CN109376707A - 具有独立人脸识别功能的执法记录仪 - Google Patents
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Abstract
一种具有独立人脸识别功能的执法记录仪，包括光学镜头、图像传感器、声音传感器、数字视频控制器、视频存储模块、人脸图像预处理模块、人脸图像识别与比对模块、定位模块、网络接口、控制按钮、电池及供电模块等。图像传感器将光学镜头的成像转换为数字化图像并发送至数字视频控制器；数字视频控制器将图像和声音传感器的声音信号编码为视频流，发送至网络接口和视频存储模块，并将图像发送到人脸图像预处理模块；人脸图像预处理模块连接人脸图像识别与比对模块共同完成人脸识别与比对功能，发送人脸识别信息至网络接口。本发明无需远程服务器即可独立地完成人脸识别与比对，能够有效降低成本，提高传输效率，提高人脸识别功能的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及执法设备领域，具体涉及一种具有独立人脸识别功能的执法记录仪。
背景技术
近年来，基于神经网络的人脸识别技术得到了迅速的发展，相比以往的人脸识别技术，基于神经网络的人脸识别技术的识别率已经得到质的提升，目前已经达到99%以上。人脸识别技术技术与其他生物特征识别技术相比，在实际应用中具有独到的优势：可以通过视频或图像采集设备直接获取包含人脸的图像供识别；整个识别过程无需物理接触，迅速快捷。目前基于神经网络的人脸识别技术技术已广泛应用在金融、教育、旅游、公共安全等各领域。
基于神经网络的人脸识别技术技术进行人脸识别时，需要从包含人脸的图像中提取标准化的人脸图像，将其代入神经网络进行计算，得到人脸特征向量，而后将该人脸特征向量与数据库中的人脸特征向量进行比对计算，找出与之匹配的人脸信息，以实现人脸识别。这些计算的计算量很大，一般由安装图形处理器（GPU）或神经网络处理器（NPU）的人脸识别服务器完成。 因此，现有基于神经网络的人脸识别设备普遍不具备独立的人脸识别功能，对人脸识别服务器存在依赖，需要将采集到的视频或图像传送给人脸识别服务器，由该服务器完成人脸特征的比对以实现人脸识别。
人脸识别技术在执法记录仪领域的应用具有巨大的潜力，可以协助执法人员迅速锁定目标人物，极大提高执法效率。例如，公开号为CN108664861A，公开日为2018年10月16日的发明专利，公开了一种基于分布云的人脸识别移动执法记录仪系统，包括移动执法记录仪、中心云服务器和云用户终端，所述执法记录仪与所述中心云服务器相互通讯，所述云用户终端通过网络组件连接到所述中心云服务器和移动执法记录仪；所述移动执法记录仪包括相互连接的管理模块、无线传输模块和人脸识别模块。为实现人脸识别功能该系统执行如下步骤：建立基于中心云服务器的云服务平台，配以多个移动执法记录仪，所述移动执法记录仪与中心云服务器相连；移动执法记录仪对所采集视频进行截图并保存，对图像进行扫描和人脸定位，提取人脸特征值，并根据提取的面部特征信息，将待识别的图像或人脸特征向量通过加密、压缩或者透传上传至中心云服务器；中心服务器将接收到的人脸特征或人脸图片与预先存储在中心服务器的数据库中的人脸特征向量或图片进行比较匹配；中心服务器给移动执法记录仪发送指令。将比对结果发送给移动执法记录仪。
现有执法记录仪实现人脸识别的技术方案的主要缺陷是其人脸识别功能依赖远程服务器以及数据的网络传输，由于网络延迟、网络阻塞造成的传输不稳定时，设备的人脸识别功能将变得不可靠；人脸识别设备和远程服务器之间的网络通讯如果被人为切断或因故障中断，将直接造成人脸识别功能不可用；另外，购置或租用远程服务器需花费一定的费用，运行服务器及附属保障设备也需要消耗额外的能源、空间和人力成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有独立人脸识别功能的执法记录仪，不依赖远程服务器即可独立地完成人脸采集和人脸识别与比对的工作，有效提高执法人员的执法效率，克服现有技术中存在的人脸识别设备对远程服务器的依赖以及由此造成的缺陷。
本发明的技术解决方案是：一种具有独立人脸识别功能的执法记录仪，包括光学镜头、图像传感器、声音传感器、数字视频控制器、视频存储模块、人脸图像预处理模块、人脸图像识别与比对模块、定位模块、网络接口、控制按钮、电池及供电模块等。图像传感器将光学镜头的光学成像转换为数字化图像并传输给数字视频控制器；声音传感器接收外界声音信号传输给数字视频控制器；数字视频控制器将接收到的数字化图像和声音信号编码为视频流，将视频流发送至网络接口，并将视频流存储至视频存储模块，同时也将一定数量的数字化图像发送到人脸图像预处理模块；人脸图像预处理模块发送标准化人脸图像至人脸图像识别与比对模块；人脸图像识别与比对模块利用人脸识别神经网络完成人脸识别与比对功能，并发送人脸识别信息至网络接口；其中，视频流和人脸识别信息中包含位置信息，由定位模块提供；执法记录仪由控制按钮进行操作控制，由电池及供电模块供电。
进一步地，所述光学镜头将外界景物在图像传感器上形成光学图像，图像传感器将光学图像转换为数字化图像，并通过数据线实时地传送给数字视频控制器。
进一步地，所述声音传感器将外界声音信号转换为数字化声音信号，并通过数据线实时地传送给数字视频控制器。
进一步地，所述数字视频控制器在传输来的数字化图像上添加时间、位置等信息后与数字化声音信号一起实时编码为视频流，将视频流存储至视频存储模块，并同步将视频流发送至网络接口，以实现传统的执法记录仪的功能；同时，数字视频控制器将一定数量的数字化图像发送至人脸图像预处理模块，为该执法记录仪的独立人脸图像识别功能提供图像数据。
进一步地，所述人脸图像预处理模块对得到的数字化视频截取图像进行预处理，具体为：利用差分技术将完整图像中的前景图像与背景图像进行分离；利用多任务级联卷积神经网络对前景图像进行处理，检测出图像中所有的人脸图像以及相应的人脸特征点；基于人脸特征点的位置对人脸图像进行仿射变换，使图像中的人脸对齐；最后将标准化人脸图像发送至人脸识别与比对模块进行人脸识别。
进一步地，所述人脸图像识别与比对模块对得到的标准化人脸图像进行识别与比对，具体为：利用人脸识别神经网络模型对标准化人脸图像进行计算得到人脸特征向量；将计算出的人脸特征向量与人脸识别数据库中的人脸特征向量进行比对，筛选出与之相匹配的人脸图像，获得其人脸标签信息，以实现人脸识别；最后，并将人脸识别信息发送至网络接口，包括：匹配的标准化人脸图像、对应的人脸标签信息、时间、位置、相应的完整图像等。
进一步地，所述图像识别与比对模块中存储有人脸识别数据库，数据库中每条信息包含人脸标签信息和人脸特征向量，通过对其调用以实现人脸图像的识别与比对。数据库有若干不同的来源，具体为：一、在其他服务器上部署与该执法记录仪相同的人脸识别神经网络模型，对带有标签信息的人脸图像计算其人脸特征向量，并将相应人脸标签信息和人脸特征向量组成数据库，最后将人脸识别数据库上传至该执法记录仪中；二、由其他设备上传包含人脸的图像及相应的标签信息至该执法记录仪，由该执法记录仪自身的人脸图像预处理模块进行预处理，由人脸图像识别与比对模块利用人脸识别神经网络模型计算其人脸特征向量，最后将人脸特征向量和对应的人脸标签信息存储至该执法记录仪的人脸识别数据库中。
进一步地，所述定位模块利用全球定位系统（GPS）信号或北斗导航信号获得执法记录仪当前位置信息，供数字视频控制器读取并加入视频流中，供人脸图像识别与比对模块读取并加入人脸识别信息中。
进一步地，该执法记录仪的网络接口为无线网络接口和移动数据网络接口的组合，通过网络接口，该执法记录仪实时传送现场视频流；实时传出人脸识别信息，包括匹配的标准化人脸图像、对应的人脸标签信息、时间、位置及相应的完整图像等，实现人脸识别功能；接收用于比对的人脸识别数据库；接收用于比对的包含人脸的图像及相应的标签信息；接收控制指令。
进一步地，现场执法人员、远程相关执法人员及执法控制中心均实时地收到该执法记录仪通过网络接口发送的现场视频流和人脸识别信息，以便及时进行联动响应。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该种具有独立人脸识别功能的执法记录仪，无需远程服务器即可独立地完成人脸识别与比对，能够有效降低成本，节省购置或租用远程服务器的资金，节省服务器维护成本；能够独立地在采集到的高分辨率视频图像中，实时地找出人脸图像并进行识别与比对，而无需传输海量的高分辨率视频数据，极大地降低实现人脸识别功能所需传输的数据量，提高传输效率，提高人脸识别的速度；可以提高执法记录仪人脸识别功能的安全性，即使发生了数据传输系统的故障或人为破坏，其人脸识别功能仍然可用。
附图说明
图1是本发明一种有独立人脸识别功能的执法记录仪的主要功能结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：一种具有独立人脸识别功能的执法记录仪，其主要功能结构及连接关系如图1所示，包括光学镜头、图像传感器、声音传感器、数字视频控制器、视频存储模块、人脸图像预处理模块、人脸图像识别与比对模块、定位模块、网络接口，以及控制按钮、电池及供电模块、壳体、夹持装置等。图像传感器将光学镜头的光学成像转换为数字化图像并传输给数字视频控制器；声音传感器接收外界声音信号传输给数字视频控制器；数字视频控制器将接收到的数字化图像和声音信号编码为视频流，将视频流发送至网络接口，并将视频流存储至视频存储模块，同时也将一定数量的数字化图像发送到人脸图像预处理模块；人脸图像预处理模块发送标准化人脸图像至人脸图像识别与比对模块；人脸图像识别与比对模块利用人脸识别神经网络完成人脸识别功能，并发送人脸识别信息至网络接口；其中，视频流和人脸识别信息中包含位置信息，由定位模块提供；执法记录仪由控制按钮进行操作控制，由电池及供电模块供电。该执法记录仪的全部功能模块安装在符合IP67防护等级的执法记录仪壳体内；该壳体附有夹持装置，方便执法人员将其夹持在衣服上或其他适合的位置。
实施例中，光学镜头将外界景物在图像传感器上型成光学图像，图像传感器将光学图像转换为数字化图像，并通过数据线实时地传送给数字视频控制器。
实施例中，声音传感器将外界声音信号转换为数字化声音信号，并通过数据线实时地传送给数字视频控制器。
实施例中，数字视频控制器采用H.265视频压缩标准，在传输来的数字化图像上添加时间、位置等信息后与数字化声音信号一起实时编码为视频流，将视频流存储至视频存储模块，并同步将视频流发送至网络接口，以实现传统的执法记录仪的功能；同时，数字视频控制器将每秒5幅数字化图像发送至人脸图像预处理模块，为该执法记录仪的独立人脸图像识别功能提供图像数据。
实施例中，人脸图像预处理模块利用差分技术将得到的完整数字化图像中的前景图像与背景图像分离；利用多任务级联卷积神经网络对前景图像进行处理，检测出图像中所有的人脸图像以及相应的五个人脸特征点，具体为左眼、右眼、鼻尖、左嘴角、右嘴角；基于人脸特征点的位置对人脸图像进行仿射变换，使图像中的人脸对齐；最后将对齐的人脸图像转换为分辨率为160×160的标准化人脸图像，发送至人脸识别与比对模块进行人脸识别。
实施例中，人脸图像识别与比对模块利用人脸识别神经网络模型对标准化人脸图像进行计算得到人脸特征向量；将计算出的人脸特征向量与人脸识别数据库中的人脸特征向量进行比对，筛选出与之相匹配的人脸图像，获得其人脸标签信息，以实现人脸识别；最后，并将人脸识别信息发送至网络接口，包括：匹配的标准化人脸图像、对应的人脸标签信息、时间、位置、相应的完整图像等。
实施例中，图像识别与比对模块中以加密形式存储有人脸识别数据库，数据库中每条信息包含人脸标签信息和人脸特征向量，通过对其调用以实现人脸图像的识别与比对。人脸识别数据库的来源有两个：一、在其他服务器上部署与该执法记录仪相同的人脸识别神经网络模型，对带有标签信息的人脸图像计算其人脸特征向量，并将相应人脸标签信息和人脸特征向量组成数据库，最后将人脸识别数据库上传至该执法记录仪中；二、由其他设备上传包含人脸的图像及相应的标签信息至该执法记录仪，由执法记录仪自身的人脸图像预处理模块进行预处理，由人脸图像识别与比对模块利用人脸识别神经网络模型计算其人脸特征向量，最后将人脸特征向量和对应的人脸标签信息存储至该执法记录仪的人脸识别数据库中。
实施例中，定位模块利用全球定位系统（GPS）信号或北斗导航信号获得执法记录仪当前位置信息，即全球定位坐标，供数字视频控制器读取并加入视频流中，供人脸图像识别与比对模块读取并加入人脸识别信息中。
实施例中，该执法记录仪的控制按钮包括开启或关闭执法记录仪的电源按钮；包含开启或关闭视频记录功能的视频按钮；包含开启或关闭人脸识别功能的人脸识别按钮。
实施例中，执法记录仪内置大容量聚合物锂离子充电电池，由该电池通过供电模块向执法记录仪供电，保证执法记录仪连续运行时间超过12小时；充电电池通过外接充电接口充电。
实施例中，该执法记录仪的网络接口为符合IEEE 802.11ac标准的无线网络接口和4G移动数据网络接口的组合。通过该网络接口，该执法记录仪实时传送现场视频流；实时传出人脸识别信息，包括匹配的标准化人脸图像、对应的人脸标签信息、时间、位置及相应的完整图像等，实现人脸识别功能；接收用于比对的人脸识别数据库；接收用于比对的包含人脸的图像及相应的标签信息；接收控制指令。
实施例中，该执法记录仪通过网络接口发送的现场视频流至现场执法人员和远程相关执法人员的执法终端上，并同时传送现场视频流至执法控制中心；当该执法记录仪发现采集到的图像中有与人脸识别数据库匹配的人脸，实时将匹配的标准化人脸图像、对应的人脸标签信息、时间、位置及相应的完整图像通过网络接口发送至现场执法人员和远程相关执法人员的执法终端上，并同时将这些信息传送至执法控制中心，以便他们及时进行联动响应。
以上所描述的仅为本发明一种优选实施例，并不用以限制本发明。相反，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种具有独立人脸识别功能的执法记录仪，包括光学镜头、图像传感器、声音传感器、数字视频控制器、视频存储模块、人脸图像预处理模块、定位模块、网络接口、控制按钮、电池及供电模块等，其特征在于，执法记录仪包含人脸图像识别与比对模块，基于人脸识别神经网络计算人脸特征向量，并将其与其它的人脸特征向量进行比对。
2.如权利要求1所述的具有独立人脸识别功能的执法记录仪，其特征在于，该执法记录仪人脸图像识别与比对模块中存储有人脸识别数据库，该数据库中包含人脸标签信息和人脸特征向量。
3.如权利要求1所述的具有独立人脸识别功能的执法记录仪，其特征在于，该执法记录仪可通过网络接口输出人脸识别信息，包括匹配的标准化人脸图像、对应的人脸标签信息、时间、位置及相应的完整图像等。
4.如权利要求2所述的具有独立人脸识别功能的执法记录仪，其特征在于，该执法记录仪中存储的人脸识别数据库由其它服务器通过该执法记录仪的网络端口上传至该执法记录仪。
5.如权利要求2所述的具有独立人脸识别功能的执法记录仪，其特征在于，由其它设备通过该执法记录仪的网络端口上传包含人脸的图像及对应标签信息，由该执法记录仪自行计算人脸特征向量，将人脸特征向量和对应人脸标签信息存储至人脸识别数据库。
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