CN108134920A - 一种实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统及方法。该系统以物联网实现楼宇通行管理设施及用户智能设备的互联互通，进而利用视频模式识别技术、面部特征比对技术作为基础功能性支撑，可以在访客识别与管理方面实现各种功能，包括：无卡通行，支持业主对访客预约登记，对通行范围和访客权限实施差异化管理，对特殊通行模式进行识别与权限控制，对异常通行模式实现判别和报警；支持对各类物联网服务设施的访问权限管理，通过移动互联网技术与用户的手机等智能终端实现互动。

Description

一种实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统和方法

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体为一种实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统和方法。

背景技术

为了人员和财物安全以及维护良好安静的环境，在住宅、写字楼等大型楼宇当中需要安装必要的通行管理设施，对人员、车辆和物资的出入予以控制。通行管理设施一般包括大楼一层门厅的出入口闸机、电梯刷卡器(刷卡器对停靠楼层予以限制，只允许电梯停靠与电梯卡对应的楼层)，各层电梯间的出入门禁、每个房间或办公室的出入门禁、楼道走廊中必要的门禁(例如对通往重要部门的走廊设置隔离门)、只针对业主开放的服务区或服务设施(例如业主专用自助餐厅、健身房)的门禁、停车场出入口栏杆等。

这些通行管理设施对业主一般采用刷卡、指纹、刷脸(面部识别)、车牌号识别的方式，自动验证身份，验证通过给予放行。而对于非业主身份的访客来说，就要到前台或者保安处进行身份登记，然后由前台人员或者保安人员来人工操作通行管理设施予以放行，或者由前台人员和保安人员配发临时的通行卡。另外，如果搬运大件物品(比如电脑、箱子、手拉车等)出入，一般还要由前台或者保安处给予特别登记，发放进门条或出门条，并且指定乘坐货梯。

受到现有技术手段的制约，以上管理措施存在的问题包括以下方面：第一是手续繁琐，降低效率；大型楼宇访客众多，前台或者保安处完全凭人工作业；必要的话，前台或者保安处还需要电话与被访业主联系核实，这就进一步延长了时间，给访客以及被访者都带来麻烦，也增加了前台或保安处的工作难度。有的访客接连几天来访或一天来访多次，如果每次都要登记，确实也很不方便。

二是可靠性低，前台或者保安处只能登记一下访客的姓名、电话、被访单位等，访客身份等信息真伪难辨，没有充分发挥通行管理应有的作用。

三是实施精细化、定制化、人性化管理的难度大。每个访客情况都不一样，对访客允许通行的区域范围和权限也应该区别对待。比如，有的访客只被允许乘坐电梯到某一层电梯间(比如快递员)，有的访客允许进入到办公室，有的访客除了通行还需要用餐，因此要被允许访问餐厅；有的访客需要停车。现在前台或保安处一般都是给访客颁发统一权限的临时通行卡，很难满足每个访客不同的差异化权限和需求；如果前台或保安处对每张临时通行卡都单独去写入访问权限等，那么又会增加工作难度，消耗更多的时间。另外访客对于楼宇内的公共服务设施(比如健身器、游乐器材等)的使用权限，现有技术手段也无法实施管理，如果任由访客使用会增大损耗概率，也难免影响业主的正常使用，但如果一概不允许访客使用则不够人性化。

第四，对于一些特殊的访客类型，比如需要频繁出入楼宇的快递员和邮政员工，现有技术只能按照一般访客来管理，不论是对访客本身来说还是对于前台或保安处的工作来说都带来很多不必要的麻烦和手续。另外，对于特殊或者异常的通行状态，比如拉车通行、搬运大件物品、翻越闸机、尾随通行等，现有技术中没有自动识别和管理的能力，还是要依赖保安或前台人员人工发现、询问和纠正。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对上述背景技术的不足，本发明提供了一种实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统及方法。该系统以物联网实现楼宇通行管理设施及用户智能设备的互联互通，进而利用视频模式识别技术、面部特征比对技术作为基础功能性支撑，可以在访客识别与管理方面实现各种功能，包括：无卡通行，支持业主对访客预约登记，对通行范围和访客权限实施差异化管理，对特殊通行模式进行识别与权限控制，对异常通行模式实现判别和报警；支持对各类物联网服务设施的访问权限管理，通过移动互联网技术与用户的手机等智能终端实现互动。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统，其特征在于，包括：被控设施、视频采集体系、访客登记自助终端、楼宇访问智能管理后台以及业主终端；

所述被控设施、视频采集体系、访客登记自助终端无线接入到楼宇物联网以形成物联层，并通过楼宇物联网连接到楼宇访问智能管理后台；所述楼宇访问智能管理后台接入到移动互联网，业主终端通过移动互联网接入所述楼宇访问智能管理后台；

其中，所述被控设施包括通行控制设施和服务设施，其基于物联网数据收发而支持远程控制；所述视频采集体系包括若干监控摄像头，所述监控摄像头用于在通行控制设施处采集当前通行者的图像，或在服务设施处采集当前设施使用者的图像，监控摄像头采集的所述图像含有面部图像；访客登记自助终端具有触控显示屏幕和摄像头，访客可以操作该自助终端采集其面部图像，并且输入访客信息以及被访问业主信息；

所述楼宇访问智能管理后台包括基础功能模块和应用层模块；

所述基础功能模块用于实现识别运算、对所述楼宇物联网的接入控制与管理、以及面向移动互联网提供与业主终端的对外通信接口；

所述应用层模块用于实现访客身份识别与通行权限管理方面的服务功能、对被控设施执行后台控制、以及实现与业主终端、保安处的信息交互。

优选的是，所述基础功能模块具体包括：

人脸识别和比对模块，用于获得访客在访客登记自助终端登记的访客面部图像，并且获得由所述监控摄像头采集的当前通行者或当前设施使用者的面部图像，将当前通行者面部图像与预先登记的访客面部图像进行比对，识别并输出当前通行者或当前设施使用者的登记身份；以及将访客在访客登记自助终端登记的访客面部图像与业主预约登记的面部图像进行比对，来验证访客身份与业主预约登记是否匹配；

通行模式识别模块，基于模式学习算法，获得并分析监控摄像头采集的视频画面，判断画面中是否存在特殊通行模式和非法通行行为，输出识别判断结果；

制服识别模块，用于基于模式学习算法，根据监控摄像头所采集的视频画面，从中识别快递、送餐、邮政等身穿特殊制服的人员，输出针对特殊制服人员的识别判断结果；

车牌号识别模块，获得设置在停车场的监控摄像头拍摄的车俩画面，从中提取并输出车牌号信息；

物联接入与管理模块，用于对物联层的所述被控设施、视频采集体系、访客登记自助终端进行接入管理、登记、配置；

通信接口模块，作为面向移动互联网的交互通信接口，与业主终端经由移动互联网建立连接并进行交互通信。

优选的是，所述应用层模块具体包括：

访客预约登记模块，用于通过调用基础功能层的通信接口模块而与业主终端实现数据通信，获得并且记录由业主终端上传的访客预约登记信息，所述访客预约登记信息包括访问目的地、访客姓名，还包括访客照片或者预留验证信息；

访客信息采集与验证模块，通过楼宇物联网连接至访客登记自助终端，从访客登记自助终端获取登记的所述访客面部图像，并且从访客登记自助终端获得被录入的访客姓名，记录在访客数据库中；调用所述人脸识别和比对模块，将访客面部图像与访客预约登记信息中由业主终端上传的访客照片进行比对，或者将访客在访客登记自助终端录入所述预留验证信息与访客预约登记信息中由业主终端上传的预留验证信息进行比对，从而验证访客身份；经验证访客身份与访客预约登记信息一致的情况下，根据业主在访客预约登记信息中记录的访问目的地，为该访客开通对应的通行权限配置和设施使用权限配置；经验证访客身份与访客预约登记信息不一致的情况下，通过访客登记自助终端向访客显示验证失败的提示；

通行权限管理模块，接收所述访客信息采集与验证模块对访客的通行权限配置信息；获得监控摄像头采集的当前通行者的视频画面；调用人脸识别和比对模块，比对上述视频画面中的当前通行者面部区域和访客信息采集与验证模块登记在访客数据库中的访客面部图像，识别当前通行者是否具有已经登记的访客身份，根据该登记的访客身份查询对应的通行权限配置信息，判定当前通行者是否具有通行权限，进而控制通行控制设施的放行与禁止放行状态；

设施权限管理模块，接收所述访客信息采集与验证模块对访客的设施使用权限配置信息；获得监控摄像头采集的当前设施使用者的视频画面；调用人脸识别和比对模块，比对上述视频画面中的当前设施使用者面部区域和访客信息采集与验证模块登记在访客数据库中的访客面部图像，识别当前设施使用者是否具有已经登记的访客身份，根据该登记的访客身份查询对应的设施权限配置信息，判定其是否具有使用权限，进而通过控制服务设施的工作状态；

用户交互模块，用于调用基础功能层的通信接口模块，实现与业主终端的消息收发；

保安处报警模块，用于调用基础功能层的通行模式识别模块，判断各个监控摄像头当前采集的视频画面中是否存在非法通行行为，如果存在则对保安处进行报警。

优选的是，所述通行权限管理模块还调用基础功能层的制服识别模块，判断监控摄像头采集的视频画面中的当前通行者是否为身着制服人员；如果经判断是身着制服人员，则通行权限管理模块采用针对身着制服人员默认的通行权限配置，判定当前通行者是否具有通行权限，进而控制通行控制设施的放行与禁止放行状态。

优选的是，所述通行权限管理模块还包括一个特殊通行权限管理子模块，该特殊通行权限管理子模块调用基础功能层的通行模式识别子模块，判断监控摄像头采集的视频画面中的当前通行者是否存在特殊通行行为；如果经判断存在特殊通行行为，则按照针对特殊通行行为默认的通行权限配置和/或访客信息采集与验证模块为当前通行者开通的通行权限配置是否允许特殊通行行为，判定当前通行者是否具有通行权限，进而控制通行控制设施的放行与禁止放行状态。

优选的是，所述通行模式识别模块具体包括：监控画面预处理模块、画面特征提取模块、支持向量机训练模块、预定类型通行模式识别输出模块；所述监控画面预处理模块对由监控摄像头采集的视频画面执行预处理，改善画面质量；画面特征提取模块针对预处理之后的视频画面，提取该视频画面的特征向量；支持向量机训练模块以预定数量的存在某一种预定类型通行模式的监控视频画面作为训练集，利用所述画面特征提取模块针对该训练集提取的特征向量，将训练集的特征向量输入SVM分类机执行训练；预定类型通行模式识别输出模块从监控摄像头获得待识别的监控视频画面，利用所述画面特征提取模块对待识别的监控视频画面提取特征向量，输入到训练之后的SVM分类机，获得SVM分类机的分类识别结果，并且根据该分类识别结果对外输出行为指示符。

进一步优选的是，所述画面特征提取模块建立背景融合模型，通过将当前的视频画面与背景融合模型进行相减运算和阈值比较，判断当前视频画面中的前景部分和背景像素，分离当前视频画面的前景部分；统计当前视频画面前景部分像素点的梯度直方图分布，作为所述特征向量。

优选的是，所述制服识别模块具体包括：运动区域提取模块、人体区域识别模块、区域颜色特征提取模块、分类器训练模块以及制服类型识别输出模块；所述运动区域提取模块提取当前帧视频画面的运动区域；所述人体区域识别模块根据运动区域与人体形状模板是否匹配，来从运动区域中识别出运动的人体区域部分；所述区域颜色特征提取模块将人体区域部分划分若干子区块，针对各个子区块进行区块颜色的像素分布直方图统计，提取出人体区域部分的颜色特征向量；分类器训练模块以预定数量的具有身着制服人体区域的视频画面作为训练集，利用区域颜色特征提取模块获得训练集的颜色特征向量，对SVM分类机进行训练；制服类型识别输出模块从监控摄像头获得待识别的监控视频画面，通过区域颜色特征提取模块获得其中人体区域部分的颜色特征向量，输入训练好的SVM分类机予以分类识别，根据SVM分类机的输出结果，对外输出制服指示符。

进一步优选的是，所述区域颜色特征提取模块将所述人体区域识别模块所确定的视频画面人体区域部分平均分割为横向延伸的子区块；然后将视频画面中每个像素的颜色值转化为其所归属的基准颜色值；对于每个子区块，将该子区块中分布像素数量最多的一个或两个基准颜色值作为该子区块的代表颜色值，将该人体区域部分各个子区块的代表颜色值组合一个数组，作为该人体区域部分的颜色特征向量。

本发明进而提供了一种实现楼宇访客识别与通行管理的方法，包括以下步骤：

由业主终端上传访客预约登记信息，所述访客预约登记信息包括访问目的地、访客姓名，还包括访客照片或者预留验证信息；

由访客登记自助终端获取并登记访客面部图像，录入的访客姓名；将访客面部图像与访客预约登记信息中由业主终端上传的访客照片进行比对，或者将访客在访客登记自助终端录入所述预留验证信息与访客预约登记信息中由业主终端上传的预留验证信息进行比对，从而验证访客身份；

经验证访客身份与访客预约登记信息一致的情况下，根据业主在访客预约登记信息中记录的访问目的地，为该访客开通对应的通行权限配置和设施使用权限配置；经验证访客身份与访客预约登记信息不一致的情况下，通过访客登记自助终端向访客显示验证失败的提示；

获得监控摄像头采集的当前通行者的视频画面，将上述视频画面中的当前通行者面部区域与访客登记自助终端获取并登记访客面部图像进行比较，识别当前通行者是否具有已经登记的访客身份，根据该登记的访客身份查询对应的通行权限配置信息，判定当前通行者是否具有通行权限，进而控制通行控制设施的放行与禁止放行状态；

获得监控摄像头采集的当前设施使用者的视频画面；将上述视频画面中的当前设施使用者面部区域和访客登记自助终端获取并登记访客面部图像进行比较，识别当前设施使用者是否具有已经登记的访客身份，根据该登记的访客身份查询对应的设施权限配置信息，判定其是否具有使用权限，进而通过控制服务设施的工作状态。

(三)有益效果

本发明提供了一种实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统及方法。该系统以物联网实现楼宇通行管理设施及用户智能设备的互联互通，进而利用视频模式识别技术、面部特征比对技术作为基础功能性支撑，可以在访客识别与管理方面实现各种功能，包括：无卡通行，支持业主对访客预约登记，对通行范围和访客权限实施差异化管理，对特殊通行模式进行识别与权限控制，对异常通行模式实现判别和报警；支持对各类物联网服务设施的访问权限管理，通过移动互联网技术与用户的手机等智能终端实现互动。本发明实现自助预约和登记，智能身份验证，精细化、差异化权限管理的优点，可以显著提高大型楼宇的通行管理与访客登记工作的效率，充分提升验证的可靠性，降低人力成本。

附图说明

图1为本发明的整体系统架构示意图；

图2为本发明的系统功能层级示意图；

图3为本发明的通行模式识别模块结构示意图；

图4为本发明的制服识别模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统。请参阅图1所示的硬件整体架构示意图，本系统具体包括：位于前端(也就是楼宇的门厅出入口、电梯间、门口、走廊等通行控制管理行为的实施现场)的被控设施与视频采集体系，位于楼宇可自由访问区域的访客登记自助终端(一般设置在楼宇门厅访客可以自由行走且靠近前台的区域)；所述被控设施、视频采集体系、访客登记自助终端基于无线物联网技术而接入到楼宇物联网，并通过楼宇物联网连接到作为楼宇访问智能管理后台的服务器。楼宇访问智能管理后台还接入到移动互联网，由业主或者访客操作的手机等智能终端可以通过移动互联网接入到该后台。

被控设施包括设置在楼宇出入口、电梯间、走廊、停车场、餐厅、健身房等公共区域各处的门禁、闸机、停车场栏杆、具有停靠层数限制功能的电梯(客梯和货梯)等通行控制设施。被控设施还包括楼宇内的健身器、打印机、微波炉、饮水机等公共性的服务设施。这些通行控制设施和服务设施支持按照无线协议的物联网接入，并基于物联网数据收发而支持远程控制，例如，门禁、闸机、停车场栏杆可以在远程物联网指令的控制下的开放和封闭，被控电梯能够在远程物联网指令的控制下决定允许停靠的楼层，服务设施则可以通过远程物联网指令控制其是否允许进入工作状态而提供服务。视频采集体系包括布置在楼宇出入口、电梯间、走廊、停车场、餐厅、健身房等公共区域各处的监控摄像头，利用该视频采集体系可以在各道通行限制区域、各公共服务设施处采集当前通行者或设施使用者的图像，特别是面部图像(在停车场出入口则是采集车牌号)。访客登记自助终端作为供访客自助操作的柜员机，具有触控显示屏幕和摄像头，访客可以操作该自助终端采集其面部图像，并且输入自身姓名、验证信息、被访单位、被访者等。

所述被控设施、视频采集体系和访客登记自助终端支持无线物联网通信协议，其中被控设施可以支持ZigBee、NB-IOT、XMPP、COAP等低带宽资源消耗的无线物联通信协议，并基于上述协议接入楼宇物联网；而视频采集体系和访客登记自助终端可以支持WIFI、3G、4G等高带宽的物联网接入方式，从而接入楼宇物联网，实现以人体图像为主要数据内容的高速实时传输。

楼宇访问智能管理后台作为本发明整个系统的中枢，自身具有实现访客识别与通行管理的基础功能模块和各种应用层模块。该后台通过调用基础功能模块实现各种识别运算、对所述楼宇物联网的接入控制与管理、以及面向移动互联网提供与业主终端的对外通信；进而该后台通过应用层模块，提供访客身份识别与通行管理方面的服务功能，对被控设施执行后台控制，以及实现业主终端、保安处的信息交互。楼宇访问智能管理后台通过楼宇物联网从前端获取采集的视频图像(特别是面部图像)和各种录入信息，根据识别运算的分析结果，验证访客身份并授予权限，根据权限向前端的被控设施发送所述远程物联网指令，从而实施后台控制。

图2示出了本发明的功能体系架构。如图2所示，本发明在功能体系上由最底层的物理层向上依次包括物联层、基础功能层、应用层。

最底层的物理层被称之为物联层；物联层将门禁、闸机、停车场栏杆、电梯等各种被控设施、视频采集体系的监控摄像头以及访客登记自助终端接入楼宇物联网，并经由该楼宇物联网与所述智能管理后台实现信息和控制指令的传输。

基础功能层在楼宇访问智能管理后台当中实现。基础功能层运行多种类型的识别算法，识别结果可以供应用层的各种应用功能模块进行调用，为本系统的运行提供基础功能支撑。基础功能层还用于实现楼宇物联网接入的管理、登记、配置以及与移动互联网的交互。如图2，基础功能层包括以下基础功能模块：人脸识别和比对模块、通行模式识别模块、制服识别模块、车牌号识别模块、物联接入与管理模块、通信接口模块。

人脸识别和比对模块，该模块首先从人脸图像中提取人脸特征，并且对两幅人脸图像的人脸特征进行比对，判断是否属于同一个人。具体来说，本模块可以一方面获得访客在访客登记自助终端登记的面部图像，另一方面获得由楼宇出入口、电梯间、走廊、餐厅、健身房等公共区域各处的监控摄像头采集的当前通行者的面部图像，将当前通行者面部图像与预先登记的访客面部图像进行比对，识别并输出当前通行者的登记身份。或者，人脸识别和比对模块可以将访客在访客登记自助终端采集的面部图像和业主预约登记的面部图像进行比对，来验证访客身份与业主预约登记是否匹配。

通行模式识别模块，该模块基于模式学习算法，获得并分析监控摄像头采集的视频画面，判断画面中是否存在拉车通行、搬运大件物品通行等特殊通行模式，还可以识别画面中是否有翻越闸机、尾随通行、破坏设施通行等非法通行行为，输出识别判断结果。

具体来说，通行模式识别模块采用基于支持向量机的学习识别方法，如图3所示，通行模式识别模块具体包括：监控画面预处理模块、画面特征提取模块、支持向量机训练模块、预定类型通行模式识别输出模块。所述监控画面预处理模块对由监控摄像头采集的视频画面执行预处理，改善画面质量，以便有利于后续的特征提取和分类识别，具体的预处理包括去噪滤波、针对过暗或过亮画面的亮度调整、对比度增强、画面震动消除、画面倾斜校正。画面特征提取模块针对预处理之后的视频画面，提取该视频画面的特征向量；特征向量的提取具体包括：建立背景融合模型、分离画面前景部分以及画面前景特征提取；由于在本发明的应用场合中监控摄像头拍摄的视频画面都拥有固定的背景场景，因此可以为这些背景场景建立背景融合模型，当当前的视频画面像素点值与背景融合模型对应的像素点相减获得的差值小于等于预定差异阈值，则判定该像素点属于背景像素；相反，如果该差值大于预定的差异阈值，则判定该像素点属于前景部分；所述背景融合模型为：

B_i+1＝B_i+(α₁·(1-β)+α₂·β)·(I_i+1-B_i)

其中I_i+1是当前视频画面帧的某像素点值，B_i是背景融合模型中相对应位置的像素点值，I_i+1-B_i表示当前的视频画面像素点值与背景融合模型对应的像素点相减获得的差值，如前文所述，该差值小于等于一预定差异阈值，则判定该像素点属于背景像素，如果该差值大于一预定差异阈值，则判定该像素点属于前景部分；β取值为0或1，当差值I_i+1-B_i大于预定差异阈值，则β取值为0，则以权重因数α₁乘以该差值I_i+1-B_i后与B_i累加获得B_i+1，B_i+1是利用当前视频画面帧更新背景融合模型之后获得的新背景融合模型的像素点值，可以用于下一个视频画面帧的前景部分分离；反之，当差值(I_i+1-B_i)小于等于预定差异阈值，则β取值为1，以权重因数α₂乘以该差值I_i+1-B_i后与B_i累加获得B_i+1，其中α₁小于α₂；通过如上建立并更新背景融合模型，并且通过当前视频画面帧与背景融合模型相减并与预定差异阈值比较分离出当前视频画面帧当中的前景部分像素点；然后，判断当前视频画面帧中是否存在预定数量以上的前景部分像素点，如果前景部分像素点数量低于预定数量，则认为前景部分属于干扰因素，不执行特征提取；如果前景部分像素点数量高于预定数量，则统计全部前景部分像素点的梯度直方图分布，该直方图分布数组作为视频画面的特征向量输出。支持向量机训练模块从画面特征提取模块获得由画面前景部分像素点梯度直方图分布数组构成的特征向量，并且基于该特征向量对SVM分类机进行预定类型通行模式识别的训练；具体来说，人工选取1000张以上的存在某一种预定类型通行模式(例如拉车通行、搬运大件物品通行、翻越闸机、尾随通行、破坏设施通行)的监控视频画面作为训练集，输入所述监控画面预处理模块、画面特征提取模块，获得训练集中的控视频画面的特征向量，将训练集的特征向量输入SVM分类机执行训练。针对经过训练的SVM分类机，从监控摄像头获得待识别的监控视频画面，输入监控画面预处理模块和画面特征提取模块，获得该待识别的监控视频画面的特征向量，然后输入到训练之后的SVM分类机，所述预定类型通行模式识别输出模块从该SVM分类机获得分类识别结果，如果SVM分类机输出的结果为1，则表明当前的视频画面存在预定类型的通行模式；若SVM分类机的输出结果为0，则表明当前的视频画面不存在预定类型的通行模式，预定类型通行模式识别输出模块根据SVM分类机的输出结果，以及该SVM分类机被训练识别的通行模式类别，对外输出行为指示符，该行为指示符表明当前视频监控画面中是否存在预定类型的通行模式，以及该通行模式的具体类别。

制服识别模块，该模块根据监控摄像头所采集的视频画面，从中识别快递、送餐、邮政等身穿特殊制服的人员，输出针对特殊制服人员的识别判断结果。

制服的显著特征是具有特定颜色的大面积色块，例如顺丰快递的制服采用红、黑颜色的大面积色块，某送餐公司制服采用大面积黄色色块，而邮政人员制服采用大面积绿色色块。当然，存在大面积色块服装的人像画面也未必一定是制服，制服还具有可显著识别且固定的色块组配方案。基于制服的这一特点，该制服识别模块采用以颜色直方图分布为特征向量的支持向量机的学习识别方法。如图4所示，所述制服识别模块具体包括：运动区域提取模块、人体区域识别模块、区域颜色特征提取模块、分类器训练模块以及制服类型识别输出模块。运动区域提取模块采用当前帧视频画面相对于前若干帧视频画面的差分计算，提取当前帧视频画面的运动区域。进而，所述人体区域识别模块根据运动区域与人体形状模板是否匹配，来从运动区域中识别出运动的人体区域，可以通过判断运动区域的宽高比、质心位置范围、面积大小是否满足预定条件，来判定其是否属于人体区域。所述区域颜色特征提取模块采用区块颜色直方图统计的方法，具体包括人体区域区块分割步骤、颜色归类步骤、颜色直方图统计步骤、区块代表颜色确定步骤，颜色特征向量输出步骤；人体区域区块分割步骤将所述人体区域识别模块所确定的视频画面人体区域部分，用水平分割线平均分割为5-10个横向延伸的子区块；颜色归类步骤针对视频画面编码所支持的RGB颜色空间，先确定预定数量的基准颜色值，然后根据每种颜色在该RGB颜色空间中相对于基准颜色值的距离，将该颜色归属于与之距离最近的一种基准颜色值；举例来说，视频画面采用RGB颜色编码，支持(0,0,0)到(256,256,256)的RGB颜色空间，每一种颜色都可以用颜色坐标(r,g,b)来表示，确定(r1,g1,b1)为基准颜色值，那么计算颜色(r,g,b)与该基准颜色值(r1,g1,b1)在RGB颜色空间中的距离，表示为

相应的，计算某种颜色与所有基准颜色值的上述距离，选取距离最近的基准颜色值，将该种颜色归属为该基准颜色值；进而，将视频画面中每个像素的颜色值转化为其所归属的基准颜色值；在颜色直方图统计步骤中，统计每个子区块当中各个基准颜色值上分布的像素数量直方图；区块代表颜色确定步骤判断对于其中分布的像素数量最多的基准颜色值，其分布像素数量是否大于等于该子区块全部像素数量的50％，若是，则将该基准颜色值作为该子区块的代表颜色值，相反，若未大于等于50％，则将像素分布数量居于前两位的基准颜色值作为该子区块的代表颜色值；这样，为人体区域部分的每个子区块确定了代表颜色值，颜色特征向量输出步骤将该人体区域部分各个子区块的代表颜色值组合一个数组，作为该人体区域部分的颜色特征向量。分类器训练模块基于人体区域部分的颜色特征向量，对SVM分类机进行训练；具体来说，选取含有身穿某具体制服的人物的视频画面1000帧作为训练集，按照上述方法，依次经过运动区域提取模块、人体区域识别模块和区域颜色特征提取模块，取得每一帧中人体区域部分的颜色特征向量，将颜色特征向量输入到SVM分类机进行训练。针对经过训练的SVM分类机，从监控摄像头获得待识别的监控视频画面，通过运动区域提取模块、人体区域识别模块和区域颜色特征提取模块，获得其中人体区域部分的颜色特征向量，输入训练好的SVM分类机予以分类识别；制服类型识别输出模块获得SVM分类机的识别结果，如果SVM分类机输出的结果为1，则表明当前的视频画面的人体对象身穿预定类型的制服；若SVM分类机的输出结果为0，则表明当前视频画面的人体对象并未身穿预定类型的制服，制服类型识别输出模块根据SVM分类机的输出结果，以及该SVM分类机被训练识别的具体制服种类，对外输出制服指示符，该制服指示符表明当前视频监控画面的人体对象中是否身穿预定类型的制服，以及该制服的具体类别。

车牌号识别模块，获得设置在停车场的监控摄像头拍摄的车俩画面，从中提取并输出车牌号信息。可基于边缘提取、文字识别等多种计算方法实现车牌号码的提取及其到文本信息的转化。

物联接入与管理模块，本模块作为基础功能层的基础功能模块，是楼宇访问智能管理后台与楼宇物联网二者之间的管理接口，楼宇访问智能管理后台通过调用该模块，实现对物联层各种物联设施的接入管理、登记、配置。例如，当新的被控设施、监控摄像头或者访客登记自助终端被安装好并连接到楼宇物联网之后，向楼宇访问智能管理后台发送设施登记请求，该请求携带该新设施的标识符以及设备合法性验证信息；对于楼宇访问智能管理后台来说，位于基础功能层的物联接入与管理模块从物联层获得所述设施登记请求，验证设备合法性之后，则在楼宇访问智能管理后台的物联层设备登记表中登记该新的接入设施的标识符及相关配置参数。

通信接口模块，作为基础功能层的基础功能模块，是楼宇访问智能管理后台面向移动互联网的交互通信接口，从而允许手机、电脑等业主终端经由移动互联网与楼宇访问智能管理后台建立连接并进行交互通信。该通信接口模块包括多类型的子接口，举例来说，具体可以包括：网页访问接口、微信访问接口、APP访问接口。所述网页访问接口提供网页登录访问所述楼宇访问智能管理后台的双向交互数据通道；微信公众号访问接口提供利用微信公众号访问所述楼宇访问智能管理后台的双向交互数据通道；APP访问接口提供利用业主终端的APP登录访问所述楼宇访问智能管理后台的双向交互数据通道。从而，业主终端可以通过登录楼宇管理网页、关注并使用楼宇管理公众号、安装和使用楼宇管理专用APP等多种途径来经由移动互联网连接该通信接口模块，并且访问该楼宇访问智能管理后台，从而与该后台的应用层模块实现各种交互。

回到图2，本系统的应用层同样在楼宇访问智能管理后台上实现，其用于通过与业主终端、访客登记自助终端以及物联层各种设施的交互，在调用基础功能层的各种模块进行运算并取得运算结果的基础上，实现本系统的各个应用功能，具体的应用功能包括：业主对访客预约登记、访客身份验证、通行权限管理、特殊通行管理控制、设施使用权限管理。

具体来说，该应用层包括访客预约登记模块。访客预约登记模块通过调用基础功能层的通信接口模块而与业主终端实现数据通信。业主可以操作业主终端，通过登录网页、微信公众号或者本系统的APP客户端而访问该访客预约登记模块，并且提前将访客预约来访的时间段、访问目的地、访客姓名、访客照片作为访客预约登记信息而上传到该模块，由该访客预约登记模块记录于作为楼宇访问智能管理后台的服务器。如果没有访客照片，则业主终端也可以向本模块登记预留验证信息(比如商量好的密码、暗号、口令等)。

所述应用层包括访客信息采集与验证模块。访客信息采集与验证模块通过楼宇物联网连接至访客登记自助终端。当访客到达楼宇门厅并在该访客登记自助终端办理登记手续时，该访客登记自助终端采集访客的面部图像，并且由访客操作该终端的触摸屏而输入姓名，如果有预留验证信息则同时输入该预留验证信息。访客信息采集与验证模块从访客登记自助终端获取上述访客面部图像以及访客姓名，记录在访客数据库当中，以及在存在预留验证信息的情况下获取该预留验证信息。访客信息采集与验证模块通过调用所述人脸识别和比对模块，将访客面部图像与预先登记的业主上传访客照片进行比对，验证访客身份；或者，访客信息采集与验证模块将访客在自助终端输入的预留验证信息与业主预先登记的预留验证信息比对，以便验证访客身份。当验证访客身份与预约登记一致，则访客信息采集与验证模块根据业主在预约登记中记录的访问时段和访问目的地，为该访客开通对应的通行权限配置(例如可以进到哪层楼，可以进入到该层楼的哪些区域，可以进入哪些只对业主开放的区域，是否允许特殊通行模式)和设施使用权限配置(可以使用哪些服务设施)，将上述权限配置信息传给应用层的通行权限管理模块与设施权限管理模块。同时，访客信息采集与验证模块激活应用层的用户交互模块，由用户交互模块调用所述通信接口模块，给业主终端推送访客到达的通知。相反，如果访客信息采集与验证模块对访客的身份验证不通过，则通过访客登记自助终端向访客显示验证失败的提示，建议访客与业主联系；如果未通过验证的访客可以正确输入被访业主的信息，则访客信息采集与验证模块通过激活用户交互模块，由用户交互模块调用通信接口模块，给业主终端推送有未登记访客希望拜访的通知。

所述应用层具有通行权限管理模块。通行权限管理模块接收所述访客信息采集与验证模块对访客的通行权限配置信息；并且，通行权限管理模块通过楼宇物联网获得在楼宇出入口、电梯间、走廊、餐厅、健身房等公共区域各处的监控摄像头采集的当前通行者的视频画面；通行权限管理模块通过调用人脸识别和比对模块，比对上述视频画面中的当前通行者面部区域和访客信息采集与验证模块登记在访客数据库中的访客面部图像，从而识别出当前通行者是否具有已经登记的访客身份，根据该登记的访客身份查询对应的通行权限配置信息，判定其是否具有通行权限，进而通过控制物联设施的放行与锁闭，对有通行权限的访客放行，对无通行权限的访客锁闭。

通行权限管理模块还调用基础功能层的制服识别模块，判断视频画面中的当前通行者是否为身着制服人员；如果是身着制服人员，则采用该模块内对制服人员默认的较低的通行权限配置，来控制该身着制服人员的通行，例如允许该人员乘坐电梯到任意楼层，但是只能进入至电梯间，不可通过电梯间的门禁。

通行权限管理模块还包括一个特殊通行权限管理子模块。该特殊通行权限管理子模块调用基础功能层的通行模式识别子模块，判断当前通行者是否存在拉车、携带大件物品等特殊通行行为；如果存在特殊通行行为，则按照通行权限管理模块针对特殊通行行为默认的通行权限配置对该通行者予以管理。例如，包括：只放开货梯的通行权限，锁闭客运电梯的通行权限。又例如，特殊通行权限管理子模块通过验证访客的通行权限配置是否允许携带物品，如果没有该许可，则不给予该当前通行者通行权限；并且，特殊通行权限管理子模块激活用户交互模块，由用户交互模块调用通信接口模块，给业主终端推送访客携带物品的提示。

所述应用层具有设施权限管理模块。该设施权限管理模块接收访客信息采集与验证模块设置的设施使用权限配置，通过调用基础功能层的人脸识别和比对模块，对设施区域的监控摄像头采集的当前使用者识别出其访客登记身份，根据该访客登记身份对应的设施权限配置信息，判定其是否具有使用权限，进而通过控制物联设施的工作状态。

应用层的所述用户交互模块，如前文介绍，调用基础功能层的通信接口模块，实现与业主终端的消息收发。

应用层的保安处报警模块，用于调用基础功能层的通行模式识别模块，判断各个监控摄像头当前采集的视频画面中是否存在翻越闸机、尾随通行、破坏设施通行等非法通行行为，如果存在，则保安处报警模块进行报警，从而提示保安处工作人员予以处置和纠正。

综上所述，本发明提供了一种实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统及方法。该系统以物联网实现楼宇通行管理设施及用户智能设备的互联互通，进而利用视频模式识别技术、面部特征比对技术作为基础功能性支撑，可以在访客识别与管理方面实现各种功能，包括：无卡通行，支持业主对访客预约登记，对通行范围和访客权限实施差异化管理，对特殊通行模式进行识别与权限控制，对异常通行模式实现判别和报警；支持对各类物联网服务设施的访问权限管理，通过移动互联网技术与用户的手机等智能终端实现互动。本发明实现自助预约和登记，智能身份验证，精细化、差异化权限管理的优点，可以显著提高大型楼宇的通行管理与访客登记工作的效率，充分提升验证的可靠性，降低人力成本。

需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统，其特征在于，包括：被控设施、视频采集体系、访客登记自助终端、楼宇访问智能管理后台以及业主终端；

所述被控设施、视频采集体系、访客登记自助终端无线接入到楼宇物联网以形成物联层，并通过楼宇物联网连接到楼宇访问智能管理后台；所述楼宇访问智能管理后台接入到移动互联网，业主终端通过移动互联网接入所述楼宇访问智能管理后台；

其中，所述被控设施包括通行控制设施和服务设施，其基于物联网数据收发而支持远程控制；所述视频采集体系包括若干监控摄像头，所述监控摄像头用于在通行控制设施处采集当前通行者的图像，或在服务设施处采集当前设施使用者的图像，监控摄像头采集的所述图像含有面部图像；访客登记自助终端具有触控显示屏幕和摄像头，访客可以操作该自助终端采集其面部图像，并且输入访客信息以及被访问业主信息；

所述楼宇访问智能管理后台包括基础功能模块和应用层模块；

所述基础功能模块用于实现识别运算、对所述楼宇物联网的接入控制与管理、以及面向移动互联网提供与业主终端的对外通信接口；

所述应用层模块用于实现访客身份识别与通行权限管理方面的服务功能、对被控设施执行后台控制、以及实现与业主终端、保安处的信息交互。

2.根据权利要求1所述的实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统，其特征在于，所述基础功能模块具体包括：

人脸识别和比对模块，用于获得访客在访客登记自助终端登记的访客面部图像，并且获得由所述监控摄像头采集的当前通行者或当前设施使用者的面部图像，将当前通行者面部图像与预先登记的访客面部图像进行比对，识别并输出当前通行者或当前设施使用者的登记身份；以及将访客在访客登记自助终端登记的访客面部图像与业主预约登记的面部图像进行比对，来验证访客身份与业主预约登记是否匹配；

通行模式识别模块，基于模式学习算法，获得并分析监控摄像头采集的视频画面，判断画面中是否存在特殊通行模式和非法通行行为，输出识别判断结果；

制服识别模块，用于基于模式学习算法，根据监控摄像头所采集的视频画面，从中识别快递、送餐、邮政等身穿特殊制服的人员，输出针对特殊制服人员的识别判断结果；

车牌号识别模块，获得设置在停车场的监控摄像头拍摄的车俩画面，从中提取并输出车牌号信息；

物联接入与管理模块，用于对物联层的所述被控设施、视频采集体系、访客登记自助终端进行接入管理、登记、配置；

通信接口模块，作为面向移动互联网的交互通信接口，与业主终端经由移动互联网建立连接并进行交互通信。

3.根据权利要求2所述的实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统，其特征在于，所述应用层模块具体包括：

访客预约登记模块，用于通过调用基础功能层的通信接口模块而与业主终端实现数据通信，获得并且记录由业主终端上传的访客预约登记信息，所述访客预约登记信息包括访问目的地、访客姓名，还包括访客照片或者预留验证信息；

访客信息采集与验证模块，通过楼宇物联网连接至访客登记自助终端，从访客登记自助终端获取登记的所述访客面部图像，并且从访客登记自助终端获得被录入的访客姓名，记录在访客数据库中；调用所述人脸识别和比对模块，将访客面部图像与访客预约登记信息中由业主终端上传的访客照片进行比对，或者将访客在访客登记自助终端录入所述预留验证信息与访客预约登记信息中由业主终端上传的预留验证信息进行比对，从而验证访客身份；经验证访客身份与访客预约登记信息一致的情况下，根据业主在访客预约登记信息中记录的访问目的地，为该访客开通对应的通行权限配置和设施使用权限配置；经验证访客身份与访客预约登记信息不一致的情况下，通过访客登记自助终端向访客显示验证失败的提示；

通行权限管理模块，接收所述访客信息采集与验证模块对访客的通行权限配置信息；获得监控摄像头采集的当前通行者的视频画面；调用人脸识别和比对模块，比对上述视频画面中的当前通行者面部区域和访客信息采集与验证模块登记在访客数据库中的访客面部图像，识别当前通行者是否具有已经登记的访客身份，根据该登记的访客身份查询对应的通行权限配置信息，判定当前通行者是否具有通行权限，进而控制通行控制设施的放行与禁止放行状态；

设施权限管理模块，接收所述访客信息采集与验证模块对访客的设施使用权限配置信息；获得监控摄像头采集的当前设施使用者的视频画面；调用人脸识别和比对模块，比对上述视频画面中的当前设施使用者面部区域和访客信息采集与验证模块登记在访客数据库中的访客面部图像，识别当前设施使用者是否具有已经登记的访客身份，根据该登记的访客身份查询对应的设施权限配置信息，判定其是否具有使用权限，进而通过控制服务设施的工作状态；

用户交互模块，用于调用基础功能层的通信接口模块，实现与业主终端的消息收发；

保安处报警模块，用于调用基础功能层的通行模式识别模块，判断各个监控摄像头当前采集的视频画面中是否存在非法通行行为，如果存在则对保安处进行报警。

4.根据权利要求3所述的实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统，其特征在于，所述通行权限管理模块还调用基础功能层的制服识别模块，判断监控摄像头采集的视频画面中的当前通行者是否为身着制服人员；如果经判断是身着制服人员，则通行权限管理模块采用针对身着制服人员默认的通行权限配置，判定当前通行者是否具有通行权限，进而控制通行控制设施的放行与禁止放行状态。

5.根据权利要求4所述的实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统，其特征在于，所述通行权限管理模块还包括一个特殊通行权限管理子模块，该特殊通行权限管理子模块调用基础功能层的通行模式识别子模块，判断监控摄像头采集的视频画面中的当前通行者是否存在特殊通行行为；如果经判断存在特殊通行行为，则按照针对特殊通行行为默认的通行权限配置和/或访客信息采集与验证模块为当前通行者开通的通行权限配置是否允许特殊通行行为，判定当前通行者是否具有通行权限，进而控制通行控制设施的放行与禁止放行状态。

6.根据权利要求5所述的实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统，其特征在于，所述通行模式识别模块具体包括：监控画面预处理模块、画面特征提取模块、支持向量机训练模块、预定类型通行模式识别输出模块；所述监控画面预处理模块对由监控摄像头采集的视频画面执行预处理，改善画面质量；画面特征提取模块针对预处理之后的视频画面，提取该视频画面的特征向量；支持向量机训练模块以预定数量的存在某一种预定类型通行模式的监控视频画面作为训练集，利用所述画面特征提取模块针对该训练集提取的特征向量，将训练集的特征向量输入SVM分类机执行训练；预定类型通行模式识别输出模块从监控摄像头获得待识别的监控视频画面，利用所述画面特征提取模块对待识别的监控视频画面提取特征向量，输入到训练之后的SVM分类机，获得SVM分类机的分类识别结果，并且根据该分类识别结果对外输出行为指示符。

7.根据权利要求6所述的实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统，其特征在于，所述画面特征提取模块建立背景融合模型，通过将当前的视频画面与背景融合模型进行相减运算和阈值比较，判断当前视频画面中的前景部分和背景像素，分离当前视频画面的前景部分；统计当前视频画面前景部分像素点的梯度直方图分布，作为所述特征向量。

8.根据权利要求7所述的实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统，其特征在于，所述制服识别模块具体包括：运动区域提取模块、人体区域识别模块、区域颜色特征提取模块、分类器训练模块以及制服类型识别输出模块；所述运动区域提取模块提取当前帧视频画面的运动区域；所述人体区域识别模块根据运动区域与人体形状模板是否匹配，来从运动区域中识别出运动的人体区域部分；所述区域颜色特征提取模块将人体区域部分划分若干子区块，针对各个子区块进行区块颜色的像素分布直方图统计，提取出人体区域部分的颜色特征向量；分类器训练模块以预定数量的具有身着制服人体区域的视频画面作为训练集，利用区域颜色特征提取模块获得训练集的颜色特征向量，对SVM分类机进行训练；制服类型识别输出模块从监控摄像头获得待识别的监控视频画面，通过区域颜色特征提取模块获得其中人体区域部分的颜色特征向量，输入训练好的SVM分类机予以分类识别，根据SVM分类机的输出结果，对外输出制服指示符。

9.根据权利要求8所述的实现楼宇访客识别与通行管理的智能系统，其特征在于，所述区域颜色特征提取模块将所述人体区域识别模块所确定的视频画面人体区域部分平均分割为横向延伸的子区块；然后将视频画面中每个像素的颜色值转化为其所归属的基准颜色值；对于每个子区块，将该子区块中分布像素数量最多的一个或两个基准颜色值作为该子区块的代表颜色值，将该人体区域部分各个子区块的代表颜色值组合一个数组，作为该人体区域部分的颜色特征向量。

10.一种实现楼宇访客识别与通行管理的方法，包括以下步骤：

由业主终端上传访客预约登记信息，所述访客预约登记信息包括访问目的地、访客姓名，还包括访客照片或者预留验证信息；

由访客登记自助终端获取并登记访客面部图像，录入的访客姓名；将访客面部图像与访客预约登记信息中由业主终端上传的访客照片进行比对，或者将访客在访客登记自助终端录入所述预留验证信息与访客预约登记信息中由业主终端上传的预留验证信息进行比对，从而验证访客身份；

经验证访客身份与访客预约登记信息一致的情况下，根据业主在访客预约登记信息中记录的访问目的地，为该访客开通对应的通行权限配置和设施使用权限配置；经验证访客身份与访客预约登记信息不一致的情况下，通过访客登记自助终端向访客显示验证失败的提示；

获得监控摄像头采集的当前通行者的视频画面，将上述视频画面中的当前通行者面部区域与访客登记自助终端获取并登记访客面部图像进行比较，识别当前通行者是否具有已经登记的访客身份，根据该登记的访客身份查询对应的通行权限配置信息，判定当前通行者是否具有通行权限，进而控制通行控制设施的放行与禁止放行状态；

获得监控摄像头采集的当前设施使用者的视频画面；将上述视频画面中的当前设施使用者面部区域和访客登记自助终端获取并登记访客面部图像进行比较，识别当前设施使用者是否具有已经登记的访客身份，根据该登记的访客身份查询对应的设施权限配置信息，判定其是否具有使用权限，进而通过控制服务设施的工作状态。