CN107688775A - 基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权系统，包括双目图像采集装置、处理器和比对数据平台，双目图像采集装置包括RGB摄像装置和IR摄像装置，RGB摄像装置和IR摄像装置对进入识别范围的视频图像进行实时同步采集，RGB摄像装置和IR摄像装置的输出端连接至处理器并将采集结果发送至处理器，处理器对RGB摄像装置和IR摄像装置的采集结果进行人脸识别和数据处理，并与比对数据平台中所存储的数据进行比对，并做出鉴权与否的判断。本发明还提供一种基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权方法。本发明通过两种不同类型的图像采集装置进行人脸的图像采集，可以判断是活体人脸还是用于伪装的照片或者视频，从而确保梯控鉴权的安全性。

Description

基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权系统及方法
技术领域
本发明涉及电梯安全运行技术领域，尤其涉及利用人脸识别技术来对电梯的运行控制进行鉴权的技术。
背景技术
电梯中利用摄像头采集图像，利用人脸识别技术进行人脸比对，从而实现梯控已经是现有技术。网页http://zj.zjol.com.cn/tj/413460.html显示了某工地电梯利用人脸识别技术，进行电梯上下运行控制的操作方式。但是现有人脸识别技术的一个问题是，针对一个摄像头，不法分子可以利用欺骗技术，进行人脸鉴权。例如：采用一张人脸的照片，放到摄像头面前，如果人脸图片是在白名单之中的话，很有可能会欺骗人脸识别程序，这样电梯中人脸识别系统就失效了。目前也有一些研究是针对这种情况的，例如中国专利申请CN201510614229是阿里巴巴支付宝人脸支付的技术，主要利用多帧技术，要求用户配合，类似于采取眨眨眼等动作，来辅助判断摄像头前面的是人体。这种技术是存在缺点的，例如入侵者事先录一段眨眼的视频，即可让系统认为是人脸，而不是照片。
而CN201310133442也是采用双目摄像头方案，不同之处是专利在提取特征点上是利用人脸特征点(例如鼻子，嘴角，眼角)等，然后得到特征点的三维坐标，然后在此基础上判断是人脸还是照片。它的缺点是首先，双目摄像机需要标定，这样不利于大规模生产；其次，两个摄像头中人脸特征点的位置不一定对应空间中人脸相同的位置，导致最后估算出人脸特征点的空间位置不准确。
发明内容
本发明首先要解决的技术问题是提供一种基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权系统，该系统起到人脸识别的同时，还能够准确判断是否具有伪装，弥补了现有技术的不足，为梯控提供更加安全的运行保障。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权系统，包括双目图像采集装置、处理器和比对数据平台，双目图像采集装置包括RGB摄像装置和IR摄像装置，RGB摄像装置和IR摄像装置对进入识别范围的视频图像进行实时同步采集，RGB摄像装置和IR摄像装置的输出端连接至处理器并将采集结果发送至处理器，处理器对RGB摄像装置和IR摄像装置的采集结果进行人脸识别和数据处理，并与比对数据平台中所存储的数据进行比对，并做出鉴权与否的判断。
进一步地，处理器包括人脸识别模块、数据处理模块和数据比对模块，人脸识别模块接收RGB摄像装置和IR摄像装置所采集的图像信息，并根据人脸识别规则对图像信息进行人脸识别，如能够识别出人脸信息，则将人脸识别结果发送至数据比对模块，数据比对模块连接至比对数据平台并将人脸识别结果与比对数据平台中存储的人脸白名单数据进行比对，当人脸识别信息与人脸白名单数据匹配成功时，数据比对模块将该人脸识别结果发送至数据处理模块，数据处理模块分别对RGB摄像装置和IR摄像装置所采集的人脸图像进行分析处理，并将二者的分析处理结果反馈给数据比对模块，数据比对模块根据分析处理结果和预设的阈值进行比对，从而判断是否属于活体，当数据比对模块的两次比对结果都符合条件时，鉴权通过。
进一步地，RGB摄像装置和IR摄像装置安装在电梯轿厢内的相同位置，确保RGB摄像装置和IR摄像装置所采集到的视频图像在时间和空间上均是一致的。
进一步地，该识别鉴权系统还包括无线通讯部件，当处理器与双目图像采集装置通过有线连接时，双目图像采集装置和处理器均安装在电梯轿厢中，无线通讯部件安装在处理器上，并负责处理器与比对数据平台之间的连接，当处理器与双目图像采集装置通过无线连接时，处理器无需安装在电梯轿厢内，无线通讯部件安装在双目图像采集装置上并实现双目图像采集装置与处理器之间的通讯连接。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权方法，该方法应用权利要求1-4所述的识别鉴权系统，并包括以下步骤，
(1)图像采集：对电梯轿厢内的指定位置进行图像采集，包括RGB图像采集和IR图像采集；
(2)人脸识别：处理器的人脸识别模块对采集到的图像进行人脸识别，当识别到人脸信息时，将人脸信息发送至数据比对模块；
(3)人脸匹配：数据比对模块将人脸信息和比对数据平台中的人脸数据库进行比对，如果能够匹配，则判断为人脸白名单，并将该人脸信息发送至数据处理模块；
(4)图像处理：数据处理模块根据对RGB图像和IR图像的分析处理，并将分析处理结果反馈至数据比对模块；
(5)活体检测：数据比对模块根据分析处理结果进行活体检测，如果活体检测的结果为是，则判断为鉴权通过。
进一步地，活体检测的具体步骤包括：
(1)对RGB图像和IR图像进行特征点匹配；
(2)对匹配的特征点进行矩阵变换处理，得到内点最大的点集，并统计点集中的内点个数；
(3)将内点个数与设定的阈值进行比对，如果内点个数大于设定的阈值，则判断为照片，否则认为是活体。
进一步地，在活体检测步骤之后，数据比对模块将检测结果反馈至处理器，处理器根据检测结果向相应设备发出鉴权通过、鉴权不通过甚至报警的命令。
本发明的有益效果是：本发明通过两种不同类型的图像采集装置(RGB图像采集和IR图像采集)进行人脸的图像采集，活体人脸由于具有立体感在RGB与IR摄像头中成像的特征差异较大，而照片或者视频等在RGB与IR摄像头中成像的相似度要高一些，比较二者的成像特征，根据图像或视频在两种不同采集模式下成相的区别，可以判断是活体人脸还是用于伪装的照片或者视频，从而确保梯控鉴权的安全性，并且，本发明还结合了电梯内的特定场景，例如在梯控时，将两种采集装置布置在电梯按钮上方，与人的身高大致匹配的位置上，确保两种采集装置采集的时间段和照片的角度都一致，否则会影响相似度的判断结果，除此之外，本发明也可以应用于同类场景，例如人脸识别的打卡或者相关领域。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
图2是本发明的整体方法流程图。
图3是本发明的活体检测的流程图。
图4为采集图像示例的比较，左右两张图片分别照片图像在rgb与ir摄像头成像示意。
图5是图4经过sift特征点匹配得到的匹配图像示意图。
图6是真实人脸sift特征点匹配以后得到的图像。
图7是照片对应射影变换矩阵。
图8是人脸对应射影变换矩阵。
具体实施方式
实施例1，基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权方法，参照附图2-3。
本实施例提供一种应用在电梯场景中，对电梯的上下运行进行鉴权控制的人脸识别鉴权方法，该方法以双目摄像头为基础硬件，并包括以下步骤：
S1，利用安装在电梯轿厢内的双目摄像头(RGB摄像头和IR摄像头的组合)对指定区域进行图像采集，例如，当某个人进入电梯，想要按下某一层的案件时，这个人的脸会处于双目摄像头的采集范围内。
S2，双目摄像头通过有线或者无线的数据传输方式将所采集到的图像信息发送至处理器，处理器是集成芯片，其上集成了识别模块和处理模块。
S3，处理器中的人脸识别模块对采集到的图像信息进行人脸识别，如果识别出人脸，则将识别出的人脸信息发送至数据比对模块，如果未识别出人脸，此时分两种情况，一种情况是并未有人处于采集范围内，设备误采集，或者人脸并没有对准采集范围，此时不需要做出任何反馈，直接过滤信息，例如有人进入电梯可能只是打扫卫生或者更换电梯广告，并不需要按电梯，如果确实有人处于采集范围内，但是由于人在活动导致脸部信息比较模糊而无法识别时，比如没有对准采集位置，或者人脸没有处于暂时的静止状态，则发出声音或图像提示，提示需要进行梯控的人，重新进行人脸识别。
S4，数据比对模块在接收到了识别出人脸信息之后，连接至比对数据平台，将该人脸信息与数据比对平台中的人脸信息进行比对，如果数据比对平台中具有能够匹配的信息，则说明该人脸信息属于白名单，获得初步授权。
比对数据平台可以是电梯使用管理部门事先录入的一个人脸信息数据库，这个数据库包含允许进入某个电梯进行操控的人的面部信息数据，也就是通常说的人脸白名单，只有录入到了白名单中，才能够允许进行电梯操控，例如酒店对办理过住店手续的客人进行人脸录入，便于住店客人使用电梯，在离店时删除其人脸信息，确保数据库中的信息始终是住店的客人，或者，小区物业对业主的脸部信息进行录入，业主在使用电梯时，需要进行脸部识别，防止非业主随意进入小区使用电梯造成安全隐患。
S5，对获得初步授权的人脸信息进行活体检测，这一步是本发明的重点，也就是本发明采用双目摄像装置进行采集的目的所在，活体检测是为了防止非人脸白名单中的其他人采用照片或者其他伪装的方式来伪装白名单中的人，对电梯所在范围内造成安全隐患。
活体检测具体包括：
S5.1，对通过初步授权的人脸信息(包括RGB采集格式和IR采集格式)进行特征点匹配，特征点匹配可以采用常用的匹配算法，例如sift，surf，orb等，
图4为一种采集图像的示例，左右两张图片分别照片图像在rgb与ir摄像头成像示意，图5是图4经过sift特征点匹配得到的匹配图像示意图，可以看出如果用图片来欺骗鉴权，经过sift特征点匹配以后会有较多的特征点满足得到的射影变换矩阵，图6是真实人脸sift特征点匹配以后得到的图像，直观可以看出照片经过sift特征点匹配以后会有较多的匹配点满足射影变换矩阵，而真实人脸经过sift特征点匹配以后，有较少的特征点满足射影变换矩阵，并且照片和真实人脸匹配特征点的数量差距非常大，因此很容易就能够区别开来。
S5.2，利用ransac算法得到匹配特征点的射影变换矩阵，射影变换为一个3×3矩阵，如下
其中，X,Y是照片的特征点坐标，X’,Y’分别为人脸的特征点坐标。
a是射影变换参数，3×3射影变换矩阵有八个未知数，所以需要四对点可以求解八个参数。W如上所示，
W＝a31×x+a32×y+1，
是一个归一化参数。
由此可得照片对应射影变换矩阵如图7所示，人脸对应射影变换矩阵如图8所示。
S5.3，根据射影变换矩阵，得到内点最大的点集并统计点集中的内点个数，
众所周知，只需要四对匹配点就可以得到射影变换矩阵，所以首先任取四对匹配点，得到射影变换矩阵，然后看其他的匹配的特征点对是否满足这个矩阵，同时记录内点的个数，形成一个点集(点集包括满足条件点的个数以及对应的射影变换矩阵)；如此迭代几轮，找到内点最多的一组称为内点最大的点集。我们上面的照片和人脸的例子中，照片对应最大点集的点的个数为200个，而真实人脸所对应的最大点集的个数为9个。
S5.4，根据内点个数区分活体和照片，将内点个数与某一设定阈值作比较，如果内点个数大于阈值，则认为是照片，如果内点个数小于阈值，则认为是活体人脸。所以，针对上面的例子，如果把阈值定位10，则可以区分照片人脸与真实人脸。
S5.5，如果判断为照片，则拒绝鉴权，并通过电梯内的通讯装置向电梯管理部门发出报警信号，如果判断为人脸，则鉴权通过，允许用户操作电梯。
实施例2，基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权系统，参照附图1。
本实施例提供一种基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权系统，利用该系统，能够实现实施例1中的鉴权方法，在起到人脸识别的同时，还能够准确判断是否具有伪装，弥补了现有技术的不足，为梯控提供更加安全的运行保障。
该系统包括双目图像采集装置、处理器1和比对数据平台2，比对数据平台2中预先录入鉴权人脸白名单，即在鉴权人脸白名单中存在的人脸信息，一旦识别通过就允许对电梯进行控制，双目图像采集装置包括RGB摄像装置3和IR摄像装置4，RGB摄像装置3和IR摄像装置4对进入识别范围的视频图像进行实时同步采集，RGB摄像装置3和IR摄像装置4安装在电梯轿厢内的相同位置，确保RGB摄像装置和IR摄像装置所采集到的视频图像在时间和空间上均是一致的，RGB摄像装置3和IR摄像装置4的输出端连接至处理器1并将采集结果发送至处理器1，处理器1包括人脸识别模块5、数据处理模块6和数据比对模块7，人脸识别模块5接收RGB摄像装置3和IR摄像装置4所采集的图像信息，并根据人脸识别规则对图像信息进行人脸识别，如能够识别出人脸信息，则将人脸识别结果发送至数据比对模块7，数据比对模块7连接至比对数据平台2并将人脸识别结果与比对数据平台2中存储的人脸白名单数据进行比对，当人脸识别信息与人脸白名单数据匹配成功时，数据比对模块7将该人脸识别结果发送至数据处理模块6，数据处理模块6分别对RGB摄像装置3和IR摄像装置4所采集的人脸图像进行分析处理，并将二者的分析处理结果反馈给数据比对模块6，数据比对模块6根据分析处理结果和预设的阈值进行比对，从而判断是否属于活体，当数据比对模块的两次比对结果都符合条件时，鉴权通过。
该识别鉴权系统还包括无线通讯部件8，当处理器与双目图像采集装置通过有线连接时，双目图像采集装置和处理器均安装在电梯轿厢中，无线通讯部件安装在处理器上，并负责处理器与比对数据平台之间的连接，当处理器与双目图像采集装置通过无线连接时，处理器无需安装在电梯轿厢内，无线通讯部件安装在双目图像采集装置上并实现双目图像采集装置与处理器之间的通讯连接。

Claims (7)

1.基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权系统，其特征在于，包括双目图像采集装置、处理器和比对数据平台，双目图像采集装置包括RGB摄像装置和IR摄像装置，RGB摄像装置和IR摄像装置对进入识别范围的视频图像进行实时同步采集，RGB摄像装置和IR摄像装置的输出端连接至处理器并将采集结果发送至处理器，处理器对RGB摄像装置和IR摄像装置的采集结果进行人脸识别和数据处理，并与比对数据平台中所存储的数据进行比对，并做出鉴权与否的判断。
2.根据权利要求1所述的基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权系统，其特征在于，处理器包括人脸识别模块、数据处理模块和数据比对模块，人脸识别模块接收RGB摄像装置和IR摄像装置所采集的图像信息，并根据人脸识别规则对图像信息进行人脸识别，如能够识别出人脸信息，则将人脸识别结果发送至数据比对模块，数据比对模块连接至比对数据平台并将人脸识别结果与比对数据平台中存储的人脸白名单数据进行比对，当人脸识别信息与人脸白名单数据匹配成功时，数据比对模块将该人脸识别结果发送至数据处理模块，数据处理模块分别对RGB摄像装置和IR摄像装置所采集的人脸图像进行分析处理，并将二者的分析处理结果反馈给数据比对模块，数据比对模块根据分析处理结果和预设的阈值进行比对，从而判断是否属于活体，当数据比对模块的两次比对结果都符合条件时，鉴权通过。
3.根据权利要求1所述的基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权系统，其特征在于，RGB摄像装置和IR摄像装置安装在电梯轿厢内的相同位置，确保RGB摄像装置和IR摄像装置所采集到的视频图像在时间和空间上均是一致的。
4.根据权利要求1所述的基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权系统，其特征在于，该识别鉴权系统还包括无线通讯部件，当处理器与双目图像采集装置通过有线连接时，双目图像采集装置和处理器均安装在电梯轿厢中，无线通讯部件安装在处理器上，并负责处理器与比对数据平台之间的连接，当处理器与双目图像采集装置通过无线连接时，处理器无需安装在电梯轿厢内，无线通讯部件安装在双目图像采集装置上并实现双目图像采集装置与处理器之间的通讯连接。
5.基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权方法，其特征在于，该方法应用权利要求1-4所述的识别鉴权系统，并包括以下步骤，
（1）图像采集：对电梯轿厢内的指定位置进行图像采集，包括RGB图像采集和IR图像采集；
（2）人脸识别：处理器的人脸识别模块对采集到的图像进行人脸识别，当识别到人脸信息时，将人脸信息发送至数据比对模块；
（3）人脸匹配：数据比对模块将人脸信息和比对数据平台中的人脸数据库进行比对，如果能够匹配，则判断为人脸白名单，并将该人脸信息发送至数据处理模块；
（4）图像处理：数据处理模块根据对RGB图像和IR图像的分析处理，并将分析处理结果反馈至数据比对模块；
（5）活体检测：数据比对模块根据分析处理结果进行活体检测，如果活体检测的结果为是，则判断为鉴权通过。
6.根据权利要求5所述的基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权方法，其特征在于，活体检测的具体步骤包括：
（1）对RGB图像和IR图像进行特征点匹配；
（2）对匹配的特征点进行矩阵变换处理，得到内点最大的点集，并统计点集中的内点个数；
（3）将内点个数与设定的阈值进行比对，如果内点个数大于设定的阈值，则判断为照片，否则认为是活体。
7.根据权利要求5所述的基于电梯场景的双目摄像头人脸识别鉴权方法，其特征在于，在活体检测步骤之后，数据比对模块将检测结果反馈至处理器，处理器根据检测结果向相应设备发出鉴权通过、鉴权不通过甚至报警的命令。
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