CN109101923A - 一种人员佩戴口罩情况的检测方法以及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人员佩戴口罩情况的检测方法以及装置。其中，该方法包括：S1，获取目标人脸图像；S2，通过对所述目标人脸图像进行阈值分割，得到关于目标人脸的二值图像；S3，计算所述二值图像的下半部分的连通域，并统计最大连通域的外界矩形框的宽度和高度；S4，若外界矩形框的宽度和高度满足预设条件，则认为佩戴口罩，反之则进入S5；S5，将所述目标人脸图像从RGB空间像转换到YC_rC_b空间，并结合步骤S2中的所述二值图像，得到反向投影人脸图像F_b；S6，将F_b分为上半人脸图像F_b1和下半人脸图像F_b2，分别统计F_b1和F_b2中像素点值超过预设阈值的像素个数n₁和n₂；S7，判定n₁及n₂是否满足预设条件，若满足则认为未佩戴口罩。本发明能够自动快速且准确地检测人员是否佩戴口罩。

Description

一种人员佩戴口罩情况的检测方法以及装置

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别涉及一种人员佩戴口罩情况的检测方法以及装置。

背景技术

口罩是一种常用的生活用品，能够有效的防止粉尘，有害气体，唾液飞沫等进出口鼻。在医院等卫生场所，佩戴口罩既能够保证自身不受传染病流行的危害；在工地、工厂等作业环境具有较大粉尘的区域，应该佩戴口罩防止自身因吸入粉尘而对自身健康造成危害。另外，在一些重点监控场所，例如ATM取款机，可疑分子会为了避免被摄像头抓拍而会刻意用口罩遮挡住面部。而对于这些需要识别是否佩戴口罩的场所，目前并没有一种方法能够快速并大量的自动检测相关人员是否按照要求佩戴口罩。若通过人工的方式去检验既要耗费大量的人力资源，且当人流过多的情况下很难保证能够监测到每个人是否佩戴口罩。因此目前在应该佩戴口罩的场所，亟需一种能够自动快速且准确地检测人员是否佩戴口罩的方法。

发明内容

为了克服如上所述的技术问题，本发明提出一种人员佩戴口罩情况的检测方法以及装置，能够在应该佩戴口罩的场所，自动快速且准确地检测人员是否佩戴口罩。本发明的技术方案如下：

第一方面，提出一种人员佩戴口罩情况的检测的方法，包括：

S1，获取目标人脸图像；

S2，通过对所述目标人脸图像进行阈值分割，得到关于目标人脸的二值图像；

S3，计算所述二值图像的下半部分的连通域，并统计最大连通域的外接矩形框的宽度和高度；

S4，判定外接矩形框的宽度和高度是否满足预设条件，满足则认为佩戴口罩，反之则进入S5；

S5，将所述目标人脸图像从RGB空间像转换到YC_rC_b空间，并结合步骤S2中的所述二值图像，得到反向投影人脸图像F_b；

S6，将F_b分为上半人脸图像F_b1和下半人脸图像F_b2，分别统计F_b1和F_b2中像素点值超过预设阈值的像素个数n₁和n₂；

S7，判定n₁及n₂是否满足预设条件，若满足则认为未佩戴口罩，反之则认为佩戴口罩。

进一步地，上述步骤S2包括：

S21，归一化所述目标人脸图像的RGB三个通道的像素值；

S22，获取所有像素点在G通道和B通道的最大值；

S23，统计各像素点的像素值与所述最大值的差值，当所述差值满足一定的预设条件时，当前像素点的像素值被赋值为0，为肤色像素点，反之，当前像素点的像素值被赋值为255，为非肤色像素点。

进一步地，所述步骤S5包括：

S51：将人脸图像从RGB空间转换到YC_rC_b空间；

S52：统计步骤S2中二值图像下半部分区域中所有肤色像素点对应的C_r和C_b通道像素值，并转化为二维直方图；

S53：根据S52中二维直方图的统计结果对整个人脸图像做反向投影，得到人脸图像的反向投影图。

第二方面，一种人员佩戴口罩情况的检测装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如第一方面所述的人员佩戴口罩情况的检测方法。

第三方面，一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如第一方面所述的人员佩戴口罩情况的检测方法。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明首先获取目标人脸图像，这里的目标人脸图像即为当前被检测人员的图像，图像来源一般为需要进行口罩佩戴检测的场所的监控图像，然后通过对所述目标人脸图像进行阈值分割，得到关于目标人脸的二值图像；计算所述二值图像的下半部分的连通域，并统计最大连通域外接矩形框R_max；判定S_max及R_max是否满足预设条件，满足则认为佩戴口罩，若不满足时，本发明所公布的技术方案中为提高检测的准确性，还将进一步将所述目标人脸图像从RGB空间像转换到YC_rC_b空间，并结合上述步骤中得到的二值图像，得到反向投影人脸图像F_b；将F_b分为上半人脸图像F_b1和下半人脸图像F_b2，分别统计F_b1和F_b2中像素点值超过预设阈值的像素个数n₁和n₂；判定n₁及n₂是否满足预设条件，若满足则认为未佩戴口罩，反之则认为佩戴口罩。本发明技术方案能够在应该佩戴口罩的场所，自动快速且准确地检测人员是否佩戴口罩。

附图说明

图1所示为本发明的一种人员佩戴口罩情况的检测的方法的流程图；

图2为本发明中一种对目标人脸图像进行阈值分割得到二值图像的流程图；

图3所示为本发明公开的一种对人脸图像进行阈值分割后的二值图像；

图4为本发明中一种对目标人脸图像反向投影的流程图；

图5所示为本发明一种佩戴口罩人脸的反向投影图；

图6所示为本发明一种佩戴口罩人脸的反向投影图；

图7示出了本发明实施例所涉及的一种人员佩戴口罩情况的检测装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方案作进一步地详细描述。

如图1所示为本发明的一种人员佩戴口罩情况的检测的方法的流程图，示出了该方法的具体实施步骤，包括：

在步骤101中，获取目标人脸图像；

这里的目标人脸图像即为当前待检测人员的人脸图像，人脸图像来源通常是需要检测口罩佩戴情况的场所的监控视频图像。在一种可能的实现中，通过多任务级联卷积神经网络检测视频中的人脸，得到人脸图像集合F:{F₁,F₂...F_n}，n为检测到人脸的个数。

在步骤102中，通过对所述目标人脸图像进行阈值分割，得到关于目标人脸的二值图像；

容易理解的是，人脸在佩戴口罩后，被口罩遮挡的部分和未被遮挡的皮肤部分在图像特征上是有很大区别的。在一种可能的实际操作中，将所述目标人脸图像的肤色部分和非肤色部分根据像素点的像素值进行阈值分割，需要说明的是，这里的阈值是指能够人为预设的能够区分皮肤像素和非皮肤像素的界限。通过对所述目标人脸图像进行上述阈值分割，得到关于目标人脸的二值图像，可供后续步骤中进一步对待检测人员进行口罩佩戴的检测。

在步骤103中，计算所述二值图像的下半部分的连通域，并统计最大连通域的外接矩形框的宽度和高度；

容易理解的是，若待检测人员佩戴了口罩，那么在步骤102中得到的关于目标人脸的二值图像中的下半部分的口罩遮挡部分会形成一个连通域，该连通域的面积会占所述目标人脸下半区域的绝大部分。本步骤将会统计出所述目标人脸下半区域的外接矩形框的宽度和高度，以供后续步骤判断最大连通域外接矩形框大小是否满足目标人脸佩戴口罩时的条件。

在步骤104中，判定S_max及R_max是否满足预设条件，满足则给出佩戴口罩108的检测结果，反之则进入步骤105；

在一种可能的实际操作中，若最大连通域外接矩形框的长宽满足条件R_width≥W_th，R_height≥H_th，则认为佩戴口罩，并结束检测，其中，W_th,H_th分别为预设的阈值，优选的，W_th为人脸框宽度的1/2，H_th为人脸框高度的1/4，。

若不满足上述条件，为进一步提高检测的准确性，将继续跳转到步骤105中对目标人脸图像的口罩佩戴情况进行二次检测。

在步骤105中，将所述目标人脸图像从RGB空间像转换到YC_rC_b空间，并结合步骤S2中的所述二值图像，得到反向投影人脸图像F_b；

步骤104的检测结果实在RGB空间进行判定的，对于不能确定是否一定没有佩戴口罩的人员，将当前目标人脸图像从RGB空间像转换到YC_rC_b空间，并结合步骤S2中的所述二值图像，得到反向投影人脸图像F_b。本步骤104通过对目标人脸图像进行反向投影处理，能够更加准确地表征肤色部分和被口罩遮挡的非肤色部分的区别。

在步骤106中，将F_b分为上半人脸图像F_b1和下半人脸图像F_b2，分别统计F_b1和F_b2中像素点值超过预设阈值的像素个数n₁和n₂，判定n₁及n₂是否满足预设条件，若满足则给出未佩戴口罩107的检测结果，反之则给出佩戴口罩108的检测结果。

在一种可能的实际操作中，本步骤中若满足n₁大于阈值t₁，n₂小于阈值t₂，若满足则给出未佩戴口罩107的检测结果，反之则给出佩戴口罩108的检测结果。

本实施例首先获取目标人脸图像，这里的目标人脸图像即为当前被检测人员的图像，图像来源一般为需要进行口罩佩戴检测的场所的监控图像，然后通过对所述目标人脸图像进行阈值分割，得到关于目标人脸的二值图像；计算所述二值图像的下半部分的连通域，并统计最大连通域的外接矩形框的宽度和高度；判定外接矩形框的宽度和高度是否满足预设条件，满足则认为佩戴口罩，若不满足时，本发明所公布的技术方案中为提高检测的准确性，还将进一步将所述目标人脸图像从RGB空间像转换到YC_rC_b空间，并结合上述步骤中得到的二值图像，得到反向投影人脸图像F_b；将F_b分为上半人脸图像F_b1和下半人脸图像F_b2，分别统计F_b1和F_b2中像素点值超过预设阈值的像素个数n₁和n₂；判定n₁及n₂是否满足预设条件，若满足则认为未佩戴口罩，反之则认为佩戴口罩。本发明技术方案能够在应该佩戴口罩的场所，自动快速且准确地检测人员是否佩戴口罩。

如图2为本发明中一种对目标人脸图像进行阈值分割得到二值图像的流程图，示出了图1所对应的实施例中步骤102的具体实施步骤，包括：

在步骤201中，归一化所述目标人脸图像的RGB三个通道的像素值；

在步骤202中，获取所有像素点在G和B通道的最大值；

在步骤203中，统计各像素点的像素值与所述最大值的差值；

在步骤204中，判断差值是否满足预设条件，满足则跳转到步骤205中，反之则跳转到步骤206中；

在步骤205中，判定为肤色像素点；

在步骤206中，判定为非肤色像素点。

对应上述的实施步骤，在一种可能的实现中，针对于每一个人脸图像F_i，通过肤色模型对图像进行阈值分割，得到图3所示为本发明公开的一种对人脸图像进行阈值分割后的二值图像。利用肤色模型进行人脸图像的分割方法如下：

首先将人脸图像F_i的三个通道像素值归一化到[0,1]的区间范围内，然后对像素颜色进行初始化，得到初始化结果I(x)，计算方法如下：

其中，可选的，φ(r(x),g(x),b(x))代表三个通道的像素值的向量，代表初始转换向量。

然后计算像素点的G通道和B通道的最大值计算两者的差值：

最后根据e(x)的范围可以判定当前像素点是否为皮肤像素，判定方法如下列式(2)所示：若e(x)的范围在，优选的，在0.02511到0.1177之间，则当前位置像素点赋值成0，反之则赋值成255，得到关于人脸的二值化图像。其中肤色部分显示黑色(0)，非肤色部分显示白色(255)。

需要说明的是，在本发明中，并不以非肤色像素点所对应的e(x)范围在0.02511到0.1177之间为限，根据具体情况可作调整。

本实施例在图1所对应实施例基础上，进一步公开了对目标人脸图像进行阈值分割得到二值图像的一种具体实施方式，能够指导在实际检测过程中区分人脸的肤色部分和非肤色部分，得到目标人脸的二值图像。

如图4为本发明中一种对目标人脸图像反向投影的流程图，示出了图1所对应的实施例中步骤105的具体实施步骤，包括：

在步骤401中，将人脸图像从RGB空间转换到YC_rC_b空间；

在步骤402中，统计步骤S2中二值图像下半部分区域中所有肤色像素点对应的C_r和C_b通道像素值，并转化为二维直方图；

在步骤403中，根据S52中二维直方图的统计结果对整个人脸图像做反向投影，得到人脸图像的反向投影图。

在一种可能的实际操作中，对应上述步骤401至403，统计人脸图像下半部分的非肤色像素点信息，并根据该信息对全人脸图像做反向投影计算，得到反向投影图像。具体的，其步骤如下：

将人脸图像从RGB空间转换到YC_rC_b空间，截取人脸的下半部分区域，并取其中肤色部分像素点的C_r和C_b通道的值，得到其二维直方图；

对YC_rC_b人脸图像的每个像素点，判定C_r通道和C_b通道的值获得对应在二维直方图相应区域的值bin_i,j，用bin_i,j的值替代对应点的像素值，得到反向投影的二值人脸图像F_b；

在一种可能的实际操作效果中，如图5所示为本发明一种佩戴口罩人脸的反向投影图，而如图6所示为本发明一种佩戴口罩人脸的反向投影图。

将反向投影的人脸图像F_b分为上半人脸图像F_b1和下半人脸图像F_b2，并分别进行如下统计分析：

设定阈值bp_th，可选的，采用bp_th＝200，分别统计上、下两部分人脸图像中像素值超过bp_th的像素个数，设为n₁和n₂；

分别设定上下人脸区域像素个数阈值t₁和t₂，若满足n₁大于阈值t₁，n₂小于阈值t₂，则判定当前人员未佩戴口罩，反之当前人员已佩戴口罩。

在一种可能的实际操作中，优选的，t₁取人脸框上半部分像素个数的1％，t₂取人脸框下半部分像素个数的5％。

本实施例在上述应实施例基础上，进一步公开了对目标人脸图像反向投影的一种具体实施方式，在图1所对应的实施例中，通过在二值图像基础上进行人脸下半部分的连通域计算，能够给出有佩戴口罩的结论，但是对于不能确定有佩戴口罩的人脸图像，还需对人脸图像进行进一步地反向投影的处理，能够提高检测结果的准确性。

图7示出了本发明实施例所涉及的一种人员佩戴口罩情况的检测装置结构示意图。该装置包括：处理器701、存储器702和总线703。

处理器701包括一个或一个以上处理核心，处理器702通过总线703与处理器701相连，存储器703用于存储程序指令，处理器701执行存储器702中的程序指令时实现上述一种人员佩戴口罩情况的检测方法。

可选的，存储器702可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的人员佩戴口罩情况的检测方法。

可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的一种人员佩戴口罩情况的检测方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储与一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于以限制发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种人员佩戴口罩情况的检测方法，其特征在于，包括：

S1，获取目标人脸图像；

S2，通过对所述目标人脸图像进行阈值分割，得到关于目标人脸的二值图像；

S3，计算所述二值图像的下半部分的连通域，并统计最大连通域的外接矩形框的宽度R_width和高度R_height；

S4，判定所述宽度R_width和高度R_height是否满足预设条件，满足则认为佩戴口罩，反之则进入S5；

S5，将所述目标人脸图像从RGB空间像转换到YC_rC_b空间，并结合步骤S2中的所述二值图像，得到反向投影人脸图像F_b；

S6，将F_b分为上半人脸图像F_b1和下半人脸图像F_b2，分别统计F_b1和F_b2中像素点值超过预设阈值的像素个数n₁和n₂；

S7，判定n₁及n₂是否满足预设条件，若满足则认为未佩戴口罩，反之则认为佩戴口罩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21，归一化所述目标人脸图像的RGB三个通道的像素值；

S22，获取所有像素点在G通道和B通道的最大值；

S23，统计各像素点的像素值与所述最大值的差值，当所述差值满足一定的预设条件时，当前像素点的像素值被赋值为0，为肤色像素点，反之，当前像素点的像素值被赋值为255，为非肤色像素点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S23包括：

统计各像素点的像素值与所述最大值的差值，当所述差值在范围0.02511～0.1177之间时，当前像素点的像素值被赋值为0，为肤色像素点，反之，当前像素点的像素值被赋值为255，为非肤色像素点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

若所述外接矩形框长宽满足条件R_width≥W_th，R_height≥H_th，则认为佩戴口罩，反之则进入S5，其中，W_th,H_th分别为预设的阈值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

S51：将人脸图像从RGB空间转换到YC_rC_b空间；

S52：统计步骤S2中二值图像下半部分区域中所有肤色像素点对应的C_r和C_b通道像素值，并转化为二维直方图；

S53：根据S52中二维直方图的统计结果对整个人脸图像做反向投影，得到人脸图像的反向投影图。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S53包括：

通过人脸图像的每个像素点的C_r通道和C_b通道的值，获取当前像素点对应在二维直方图中的值bin_i,j，并用bin_i,j的值替代当前像素点的像素值，得到反向投影的二值人脸图像。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S7包括：

若满足n₁大于阈值t₁，n₂小于阈值t₂，则判定未佩戴口罩，反之则佩戴口罩。

8.一种人员佩戴口罩情况的检测装置，其特征在于，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如权利要求1至7任一所述的人员佩戴口罩情况的检测方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如权利要求1至7任一所述的人员佩戴口罩情况的检测方法。