CN108376237A - 一种基于3d识别的住宅来访管理系统及管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于3D识别的住宅来访管理系统及管理方法的主要实现方法包括以下三个步骤：多装置检测来访者并进行人脸图像信息采集、将采集的信息传输到服务器与相关数据库进行匹配，判定结果、根据结果做出相应的响应操作。根据系统功能要求，主要有三大模块，信息采集模块、信息处理模块、情景模式响应模块。本发明能够自动甄别来访者的住宅管理系统，系统根据对来访者当前情景的判别，做出不同的响应操作，从而为家庭用户创造一个安全防干扰且管理便捷的生活环境。

Description

一种基于3D识别的住宅来访管理系统及管理方法
技术领域
本发明属于智能安全管理设备领域，尤其涉及一种基于3D识别的住宅来访管理系统及管理方法。
背景技术
信息时代的高速发展使得社会的各行各业以及人类生活的方方面面越来越智能化。智能设备的普及提升了人类的生活质量，使生活更加便捷高效。随着计算机技术和人工智能的飞速发展，人脸识别技术得到了广泛的应用，比如人脸验证、接入控制、多媒体管理、人机交互等等。在住宅小区的用户来访管理上，传统的人脸识别技术使用的是2D人脸识别，但是在环境光照发生变化时，识别效果会急剧下降，无法满足实际系统的需要。且一般的来访管理主要起到对业主以及来访者管理记录的作用，无法甄别业主是否愿意接待如保险员、推销员等频繁上门的来访者，从而造成业主的困扰。针对上述问题，将3D人脸识别技术与智能住宅管理系统相结合，从而创造一个安全防干扰且管理便捷的生活环境迫在眉睫。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于3D识别的住宅来访管理系统及管理方法，其能够根据对来访者当前情景的判别，做出不同的响应操作，从而为家庭用户创造一个安全防干扰且管理便捷的生活环境。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于3D识别的住宅来访管理系统，包括信息采集模块、信息处理模块和情景模式响应模块；其中信息采集模块包括人脸图像采集设备、热释电红外探测设备、红外距离探测设备和3D人脸识别设备，信息处理模块包括客户端、服务器和数据库，情景模式响应模块包括控制器。
进一步的，热释电红外探测设备采用感应探头方式固定在单元防盗门的垂直面上，安装高度控制在1.5～2米之间，内置热释电红外探测器。
进一步的，红外距离探测设备采用感应探头方式固定在单元防盗门的垂直面上，安装高度在1.5～2米之间，内置红外距离探测器。
进一步的，人脸图像采集设备采用感应探头方式固定在单元防盗门的垂直面上，安装高度在1.5～2米之间，内置3D人脸识别设备。
一种基于3D识别的住宅来访管理方法，包括如下步骤：
步骤一，在客户端中预设置来访模式并通过人脸图像采集设备、热释电红外探测器和红外距离探测器设备监测室外信息；
步骤二，当热释电红外探测器和红外距离探测器检测到门外有来访者停留后，3D人脸识别设备启动，采集来访者面部信息并进行SIFT特征提取；
步骤三，将来访者的SIFT特征和数据库中的SIFT特征进行匹配，若匹配成功，转入步骤四，匹配不成功则定义为初次来访者并转入步骤八，进入四级情景模式；
步骤四，数据库记录来访者的来访时间并提取来访者的权限信息传输至客户端；
步骤五，根据客户端设置的来访模式，选择对应的响应方式；若为室内模式，转入步骤六；否则转入步骤七，进入三级情景模式；
步骤六，客户端将来访者的权限信息传输至控制器，控制器根据来访者的权限信息做出对应的动作；
步骤七，客户端显示来访者并发出提醒，控制器对来访者发出无人不便接待的提示；
步骤八，数据库保存初次来访者的面部信息并记录来访时间，然后传递至客户端，客户端弹出来访提醒、来访者信息编辑和权限设置提醒，用户进行设置后的信息保存到数据库中。
进一步的，6、根据权利要求5所述的一种基于3D识别的住宅来访管理方法，其特征在于：步骤二中，信息采集模块通过人脸图像采集设备、热释电红外探测设备和红外距离探测设备监测室外信息，当设备检测到有来访者在门外2m范围内停留超过5s时，3D人脸识别设备启动，自动搜索并采集来访者面部信息的人脸图像；3D识别过程如下：
首先，将一组经过编码的数字条纹投射到人脸上，每一组数字条纹包括3个连续的正弦信号，他们的相位梯度是θ，设三组正弦信号为I1、I2、I3：
其中，a是像素，p是数字条纹间距；
取θ为使三色通道上的相位差相同，可以得到像素点的相位信息φ(x，y)为：
对所有的像素点的相位信息进行运算并且消除不连续的相位，得到整幅相位图像；采集成功后，通过网络将图像数据信息传输给信息处理模块。
进一步的，信息处理模块中，由服务器对接收到的图像数据信息进行SIFT特征提取，并将提取的人脸图像的SIFT特征与对应数据库中存储的SIFT特征模板进行搜索匹配，最后根据匹配结果选择不同的响应操作。
进一步的，服务器采用SIFT算子进行SIFT特征提取，SIFT算子计算方法如下：
人脸图像的2D高斯方程可以表示为：
其中，σ是尺度空间因子，它决定着变换后图像代表整体特征还是细节特征；
那么在尺度空间L下的图像可以通过计算卷积获得：
L(x，y，σ)＝G(x，y，σ)*I(x，y)
通过在尺度空间L内检测图像的局部极值点，对于每个局部极值点计算该位置的梯度模m(x，y)和梯度方向θ(x，y)：
其中，σ是尺度空间下的一个影响量，而局部极值点的梯度模m(x，y)和梯度方向θ(x，y)仅是二维平面关于x，y的函数，因此公式中不表示σ；
对每个局部极值点进行运算，得到整个人脸图像的SIFT算子。
进一步的，当某一组图像具有最多的匹配点数，并且这一点数超过了出设定的阈值，则表示匹配成功，数据库记录匹配者的来访时间Time并返回来访者的图像的信息Photo、姓名Name、情景响应权限信息Level给客户端；若匹配失败，数据库记录初次来访者的图像信息Photo和来访时间Time，并将信息传输至客户端，等待客户端返回对来访者情景响应权限信息Level的设置。
进一步的，步骤六中，当来访者拥有一级响应权限，进入一级情景模式，控制器对来访者做出自动来门的响应操作；
当来访者拥有二级响应权限，进入二级情景模式，客户端显示来访者信息并向用户发出来访提醒，控制器等待客户端的响应指令；
当来访者拥有黑名单响应权限时，进入其他情景模式，客户端不响应，控制器对来访者发出勿扰警告。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明更具智能化，能够对用户的进出及访客的到访进行有效、便捷的管理，使用户享受更好的人机交互体验；
2、本发明能够排除住家安全隐患以及不必要的外来人员骚扰，以此提高住宅用户生活质量，便于享受更安全、舒适的生活环境；
3、本发明控制系统结构清晰、易于实现。
附图说明
图1是本发明基于3D识别的住宅来访管理系统的流程示意图；
图2是信息处理模块流程示意图；
图3是情景模式响应模块流程示意图。
图中，100、信息采集模块；200、信息处理模块；210、服务器处理数据；220、数据库处理数据；300、情景模式响应模块；310、一级情景模式；320、二级情景模式；330、三级情景模式；340、四级情景模式；350、其他情景模式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开一种基于3D识别的住宅来访管理系统，如图1、2和3所示，包括信息采集模块、信息处理模块和情景模式响应模块；其中信息采集模块包括人脸图像采集设备、热释电红外探测设备、红外距离探测设备和3D人脸识别设备；信息处理模块包括客户端、服务器和数据库，3D人脸识别设备将采集的图像数据预处理后通过网络传输至服务器，与相关数据库中的数据进行匹配分析，得出结果返回至客户端或控制器；情景模式响应模块包括控制器，情景模式响应模块的主要任务是控制器针对判定结果，对不同的来访者做出不同的响应操作，其主要包括自动开门、提醒有客到访、不响应等等。住宅管理系统是利用人工智能技术、网络通信技术、安全防范技术、综合布线技术等将有关设施集成，构成有效的住宅日常来访管理系统，体现了住宅管理的便捷性、安全性、舒适性。
热释电红外探测设备采用感应探头方式固定在单元防盗门的垂直面上，安装高度控制在1.5～2米之间，内置热释电红外探测器。红外距离探测设备采用感应探头方式固定在单元防盗门的垂直面上，安装高度在1.5～2米之间，内置红外距离探测器。人脸图像采集设备采用感应探头方式固定在单元防盗门的垂直面上，安装高度在1.5～2米之间，内置3D人脸识别设备。
本发明还公开一种基于3D识别的住宅来访管理方法，包括如下步骤：
步骤一，在客户端中预设置来访模式并通过人脸图像采集设备、热释电红外探测器和红外距离探测器设备监测室外信息；
步骤二，当热释电红外探测器和红外距离探测器检测到门外有来访者停留后，3D人脸识别设备启动，采集来访者面部信息并进行SIFT特征提取；
具体方式如下：
信息采集模块100通过人脸图像采集设备、热释电红外探测设备、红外距离探测设备监测室外信息，当设备检测到有来访者在门外2m范围内停留超过5s时，3D人脸识别设备启动，自动搜索并采集来访者面部信息的人脸图像；人脸图像可以用I(x，y)表示，(x，y)是像素的横纵坐标，3D识别过程如下：
首先，将一组经过编码的数字条纹投射到人脸上，每一组数字条纹包括3个连续的正弦信号，他们的相位梯度是θ，设三组正弦信号为I1、I2、I3：
其中，a是像素，p是数字条纹间距；
由于人脸的深度特征，投影上去的数字条纹会发生形变，这些数字条纹会被3D人脸识别设备以RGB色彩模式进行采集：
Ir＝I＇(x，y)+I″(x，y)cos[φ(x，y)-θ]
Ig＝I＇(x，y)+I″(x，y)cos[φ(x，y)]
Ib＝I＇(x，y)+I″(x，y)cos[φ(x，y)+θ]
其中，Ir、Ig、Ib是I的三个分量，分别表示红、绿、蓝三色通道上的人脸图像，I＇和I″分别是I的一阶导数和二阶导数，φ(x，y)是像素点的相位信息；
由于这些数字条纹是由I1、I2、I3三个正弦信号组成的，因此采集的像素点的相位信息可以用这三个已知信号来表示；取θ为使三色通道上的相位差相同，可以得到：
对所有的像素点进行运算并且消除不连续的相位，得到整幅相位图像；采集成功后，通过网络将图像数据信息传输给信息处理模块。
信息处理模块200，由服务器对接收到的图像数据信息进行SIFT特征提取，并将提取的人脸图像的SIFT特征与对应数据库中存储的SIFT特征模板进行搜索匹配，最后根据匹配结果选择不同的响应操作。
服务器采用SIFT算子进行SIFT特征提取，SIFT算子计算方法如下：
服务器处理数据210，服务器采用SIFT算子进行特征提取，人脸图像的2D高斯方程可以表示为：
其中，σ是尺度空间因子，它决定着变换后图像代表整体特征还是细节特征；
那么在尺度空间L下的图像可以通过计算卷积获得：
L(x，y，σ)＝G(x，y，σ)*I(x，y)
通过在尺度空间L内检测图像的局部极值点，对于每个局部极值点计算该位置的梯度模m(x，y)和梯度方向θ(x，y)：
其中，σ是尺度空间下的一个影响量，而局部极值点的梯度模m(x，y)和梯度方向θ(x，y)仅是二维平面关于x，y的函数，因此公式中不表示σ；
对每个局部极值点进行运算，得到整个人脸图像的SIFT算子。
数据库处理数据220，在数据库的图像中，进行图像的SIFT特征提取，随后用采集的来访者图像的SIFT特征与之匹配。当某一组图像具有最多的匹配点数，并且这一点数超过了出设定的阈值，则表示匹配成功，数据库记录匹配者的来访时间Time并返回来访者的图像的信息Photo、姓名Name、情景响应权限信息Level给客户端；若匹配失败，数据库记录初次来访者的图像信息Photo和来访时间Time，并将信息传输至客户端，等待客户端返回对来访者情景响应权限信息Level的设置。
步骤三，将来访者的SIFT特征和数据库中的SIFT特征进行匹配时，若匹配成功，转入步骤四，匹配不成功则定义为初次来访者并转入步骤八，进入四级情景模式；
步骤四，数据库记录来访者的来访时间并提取来访者的权限信息传输至客户端；
步骤五，根据客户端设置的来访模式，选择对应的响应方式；若为室内模式，转入步骤六；否则转入步骤七，进入三级情景模式；
步骤六，客户端将来访者的权限信息传输至控制器，控制器根据来访者的权限信息做出对应的动作。具体如下：
情景模式响应模块300，通过判别匹配结果、客户端是否是来访模式、来访者的情景响应权限等，针对不同的情景模式，客户端和控制器做出不同的响应操作，其具体操作步骤如下：
当来访者拥有一级响应权限，进入一级情景模式310，控制器对来访者做出自动来门的响应操作；此情景适用于如用户自身、用户的亲属等与用户极具亲密关系的人群；
当来访者拥有二级响应权限，进入二级情景模式320，客户端显示来访者信息并向用户发出来访提醒，控制器等待客户端的响应指令；此情景适用于如用户的朋友、定期上门的服务人员等与用户有普通人情或业务往来关系的人群；
当来访者拥有黑名单响应权限时，进入其他情景模式350，客户端不响应，控制器指示对来访者做出“请勿靠近，骚扰必究”的警告提示，此情景适用于对用户造成极大困扰的来访人群。
步骤七，三级情景模式330，客户端显示来访者并发出提醒，控制器指示对来访者做出“家中无人不便接待，有事请电联”的提示，此情景适用于用户家中无人的情况，除了一级响应权限用户，其余权限用户一律不接待，用户可使用移动客户端远程指示控制器做出进一步响应操作；
步骤八，四级情景模式340，数据库保存初次来访者的面部信息并记录来访时间，然后传递至客户端，客户端弹出来访提醒、来访者信息编辑和权限设置提醒，用户进行设置后的信息保存到数据库中，控制器等待客户端的响应指示，此情景适用于初次到访的人群。
综上所述，本发明针对一般的来访管理主要起到对业主以及来访者管理记录的作用，而无法甄别业主是否愿意接待频繁上门并对自己造成极大困扰的来访者的问题，设计的系统根据用户针对来访者设置的不同权限，做出不同判断和操作，从而创造一个安全防干扰且管理便捷的生活环境。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于3D识别的住宅来访管理系统，其特征在于：包括信息采集模块、信息处理模块和情景模式响应模块；其中信息采集模块包括人脸图像采集设备、热释电红外探测设备、红外距离探测设备和3D人脸识别设备，信息处理模块包括客户端、服务器和数据库，情景模式响应模块包括控制器。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D识别的住宅来访管理系统，其特征在于：热释电红外探测设备采用感应探头方式固定在单元防盗门的垂直面上，安装高度控制在1.5～2米之间，内置热释电红外探测器。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D识别的住宅来访管理系统，其特征在于：红外距离探测设备采用感应探头方式固定在单元防盗门的垂直面上，安装高度在1.5～2米之间，内置红外距离探测器。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D识别的住宅来访管理系统，其特征在于：人脸图像采集设备采用感应探头方式固定在单元防盗门的垂直面上，安装高度在1.5～2米之间，内置3D人脸识别设备。
5.一种基于3D识别的住宅来访管理方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，在客户端中预设置来访模式并通过人脸图像采集设备、热释电红外探测器和红外距离探测器设备监测室外信息；
步骤二，当热释电红外探测器和红外距离探测器检测到门外有来访者停留后，3D人脸识别设备启动，采集来访者面部信息并进行SIFT特征提取；
步骤三，将来访者的SIFT特征和数据库中的SIFT特征进行匹配，若匹配成功，转入步骤四，匹配不成功则定义为初次来访者并转入步骤八，进入四级情景模式；
步骤四，数据库记录来访者的来访时间并提取来访者的权限信息传输至客户端；
步骤五，根据客户端设置的来访模式，选择对应的响应方式；若为室内模式，转入步骤六；否则转入步骤七，进入三级情景模式；
步骤六，客户端将来访者的权限信息传输至控制器，控制器根据来访者的权限信息做出对应的动作；
步骤七，客户端显示来访者并发出提醒，控制器对来访者发出无人不便接待的提示；
步骤八，数据库保存初次来访者的面部信息并记录来访时间，然后传递至客户端，客户端弹出来访提醒、来访者信息编辑和权限设置提醒，用户进行设置后的信息保存到数据库中。
6.根据权利要求5所述的一种基于3D识别的住宅来访管理方法，其特征在于：步骤二中，信息采集模块通过人脸图像采集设备、热释电红外探测设备和红外距离探测设备监测室外信息，当设备检测到有来访者在门外2m范围内停留超过5s时，3D人脸识别设备启动，自动搜索并采集来访者面部信息的人脸图像；3D识别过程如下：
首先，将一组经过编码的数字条纹投射到人脸上，每一组数字条纹包括3个连续的正弦信号，他们的相位梯度是θ，设三组正弦信号为I1、I2、I3：
其中，a是像素，p是数字条纹间距；
取θ为使三色通道上的相位差相同，可以得到像素点的相位信息φ(x，y)为：
对所有的像素点的相位信息进行运算并且消除不连续的相位，得到整幅相位图像；采集成功后，通过网络将图像数据信息传输给信息处理模块。
7.根据权利要求6所述的一种基于3D识别的住宅来访管理方法，其特征在于：信息处理模块中，由服务器对接收到的图像数据信息进行SIFT特征提取，并将提取的人脸图像的SIFT特征与对应数据库中存储的SIFT特征模板进行搜索匹配，最后根据匹配结果选择不同的响应操作。
8.根据权利要求7所述的一种基于3D识别的住宅来访管理方法，其特征在于：服务器采用SIFT算子进行SIFT特征提取，SIFT算子计算方法如下：
人脸图像的2D高斯方程可以表示为：
其中，σ是尺度空间因子，它决定着变换后图像代表整体特征还是细节特征；
那么在尺度空间L下的图像可以通过计算卷积获得：
L(x，y，σ)＝G(x，y，σ)*I(x，y)
通过在尺度空间L内检测图像的局部极值点，对于每个局部极值点计算该位置的梯度模m(x，y)和梯度方向θ(x，y)：
其中，σ是尺度空间下的一个影响量，而局部极值点的梯度模m(x，y)和梯度方向θ(x，y)仅是二维平面关于x，y的函数，因此公式中不表示σ；
对每个局部极值点进行运算，得到整个人脸图像的SIFT算子。
9.根据权利要求7所述的一种基于3D识别的住宅来访管理方法，其特征在于：当某一组图像具有最多的匹配点数，并且这一点数超过了出设定的阈值，则表示匹配成功，数据库记录匹配者的来访时间Time并返回来访者的图像的信息Photo、姓名Name、情景响应权限信息Level给客户端；若匹配失败，数据库记录初次来访者的图像信息Photo和来访时间Time，并将信息传输至客户端，等待客户端返回对来访者情景响应权限信息Level的设置。
10.根据权利要求5所述的一种基于3D识别的住宅来访管理方法，其特征在于：步骤六中，当来访者拥有一级响应权限，进入一级情景模式，控制器对来访者做出自动来门的响应操作；
当来访者拥有二级响应权限，进入二级情景模式，客户端显示来访者信息并向用户发出来访提醒，控制器等待客户端的响应指令；
当来访者拥有黑名单响应权限时，进入其他情景模式，客户端不响应，控制器对来访者发出勿扰警告。
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