA分析法进行特征提取，生成特征向量和特征值之后存储数据，之后处理视频中的图像，如果有人脸对人脸进行相同的投影，根据预设的距离函数找到目标人脸与人脸库中人脸的距离值，判别是否为相同的人脸最后将结果输出。