CN108388141B - 一种基于人脸识别的智慧家庭控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供的一种基于人脸识别的智慧家庭控制系统和方法，包括：智能电器、图像采集单元、图像识别单元、数据存储单元，和智能控制单元。所述智能电器和所述图像采集单元分布在所述智慧家庭的不同区域中。智能控制单元根据由图像采集单元采集到的人体面部图像并由图像识别单元识别出的人体身份向智能电器发送控制指令，使智能电器根据接收到的控制指令改变自身的当前状态，根据不同人体的个性化需求实现自动控制智能电器，在一定程度上满足了位于智慧家庭的不同区域中的不同人体的个性化需求。

Description

一种基于人脸识别的智慧家庭控制系统和方法

技术领域

本申请涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种基于人脸识别的智慧家庭控制系统和方法。

背景技术

智慧家庭是家庭信息化的产物，利用计算机，嵌入式系统和通信网络技术，将各种家用设备通过家庭网络连在一起。在智慧家庭系统中，各种家庭设备可以在信息交互的基础上实现相互操作，相互协调和远程控制功能，但这种全方位的信息交互必须建立在网络环境的基础上，构建家庭网络是建立智慧家庭的前提条件。家庭网络是在家庭范围内，将电脑、家电、安全系统等相连接并接入互联网的一种新兴全IP网络形式，目前无线传感器网络技术，特别是短距离无线通信技术已成为新热点。家庭网络的无线化将是未来家庭网络的发展趋势。在这种发展趋势的前提下，通过无线传感器网络实现家庭中所有家用电器的无线控制，将提高家庭生活的方便化、人性化和科技化。

但是，现有技术中的智慧家庭，不能根据不同人体的个性化需求实现自动控制智能电器，因此不能满足位于家庭中不同区域中的不同人体的个性化需求。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种基于人脸识别的智慧家庭控制系统和方法，来解决现有技术中智慧家庭不能根据不同人体的个性化需求实现自动控制智能电器的技术问题。

基于上述目的，在本申请的一个方面，提出了一种基于人脸识别的智慧家庭控制系统，包括：

智能电器，分布在所述智慧家庭的不同区域中，所述智能电器能够根据接收到的控制指令改变自身的当前状态；

图像采集单元，分布在所述智慧家庭的不同区域中，用于采集各区域中人体的面部图像；

图像识别单元，用于对所述面部图像进行识别，以确定所述面部图像对应的人体身份；

数据存储单元，用于录入和存储所述智慧家庭中的各人体身份对应的智能电器的控制参数；

智能控制单元，用于根据所确定的人体身份从所述数据存储单元中获取所述控制参数，并根据所述控制参数向所述智能电器发送控制指令。

在一些实施例中，所述智能电器与所述智能控制单元无线连接，无线连接技术包括红外技术、2.4G无线技术、蓝牙技术或Zigbee技术中的至少一项。

在一些实施例中，所述图像识别单元用于从图像采集单元采集的人体面部图像中截取面部区域；基于面部器官位置，提取面部器官位置特征向量，并且与从预先录入的人体面部图像中提取的面部器官位置特征向量进行比对，如果匹配则识别为预先录入的人体面部图像所关联的所述人体身份；如果不匹配，则继续从图像采集单元采集的人体面部图像中提取面部区域图像纹理特征值，与从预先录入的人体面部图像中提取的面部区域图像纹理特征值进行比对，如果匹配则识别为预先录入的人体面部图像所关联的所述人体身份；如果不匹配，识别为未登记身份。

在一些实施例中，还包括：身份数据录入单元，所述身份数据录入单元用于获取人体的面部图像和人体身份信息，并将获取到的人体的面部图像和人体身份信息相关联，以建立所述人体的面部图像和所述人体身份信息的对应关系。

在一些实施例中，所述身份数据录入单元包括图像采集模块、身份数据接收模块和图像数据匹配模块；

所述图像采集模块用于采集人体的面部图像，所述身份数据接收模块用于接收人体身份信息，所述图像数据匹配模块用于将所述面部图像和所述身份信息相关联，以建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系。

在一些实施例中，图像采集模块针对在身份录入过程中所采集的人体的面部图像，提取面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值，图像数据匹配模块将面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值与人体身份信息相关联，以建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系。

在一些实施例中，图像采集模块针对身份录入过程中所采集的面部图像，提取面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值，并且根据面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值识别是否属于特殊人体；如果属于特殊人体，图像数据匹配模块建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系时，将为所述身份信息自动添加特殊类型标记。

在一些实施例中，所述数据存储单元包括参数录入模块、身份关联模块和数据存储模块；

所述参数录入模块用于接收用户输入的对应与所述智能电器的控制参数，所述身份关联模块用于获取所述用户的身份信息，从而生成该用户的身份信息与该用户输入的控制参数的对应关系，所述数据存储模块用于对所述智能电器的控制参数以及对应的身份信息进行存储。

在一些实施例中，还包括人工控制单元，用于根据人体输入的当前控制参数向所述智能电器发送控制指令，以改变所述智能电器的当前状态。

在一些实施例中，所述智能控制单元包括控制参数选取模块，所述控制参数选取模块用于当获取到的控制参数为对应多个人体身份的多个控制参数时，选取其中一个控制参数作为优先控制参数。

在一些实施例中，所述智能控制单元包括控制参数确定模块，所述控制参数选取模块用于当获取到的控制参数为对应多个人体身份的多个控制参数时，按照每个人体身份对应的权重的比值对所述多个控制参数进行加权平均，重新确定并生成最终控制参数。基于上述目的，在本申请的另一个方面，提出了一种基于人脸识别的智慧家庭控制方法，包括：

获取所述智慧家庭的不同区域中的人体的面部图像；

对所述面部图像进行识别，确认所述面部图像对应的人体身份；

根据所确定的人体身份确定对应于所述人体身份的智能电器的控制参数；

根据所述控制参数向所述智能电器发送控制指令，以令所述智能电器改变自身的当前状态。

在一些实施例中，对所述面部图像进行识别，确认所述面部图像对应的人体身份具体包括：从人体面部图像中截取面部区域；基于面部器官位置，提取面部器官位置特征向量，并且与从预先录入的人体面部图像中提取的面部器官位置特征向量进行比对，如果匹配则识别为预先录入的人体面部图像所关联的所述人体身份；如果不匹配，则继续从人体面部图像中提取面部区域图像纹理特征值，与从预先录入的人体面部图像中提取的面部区域图像纹理特征值进行比对，如果匹配则识别为预先录入的人体面部图像所关联的所述人体身份；如果不匹配，识别为未登记身份。

在一些实施例中，在所述获取所述智慧家庭的不同区域中人体的面部图像之前，还包括以下身份录入过程：

获取人体的面部图像和人体身份信息，并将获取到的人体的面部图像和人体身份信息相关联，以建立所述人体的面部图像和所述人体身份信息的对应关系。

在一些实施例中，针对在身份录入过程中所采集的人体的面部图像，提取面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值，将面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值与人体身份信息相关联，以建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系。

在一些实施例中，针对在身份录入过程中所采集的人体的面部图像，提取面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值，并且根据面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值识别是否属于特殊人体；如果属于特殊人体，图像数据匹配模块建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系时，将为所述身份信息自动添加特殊类型标记。

在一些实施例中，所述根据所述控制参数向所述智能电器发送控制指令，包括：

当获取到的控制参数为对应多个人体的多个控制参数时，选取其中一个控制参数作为优先控制参数，根据所述优先控制参数向所述智能电器发送控制指令。

在一些实施例中，所述根据所述控制参数向所述智能电器发送控制指令，包括：

当获取到的控制参数为对应多个人体的多个控制参数时，按照预先设定的权重比值重新确定并生成最终控制参数，根据所述最终控制参数向所述智能电器发送控制指令。

本申请实施例提供的一种基于人脸识别的智慧家庭控制系统，包括：智能电器，分布在所述智慧家庭的不同区域中，所述智能电器能够根据接收到的控制指令改变自身的当前状态；图像采集单元，分布在所述智慧家庭的不同区域中，用于采集各区域中人体的面部图像；图像识别单元，用于对所述面部图像进行识别，以确定所述面部图像对应的人体身份；数据存储单元，用于录入和存储所述智慧家庭中的各人体对应的智能电器的控制参数；智能控制单元，用于根据所确定的人体身份从所述数据存储单元中获取所述控制参数，并根据所述控制参数向所述智能电器发送控制指令。智能控制单元根据图像识别单元识别出的人体身份向智能电器发送控制指令，使智能电器根据接收到的控制指令改变自身的当前状态，根据不同人体的个性化需求实现自动控制智能电器，在一定程度上满足了位于智慧家庭的不同区域中的不同人体的个性化需求，而且具有自动化智能化程度高、不需要人工介入就能够实现自适应智慧家庭控制的优势。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请实施例一的基于人脸识别的智慧家庭控制系统的结构图；

图2是本申请实施例二的基于人脸识别的智慧家庭控制系统的结构图；

图3是本申请实施例三的基于人脸识别的智慧家庭控制方法的流程图；

图4是是人体身份对应的权重值的确定方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，是本申请实施例一的基于人脸识别的智慧家庭控制系统的结构图。从图1中可以看出，作为本申请的一个实施例，所述基于人脸识别的智慧家庭控制系统可以包括：

智能电器101，所述智能电器101可以是智能电灯、智能空调、智能电视或者智能供暖设备等，这里只是举例说明，而不应当被理解为对本申请技术方案的限制。所述智能电器101可以分布在所述智慧家庭的不同区域中，例如，可以分布在不同的房间中；由于不同房间的居住的人体不同，需要的环境也不想同，不同的人体都有各自的个性化需求，例如，不同人体由于个人喜好或者其他原因，对光照强度的需要不同。所述智能电器101能够根据接收到的控制指令改变自身的当前状态，进而可以针对不同人体营造出不同的环境。

图像采集单元102，用于采集各区域中人体的面部图像。在本实施例中，所述图像采集单元102可以为视频采集设备或者图像采集设备，所述图像采集单元102可以分布在所述智慧家庭的不同区域中，例如分布在不同的房间中。每个不同的区域(房间)中的不同方位，可以分布有多个所述的图像采集单元102，以便于从各个角度都能采集到处于该区域中的人体的面部图像，以便于根据采集到的面部图像确认处于该区域中的人体身份，进而根据该区域中的人体身份调整所述智能电器101，以满足该区域中的人体的个性化需求。

图像识别单元103，所述图像识别单元103与所述图像采集单元102连接，连接方式可以是有线连接或者无线连接，或者，所述图像识别单元103与所述图像采集单元102也可以一体成型。所述图像识别单元103用于对所述面部图像进行识别，以确定所述面部图像对应的人体身份。

对于智慧家庭控制这一特殊应用场景下的人脸识别来说，需要准确识别身份的人脸目标数量比较有限，目标也比较稳定，存在的变化和干扰项不多，因为家庭中生活的家庭成员数量总是相对有限和稳定的，同时适应快速调节的需求，故要采用响应速度快的识别方法；同时，在实际应用时，由于需要在人体吃饭、睡觉、居家等正常家庭生活的过程中非介入地随时采集，因此所获得的人脸图像并不总是规范角度和大小的正面面部图像，存在各种拍摄角度和面部尺寸的人脸图像，需要具有较强鲁棒性的识别方法。另一方面，在后文中将要介绍，如果智慧家庭空间中具有婴儿、高龄老人等需要特殊照顾的人体，则要采取特定的控制方式，因而，需要对此类特殊人体执行专门识别。基于以上各方面的因素，可以应用下面介绍的图像处理和人脸识别技术。

首先，图像识别单元103针对图像采集单元102采集的含人体的图像，从中截取出来图像的面部区域；从含人体的图像当中可以利用轮廓提取与模板匹配度评估、头身比划分等多种方式截取出来面部区域，因属于常规手段，在此不予赘述。进而，图像识别单元103针对截取出来的面部区域，执行面部器官位置确定，再基于面部器官位置进行特征向量提取；具体来说，针对面部区域，从中确定额头区域、眼睛中心点、眉毛区域、鼻孔区域、鼻翼区域、嘴部区域这些器官位置，器官位置的确定可以先针对面部区域利用灰度差提取轮廓，再根据轮廓与预定的面部器官先验模板进行匹配，通过匹配确定各个面部器官；再针对器官位置提取额头高度、双眼间距、眉眼间距、鼻孔间距、鼻部高度、鼻部宽度、嘴部区域宽度、嘴部区域高度、脸宽这些器官位置特征值，组合这些特征值形成面部器官位置特征向量。图像识别单元103提取面部器官位置特征向量之后，将其与从预先录入的人体面部图像中提取的面部器官位置特征向量进行比对，如果比对匹配度高于阈值，则可以快速识别出人体身份，后续基于该人体身份进行智慧家庭的控制。如果面部器官位置特征向量比对失败，即比对匹配度不高于阈值，则图像识别单元103继续进行面部区域图像纹理特征值的提取与识别。面部区域的纹理特征值对于光照变化不敏感，对于面部图像拍摄角度偏移也具有比较强的适应性，因此具有较强鲁棒性。面部区域图像纹理特征值的计算方法如下：将整个面部区域的外接矩形分解为N×N个子区域，N的取值范围为5-20；针对其中每一个子区域，为该子区域内的每一个像素提取以该像素为中心像素、包括该像素左上、上、右上、右、右下、下、左下、左侧相邻像素的3×3像素块；该中心像素的图像纹理特征值T_c为：

其中i_c表示中心像素的像素灰度值，i_p表示相邻像素的像素灰度值，按照左上、上、右上、右、右下、下、左下、左的顺序，p的取值依次由1至8；且

也就是说，在3×3像素块内，以中心像素的灰度值为阈值，将相邻的8个像素的灰度值与其进行比较，若相邻像素灰度值大于等于中心像素灰度值，则该相邻像素被标记为1，否则该相邻像素标记为0。这样，3×3像素块内的8个相邻像素经比较可产生8个数值为0或者1的标记，按照左上、上、右上、右、右下、下、左下、左的顺序将相邻像素对应的标记排列为一个8位的二进制数，该8位二进制数转化为十进制即为T_c，作为中心像素的图像纹理特征值，并用这个值来反映该像素块的纹理信息。对于N×N个子区域中的每一个子区域，获得其中每一个像素的图像纹理特征值，进而进行该子区域像素图像纹理特征值的直方图统计，获得每个子区域的直方图数据；将全部子区域的直方图数据组合在一起，形成的数据集合作为面部区域图像纹理特征值。图像识别单元103提取图像采集单元102采集的面部区域的面部区域图像纹理特征值，将其与从预先录入的人体面部图像中提取的面部区域图像纹理特征值进行比对，如果比对匹配度高于阈值，则可以准确识别出人体身份，后续基于识别的人体身份进行智慧家庭的控制；如果面部区域图像纹理特征值比对仍然失败，即比对匹配度仍然不高于阈值，则图像识别单元103将当前采集的面部图像识别为未登记身份，因而在后续的过程中不会基于未登记身份而执行对智慧家庭的控制。

数据存储单元104，所述数据存储单元104可以用于录入和存储所述智慧家庭中的各人体身份对应的智能电器101的控制参数。在本实施例中，所述数据存储单元104中可以存储所述智慧家庭中的各人体身份信息，与各人体的个人喜好对应的智能电器101的控制参数，以及存储身份信息与控制参数的对应关系。这样，在通过图像识别单元103获取到人体身份信息后，就可以通过查询数据存储单元104确定该人体身份的个人喜好对应的智能电器101的控制参数。

智能控制单元105，用于根据图像识别单元103所确定的人体身份，从所述数据存储单元104中获取与该人体身份对应的所述控制参数，并根据所述控制参数向所述智能电器101发送控制指令，以令所述智能电器101根据所述控制参数改变当前的状态，例如灯光的亮暗，智能空调的温度的高低等。本实施例的基于人脸识别的智慧家庭控制系统，通过智能控制单元根据图像识别单元识别出的人体身份，查询与该人体身份对应的控制参数，并向智能电器发送控制指令，使智能电器根据接收到的控制指令改变自身的当前状态，根据不同人体的个性化需求实现自动控制智能电器，在一定程度上满足了位于智慧家庭的不同区域中的不同人体的个性化需求。

作为本申请的一个可选实施例，在上述实施例的基础上，所述智能电器101与所述智能控制单元105无线连接，无线连接技术包括红外技术、2.4G无线技术、蓝牙技术或Zigbee技术中的至少一项。

作为本申请的一个可选实施例，在上述实施例的基础上，还可以包括：身份数据录入单元，所述身份数据录入单元用于获取人体的面部图像和人体身份信息，并将获取到的人体的面部图像和人体身份信息相关联，以建立所述人体的面部图像和所述人体身份信息的对应关系。在本实施例中，当所述智慧家庭中有新增成员时，而图像识别单元又不能对所述的新增成员进行身份识别，所述身份数据录入单元可以用于录入所述新增成员的面部图像和身份信息，所述新增成员的面部图像和身份信息可以存储在数据存储单元中，也可以存储在所述身份数据录入单元中，所述新增成员录入面部图像和身份信息后，所述图像识别单元即可对所述新增成员进行识别。

作为本申请的一个可选实施例，在上述实施例的基础上，所述身份数据录入单元包括图像采集模块、身份数据接收模块和图像数据匹配模块；

所述图像采集模块用于采集人体的面部图像，以及所述身份数据接收模块用于接收人体身份信息，所述图像数据匹配模块用于将所述面部图像和所述身份信息相关联，以建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系。当建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系后，当所述图像采集单元采集到所述新增成员的面部图像后，图像识别单元就可以根据所述面部图像和所述身份信息的对应关系确定所述新增成员的身份。其中，图像采集模块针对在身份录入过程中所采集的人体的面部图像，按照上文介绍的方法，提取面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值，图像数据匹配模块将面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值与人体身份信息相关联，以建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系。这样，图像识别单元103从图像采集单元102当前采集的面部图像中提取出来面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值之后，可以如上文介绍，与身份数据录入单元预先录入的面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值进行匹配，从而识别出人体身份信息。

另外，所述身份数据录入单元的图像采集模块还可以从身份录入过程中所采集的面部图像提取面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值，并且根据面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值识别是否属于婴儿、高龄老人等需要特殊照顾的人体；如果属于特殊人体，则图像数据匹配模块建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系时，将为所述身份信息自动添加特殊类型标记，后续将根据该特殊类型标记采用优先的控制方式。具体来说，图像采集模块根据从身份录入过程中所采集的面部图像所提取面部器官位置特征向量，与预定的婴儿面部器官位置特征模板进行匹配运算，如果匹配则识别属于婴儿。图像采集模块根据从身份录入过程中所采集的面部图像当中所提取的面部区域图像纹理特征值，分析其中直方图数据的分布，如果直方图数据分布集中度低于预定的阈值，则说明面部区域图像纹理非常丰富，则将该面部区域对应的人体身份信息识别为老人。

在上述实施例的基础上，所述数据存储单元包括参数录入模块、身份关联模块和数据存储模块；

所述参数录入模块用于接收用户输入的对应于所述智能电器的控制参数；所述身份关联模块，用于获取所述用户的身份信息，从而生成该用户的身份信息与该用户输入的控制参数的对应关系；所述数据存储模块用于对所述智能电器的控制参数以及对应的身份信息进行存储。

作为本申请的一个可选实施例，在上述实施例的基础上，还包括人工控制单元，用于根据人体输入的当前控制参数向所述智能电器发送控制指令，以改变所述智能电器的当前状态。本实施例中的人工控制单元，可以用于临时控制所述智能电器，例如，可以手动调节智能点灯的亮度，使得智能电器更能满足不同用户的个性化需求。

作为本申请的一个可选实施例，在上述实施例的基础上，所述智能控制单元包括控制参数选取模块，所述控制参数选取模块用于当获取到的控制参数为对应多个人体身份的多个控制参数时，选取其中优先级最高的人体身份对应的一个控制参数作为优先控制参数。在录入与所述人体身份对应的智能电器的控制参数时，可以同时定义所述人体身份对应的智能电器的控制参数的优先级，并将所述优先级与所述控制参数同时录入。当所述智慧家庭的同一区域中存在多个人体时，通过所述图像采集单元可以获取到所述的多个人体的面部图像，由于每个人体可以对应有各自的智能电器的控制参数，因此，当所述控制参数选取模块在获取该区域内智能电器的控制参数时，会获取到多个控制参数，此时，可以选取其中优先级最高的人体身份对应的一个控制参数作为优先控制参数。例如，所述控制参数选取模块可以判断所述多个人体身份中是否包含特殊类型的人体身份(如婴幼儿、老年人，或者用户子定义的特殊类型的人体身份，如病人)，如果包含则将特殊类型的人体身份设为优先级最高的人体身份。此外，所述控制参数选取模块还可以根据在预定的时间区间内每个人体身份的被识别次数，将被识别次数最多的人体身份设为优先级最高的人体身份。即将该区域中出现频次最多的人体的人体身份设为优先级最高的人体身份。

作为本申请的一个可选实施例，在上述实施例的基础上，所述智能控制单元包括控制参数确定模块，所述控制参数确定模块用于当获取到的控制参数为对应多个人体身份的多个控制参数时，按照每个人体身份对应的权重的比值对所述多个控制参数进行加权平均，重新确定并生成最终控制参数。例如，所述控制参数选取模块获取到的控制参数为对应于人体A、人体B和人体C的控制参数a、控制参数b和控制参数c，则按照控制参数a、控制参数b和控制参数c对应于每个人体身份对应的权重的比值来重新确定并生成最终控制参数。

控制参数确定模块可以根据在预定的时间区间内每个人体身份的被识别次数，确定与该人体身份对应的权重值。当在预定的时间区间内某个人体身份的被识别次数低于第一阈值时，该人体身份对应的权重值为0；当在预定的时间区间内某个人体身份的被识别次数大于等于第一阈值时，该人体身份对应的权重值随着被识别次数的增加而增大，并且权重值的增大率随着被识别次数的增加而减小。如图4所示，是人体身份对应的权重值的确定方法示意图。在S0到S1次数内，该人体身份对应的权重为0，在S1到S2次数内，该人体身份对应的权重逐渐增大，但是增大率逐渐减小。这样的好处在于，例如，智慧家庭中原本存在A,B两个人体身份，并且在预定的时间区间内都已经累积了一定的被识别次数，从而获得了一定的权重值；如果又有第三个人体身份C被加入，如果第三个人体身份C被识别次数在S0到S1次数内，该人体身份C对应的权重为0，也就是不会对智慧家庭的控制参数产生影响，因为如果人体身份C只是被识别了几次就不再出现，其可能只是短暂来访人员，没有必要为其调整控制参数。相反，如果人体身份C的被识别次数高于S1次，则人体身份C随着被识别次数的增加，其权重会得到增长，并且直至人体身份C的被识别次数大于等于人体身份A、B的被识别次数之前，人体身份C权重的增大率会高于人体身份A,B权重的增大率，这样，人体身份C对智慧家庭控制能够更快地产生其影响力，有利于智慧家庭控制尽快适应新增的人体身份的需求。

如图2所示，是本申请实施例二的基于人脸识别的智慧家庭控制系统的结构图。最为本申请的一个具体实施例，所述基于人脸识别的智慧家庭控制系统包括：

智能电器201，所述智能电器201可以是智能点灯、智能空调、智能电视或者智能供暖设备等，这里只是举例说明，而不应当被理解为对本申请技术方案的限制。所述智能电器201可以分布在所述智慧家庭的不同区域中，例如，可以分布在不同的房间中，由于不同房间的居住的人体不同，需要的环境也不想同，不同的人体都有各自的个性化需求，例如，不同人体由于个人喜好或者其他原因，对光照强度的需要不同。所述智能电器201能够根据接收到的控制指令改变自身的当前状态，进而可以针对不同人体营造出不同的环境。

图像采集单元202，用于采集各区域中人体的面部图像。在本实施例中，所述图像采集单元202可以为视频采集设备或者图像采集设备，所述图像采集单元202可以分布在所述智慧家庭的不同区域中，例如分布在不同的房间中。每个不同的区域(房间)中的不同方位，可以分布有多个所述的图像采集单元202，以便于从各个角度都能采集到处于该区域中的人体的面部图像，以便于根据采集到的面部图像确认处于该区域中的人体身份，进而根据该区域中的人体身份调整所述智能电器201，以满足该区域中的人体的个性化需求。

图像识别单元203，所述图像识别单元203与所述图像采集单元202连接，连接方式可以是有线连接或者无线连接，或者，所述图像识别单元203与所述图像采集单元202也可以一体成型。所述图像识别单元203用于对所述面部图像进行识别，以确定所述面部图像对应的人体身份。

数据存储单元204，所述数据存储单元204可以用于录入和存储所述智慧家庭中的各人体身份对应的智能电器201的控制参数。在本实施例中，所述数据存储单元204中可以存储所述智慧家庭中的各人体身份信息，与各人体的个人喜好对应的智能电器201的控制参数，以及，身份信息与控制参数的对应关系。这样，在通过图像识别单元203获取到人体身份信息后，就可以通过查询数据存储单元204确定该人体身份的个人喜好对应的智能电器201的控制参数。

智能控制单元205，用于根据图像识别单元203所确定的人体身份，从所述数据存储单元204中获取与该人体身份对应的所述控制参数，并根据所述控制参数向所述智能电器201发送控制指令，以令所述智能电器201根据所述控制参数改变当前的状态，例如灯光的亮暗，智能空调的温度的高低等。智能控制单元205，用于根据所确定的人体身份从所述数据存储单元204中获取所述控制参数，并根据所述控制参数向所述智能电器201发送控制指令，以令所述智能电器201根据所述控制参数改变当前的状态，例如灯光的亮暗，智能空调的温度的高低等。

其中，所述数据存储单元204包括参数录入模块2041、身份关联模块2042和数据存储模块2043，所述参数录入模块2041用于接收用户输入的对应于所述智能电器的控制参数，所述身份关联模块2042用于获取所述用户的身份信息，从而生成该用户的身份信息与该用户输入的控制参数的对应关系，当用户输入控制参数时，身份关联模块2042可以通过图像识别单元203的实时识别而获知用户的身份信息；所述数据存储模块2043用于对所述智能电器的控制参数以及对应的身份信息进行存储。用户可以在参数录入模块2041中设置个性化需求对应的控制参数，例如智能点灯的亮度或者空调的温度，所述参数录入模块2041在接收到用户输入的控制参数后，将所述控制参数发送给所述数据存储模块2043，以对所述个性化需求的控制参数进行存储。

所述智能控制单元205包括控制参数选取模块2051和控制参数确定模块2052，所述控制参数选取模块2051用于当获取到的控制参数为对应多个人体的多个控制参数时，选取其中一个控制参数作为优先控制参数。例如，同一区域中存在多个人体时，由于不同人体对应于所述智能电器的控制参数不同，因此，可以针对人体设置对应于不同人体的控制参数的优先级，这样，当同一区域中存在多个人体时，则选取优先级较高的控制参数作为智能电器的控制参数。例如，所述控制参数选取模块2051可以判断所述多个人体身份中是否包含特殊类型的人体身份(如婴幼儿、老年人，或者用户子定义的特殊类型的人体身份，如病人)，如果包含则将特殊类型的人体身份设为优先级最高的人体身份。或者，所述控制参数选取模块2051还可以根据在预定的时间区间内每个人体身份的被识别次数，将被识别次数最多的人体身份设为优先级最高的人体身份。或者，作为另一种控制策略，当获取到的控制参数为对应多个人体的多个控制参数时，还可以通过控制参数确定模块2052按照预先设定的权重比值重新确定并生成最终控制参数。

此外，本实施例中的基于人脸识别的智慧家庭控制系统还可以包括身份数据录入单元206和人工控制单元207，所述身份数据录入单元206与所述智能控制单元205连接，所述人工控制单元207与所述智能电器连接。

所述身份数据录入单元206包括图像采集模块2061、身份数据接收模块2062和图像数据匹配模块2063。所述图像采集模块2061用于采集人体的面部图像，所述身份数据接收模块2062用于接收人体身份信息，所述图像数据匹配模块2063用于将所述面部图像和所述身份信息相关联，以建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系。图像采集模块2061还可以从身份录入过程中所采集的面部图像识别是否属于婴儿、高龄老人等需要特殊照顾的人体；如果属于特殊人体，则图像数据匹配模块2063建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系时，将为所述身份信息自动添加特殊类型标记，后续将根据该特殊类型标记采用优先的控制方式。

通过所述人工控制单元207可以手动设定所述智能电器201的控制参数，以便于根据需求当前对所述智能电器201的状态进行适应性调整。

本实施例的基于人脸识别的智慧家庭控制系统，通过智能控制单元根据图像识别单元识别出的人体身份向智能电器发送控制指令，使智能电器根据接收到的控制指令改变自身的当前状态，根据不同人体的个性化需求实现自动控制智能电器，在一定程度上满足了位于智慧家庭的不同区域中的不同人体的个性化需求。

如图3所示，是本申请实施例三的基于人脸识别的智慧家庭控制方法的流程图。

作为本申请的一个实施例，所述基于人脸识别的智慧家庭控制方法可以包括以下步骤：

S301：获取所述智慧家庭的不同区域中人体的面部图像。

在本实施例中，可以通过设置在所述智慧家庭的不同区域中的视频采集设备或者图像采集设备获取所述智慧家庭的不同区域中人体的面部图像，对于同一区域，可以在多个不同的方位设置所述视频采集设备或者图像采集设备，以便于能够实现从多个角度获取到该区域中人体的面部图像。

S302：对所述面部图像进行识别，确认所述面部图像对应的人体身份。

在本实施例中，可以利用本发明上文介绍的人脸识别技术对上述步骤中获取到的面部图像进行识别，根据所述面部图像，确认该区域中人体身份。确认该区域中人体身份的方法可以是根据所述面部图像识别出所述面部图像的面部特征，基于该面部特征与预先设置的数据库中的面部特征进行匹配，所述数据库中的面部特征对应有人体身份信息，当匹配成功时，则可以确定所述面部图像对应的人体身份。

S303：根据所确定的人体身份确定对应于所述人体身份的智能电器的控制参数。

在本实施例中，可以根据所确定的人体身份从预先设置的数据库中查找针对于该人体的智能电器的控制参数。

S304：根据所述控制参数向所述智能电器发送控制指令，以令所述智能电器改变自身的当前状态。

在查找到针对于该人体的智能电器的控制参数后，将所述控制参数发送给智能电器，以令所述智能电器根据所述控制参数改变当前的状态。

本实施中的基于人脸识别的智慧家庭控制方法，实现了根据不同人体的面部图像自动控制该人体所在的智慧家庭的区域中的智能电器的状态，进而实现了对智能电器的满足不同人体个性化需求的控制，使得智慧家庭更加智能。

作为本申请的一个可选实施例，在上述实施例中，在所述获取所述智慧家庭的不同区域中人体的面部图像之前，还可以包括：

获取人体的面部图像和人体身份信息，并将获取到的人体的面部图像和人体身份信息相关联，以建立所述人体的面部图像和所述人体身份信息的对应关系。当获取到所述人体的面部图像后便可以获取到的上述人体身份信息。可以从身份录入过程中所采集的面部图像识别和登记面部器官位置特征向量以及面部区域图像纹理特征值等面部特征，将面部特征和人体身份信息相关联，以建立所述人体的面部图像和所述人体身份信息的对应关系。并且，如果属于特殊人体，建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系时，将为所述身份信息自动添加特殊类型标记，后续将根据该特殊类型标记采用优先的控制方式。

作为本申请的一个可选实施例，在上述实施例中，所述根据所述控制参数向所述智能电器发送控制指令，包括：

当获取到的控制参数为对应多个人体的多个控制参数时，选取其中一个控制参数作为优先控制参数，根据所述优先控制参数向所述智能电器发送控制指令。

这样，当所述智慧家庭的同一区域中存在有多个人体时，可以将多个人体与同一个针对智能电器的控制参数对应起来，例如，当所述多个人体中包括婴幼儿时，可以将婴幼儿对应的智能电器的控制参数作为最终的控制参数。

作为本申请的一个可选实施例，在上述实施例中，所述根据所述控制参数向所述智能电器发送控制指令，包括：

当获取到的控制参数为对应多个人体的多个控制参数时，按照预先设定的权重比值重新确定并生成最终控制参数，根据所述最终控制参数向所述智能电器发送控制指令。

这样，当所述智慧家庭的同一区域中存在有多个人体时，可以将多个人体对应同一个针对智能电器的控制参数，由于人体对环境因素并不是非常敏感，因此实现了在一定范围内满足了不同人体的个性化需求。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种基于人脸识别的智慧家庭控制系统，其特征在于，包括：

智能电器，分布在所述智慧家庭的不同区域中，所述智能电器能够根据接收到的控制指令改变自身的当前状态；

图像采集单元，分布在所述智慧家庭的不同区域中，用于采集各区域中人体的面部图像；

图像识别单元，用于对所述面部图像进行识别，以确定所述面部图像对应的人体身份；其中，图像识别单元针对所述图像采集单元采集的面部图像的面部区域，利用灰度差提取轮廓，再根据轮廓与预定的面部器官先验模板进行匹配，通过匹配确定额头区域、眼睛中心点、眉毛区域、鼻孔区域、鼻翼区域、嘴部区域这些器官位置，再针对器官位置提取额头高度、双眼间距、眉眼间距、鼻孔间距、鼻部高度、鼻部宽度、嘴部区域宽度、嘴部区域高度、脸宽这些器官位置特征值，组合这些特征值形成面部器官位置特征向量；提取面部器官位置特征向量之后，将其与从预先录入的人体面部图像中提取的面部器官位置特征向量进行比对，如果面部器官位置特征向量的比对匹配度高于第一阈值，则可以识别出人体身份；如果面部器官位置特征向量的比对匹配度不高于第一阈值，则继续进行面部区域图像纹理特征值的提取与识别；面部区域图像纹理特征值的计算如下：将整个面部区域的外接矩形分解为N×N个子区域，N的取值范围为5-20；针对其中每一个子区域，为该子区域内的每一个像素提取以该像素为中心像素、包括该像素左上、上、右上、右、右下、下、左下、左侧相邻像素的3×3像素块；该中心像素的图像纹理特征值T_c为：

其中i_c表示中心像素的像素灰度值，i_p表示相邻像素的像素灰度值，按照左上、上、右上、右、右下、下、左下、左的顺序，p的取值依次由1至8；且

即在3×3像素块内，以中心像素的灰度值为阈值，将相邻的8个像素的灰度值与其进行比较，若相邻像素灰度值大于等于中心像素灰度值，则该相邻像素被标记为1，否则该相邻像素标记为0；这样使3×3像素块内的8个相邻像素经比较可产生8个数值为0或者1的标记，按照左上、上、右上、右、右下、下、左下、左的顺序将相邻像素对应的标记排列为一个8位的二进制数，该8位二进制数转化为十进制即为T_c，作为中心像素的图像纹理特征值，并用这个值来反映该像素块的纹理信息；对于N×N个子区域中的每一个子区域，获得其中每一个像素的图像纹理特征值，进而进行该子区域像素图像纹理特征值的直方图统计，获得每个子区域的直方图数据；将全部子区域的直方图数据组合在一起，形成的数据集合作为面部区域图像纹理特征值；将其与从预先录入的人体面部图像中提取的面部区域图像纹理特征值进行比对，如果面部区域图像纹理特征值的比对匹配度高于第二阈值，则可以识别出人体身份；如果面部区域图像纹理特征值的比对匹配度不高于第二阈值，则将当前采集的面部图像识别为未登记身份，在后续的过程中不会基于未登记身份而执行对智慧家庭的控制；

数据存储单元，用于录入和存储所述智慧家庭中的各人体身份对应的智能电器的控制参数；

智能控制单元，用于根据所确定的人体身份从所述数据存储单元中获取所述控制参数，并根据所述控制参数向所述智能电器发送控制指令；其中，所述智能控制单元包括：控制参数确定模块，用于根据在预定的时间区间内每个人体身份的被识别次数，确定与该人体身份对应的权重值，其中当在预定的时间区间内某个人体身份的被识别次数低于第一次数阈值时，该人体身份对应的权重值为0；当在预定的时间区间内某个人体身份的被识别次数大于等于第一次数阈值时，该人体身份对应的权重值随着被识别次数的增加而增大，并且权重值的增大率随着被识别次数的增加而减小；并且，当获取到的控制参数为对应多个人体身份的多个控制参数时，按照每个人体身份对应的权重值的比值对所述多个控制参数进行加权平均，重新确定并生成最终控制参数。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述智能电器与所述智能控制单元无线连接，无线连接技术包括红外技术、2.4G无线技术、蓝牙技术或Zigbee技术中的至少一项。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括：身份数据录入单元，所述身份数据录入单元用于获取人体的面部图像和人体身份信息，并将获取到的人体的面部图像和人体身份信息相关联，以建立所述人体的面部图像和所述人体身份信息的对应关系。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述身份数据录入单元包括图像采集模块、身份数据接收模块和图像数据匹配模块；

所述图像采集模块用于采集人体的面部图像，所述身份数据接收模块用于接收人体身份信息，所述图像数据匹配模块用于将所述面部图像和所述身份信息相关联，以建立所述面部图像和所述身份信息的对应关系。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述数据存储单元包括参数录入模块、身份关联模块和数据存储模块；

所述参数录入模块用于接收用户输入的对应于所述智能电器的控制参数，所述身份关联模块用于获取所述用户的身份信息，从而生成该用户的身份信息与该用户输入的控制参数的对应关系，所述数据存储模块用于对所述智能电器的控制参数以及对应的身份信息进行存储。

6.一种基于人脸识别的智慧家庭控制方法，其特征在于，包括：

获取所述智慧家庭的不同区域中的人体的面部图像；

对所述面部图像进行识别，确认所述面部图像对应的人体身份；其中，针对所采集的面部图像的面部区域，利用灰度差提取轮廓，再根据轮廓与预定的面部器官先验模板进行匹配，通过匹配确定额头区域、眼睛中心点、眉毛区域、鼻孔区域、鼻翼区域、嘴部区域这些器官位置，再针对器官位置提取额头高度、双眼间距、眉眼间距、鼻孔间距、鼻部高度、鼻部宽度、嘴部区域宽度、嘴部区域高度、脸宽这些器官位置特征值，组合这些特征值形成面部器官位置特征向量；提取面部器官位置特征向量之后，将其与从预先录入的人体面部图像中提取的面部器官位置特征向量进行比对，如果面部器官位置特征向量的比对匹配度高于第一阈值，则可以识别出人体身份；如果面部器官位置特征向量的比对匹配度不高于第一阈值，则继续进行面部区域图像纹理特征值的提取与识别；面部区域图像纹理特征值的计算如下：将整个面部区域的外接矩形分解为N×N个子区域，N的取值范围为5-20；针对其中每一个子区域，为该子区域内的每一个像素提取以该像素为中心像素、包括该像素左上、上、右上、右、右下、下、左下、左侧相邻像素的3×3像素块；该中心像素的图像纹理特征值T_c为：

其中i_c表示中心像素的像素灰度值，i_p表示相邻像素的像素灰度值，按照左上、上、右上、右、右下、下、左下、左的顺序，p的取值依次由1至8；且

即在3×3像素块内，以中心像素的灰度值为阈值，将相邻的8个像素的灰度值与其进行比较，若相邻像素灰度值大于等于中心像素灰度值，则该相邻像素被标记为1，否则该相邻像素标记为0；这样使3×3像素块内的8个相邻像素经比较可产生8个数值为0或者1的标记，按照左上、上、右上、右、右下、下、左下、左的顺序将相邻像素对应的标记排列为一个8位的二进制数，该8位二进制数转化为十进制即为T_c，作为中心像素的图像纹理特征值，并用这个值来反映该像素块的纹理信息；对于N×N个子区域中的每一个子区域，获得其中每一个像素的图像纹理特征值，进而进行该子区域像素图像纹理特征值的直方图统计，获得每个子区域的直方图数据；将全部子区域的直方图数据组合在一起，形成的数据集合作为面部区域图像纹理特征值；将其与从预先录入的人体面部图像中提取的面部区域图像纹理特征值进行比对，如果面部区域图像纹理特征值的比对匹配度高于第二阈值，则可以识别出人体身份；如果面部区域图像纹理特征值的比对匹配度不高于第二阈值，则将当前采集的面部图像识别为未登记身份，在后续的过程中不会基于未登记身份而执行对智慧家庭的控制；

根据所确定的人体身份确定对应于所述人体身份的智能电器的控制参数；其中，根据在预定的时间区间内每个人体身份的被识别次数，确定与该人体身份对应的权重值，其中当在预定的时间区间内某个人体身份的被识别次数低于第一次数阈值时，该人体身份对应的权重值为0；当在预定的时间区间内某个人体身份的被识别次数大于等于第一次数阈值时，该人体身份对应的权重值随着被识别次数的增加而增大，并且权重值的增大率随着被识别次数的增加而减小；并且，当获取到的控制参数为对应多个人体身份的多个控制参数时，按照每个人体身份对应的权重值的比值对所述多个控制参数进行加权平均，重新确定并生成最终控制参数；

根据所述控制参数向所述智能电器发送控制指令，以令所述智能电器改变自身的当前状态。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述获取所述智慧家庭的不同区域中人体的面部图像之前，还包括：

获取人体的面部图像和人体身份信息，并将获取到的人体的面部图像和人体身份信息相关联，以建立所述人体的面部图像和所述人体身份信息的对应关系。