CN109543506A - 一种基于表情识别的路人广告体验反馈系统及方法 - Google Patents

一种基于表情识别的路人广告体验反馈系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于表情识别的路人广告体验反馈系统及方法，系统包括旋转LED显示装置、摄像头、中央处理器、NB‑IoT通讯模块、存储器以及上位机；中央处理器分别与旋转LED显示装置、摄像头、NB‑IoT通讯模块以及存储器连接；上位机通过NB‑IoT通讯模块与中央处理器连接。旋转LED显示装置包括旋转臂、旋转轴、基座、旋转电机、电池以及LED组；旋转电机和电池连接，二者均安装于基座内；旋转臂通过旋转轴固定在基座上，旋转轴在旋转电机的驱动下带动旋转臂旋转；LED组沿着旋转臂的延伸方向错开排布，并通过每列LED组对应的电路板安装在旋转臂上。本发明具有能吸引路人眼球、低成本、能实现广告精准投放等优点。

Description

一种基于表情识别的路人广告体验反馈系统及方法
技术领域
本发明涉及广告投放的技术领域，尤其涉及到一种基于表情识别的路人广告体验反馈系统及方法。
背景技术
现今社会，不管是大公司还是小企业都越来越重视广告投放的重要性，只是他们的区别在于大公司更加偏向于财力的投放，而小企业就更加偏向于技巧方面的广告投放。
不夸张的说，广告可以使得一个公司走向成功，同时广告也可以让一个企业走向灭亡，毕竟广告是一种需要很多钱的商业活动。因此在企业决定投放广告的时候，如何保证最高效的广告投放就显得尤其重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能吸引路人眼球、低成本、能实现广告精准投放及发掘产品潜在客户的基于表情识别的路人广告体验反馈系统。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
一种基于表情识别的路人广告体验反馈系统，包括旋转LED显示装置、摄像头、中央处理器、NB-IoT通讯模块、存储器以及上位机；所述中央处理器分别与旋转LED显示装置、摄像头、NB-IoT通讯模块以及存储器连接；上位机通过NB-IoT通讯模块与中央处理器连接；
旋转LED显示装置包括旋转臂、旋转轴、基座、旋转电机、电池以及LED组；其中，所述旋转电机和电池连接，二者均安装于基座内；旋转臂通过旋转轴固定在基座上，旋转轴在旋转电机的驱动下带动旋转臂旋转；所述LED组沿着旋转臂的延伸方向错开排布，并通过每列LED组对应的电路板安装在旋转臂上。
进一步地，所述LED组均采用RGBC三色贴片LED。
进一步地，所述旋转电机为直流电机，包括驱动部件和转速检测及调整部件。
为实现上述目的，本发明另外提供一种用于所述基于表情识别的路人广告体验反馈系统的方法，包括以下步骤：
S1：当需要设置旋转LED显示装置显示的内容时，使用者通过上位机进行相应文字或者视频图像编辑；
S2：编辑好的信息通过NB-IoT通讯模块接收，并通过基座中的中央处理器进行编码，将输入的信息转换为控制转速及LED亮灭的信号；
S3：旋转电机接收控制转速信号带动旋转轴转动，从而驱动旋转轴上的旋转臂旋转；同时，通过LED亮灭信号控制LED亮灭，在LED亮或者灭以及旋转两种条件下达到显示广告的目的；
S4：通过摄像头拍摄路人观看广告过程中的视频，并将视频发送到中央处理器，由中央处理器进行人脸表情识别并且分析路人在观看广告后对该广告的满意程度；
S5：中央处理器通过NB-IoT通讯模块将广告的满意度反馈传送给上位机。
进一步地，所述中央处理器进行人脸表情识别的具体步骤如下：
A1：进行人脸检测，得出人脸图像；
A2：对人脸图像进行预处理；
A3：采用LBP分区算法提取表情特征；
A4：使用优化过的ELM算法训练特征分类模型。
进一步地，所述A1进行人脸检测，得出人脸图像的具体步骤为：
B1：进行训练，构造级联分类器：首先根据积分图的方法提取Haar特征，然后通过AdaBoost算法挑出特征明显并且易于辨别的特征向量，再用该些特征组合成弱分类器，通过操作再形成强分类器，接着通过级联的方式把强分类器串联起来，最终形成级联分类器；
B2：基于级联分类器进行人脸检测：先使用最简单的分类器去检测待检测视频帧中图像，将不包含人脸的窗口排除，将可能存在人脸的窗口发送到下一级的分类器，经过所有分类器后检测得出最终人脸。
进一步地，所述A2人脸图像预处理的具体步骤为：首先对图像进行归一化，将人脸图像调整为标准图像；然后进行人脸区域分割，去掉头发、胡须因素的干扰；最后对分离出的人脸区域进行滤波、去噪、灰度化操作，增强脸部特征清晰度。
进一步地，所述A3采用LBP分区算法提取表情特征的具体步骤如下：首先划分子区域，计算每个子区域的LBP值；然后获取子区域的统计直方图并将直方图归一化；再者，将所有子区域的直方图顺序放在一起；最后获得整幅图的LBP纹理特征向量。
与现有技术相比，本方案原理和优点如下：
1.本方案通过旋转LED显示装置替代传统的固定显示屏，具有3D立体感的广告展示效果便于吸引路人的观看，同时设计适用于不同环境包括地铁口、商场、广场等。
2.系统在通讯上选择NB-IoT通讯模块能达到显示屏大连接、广覆盖、低功耗、低成本的要求。
3.系统添加了摄像头，能够收集路人观看广告时的视频图像，通过中央处理器进行人脸表情识别，对广告的满意程度进行分析，替代传统的人工问卷调查，实现对广告的精准投放，以及发掘产品的潜在客户。
附图说明
图1为本发明中旋转LED显示装置的结构图；
图2为本发明中系统的整体结构框图；
图3为本发明中人脸表情识别流程图；
图4为本发明中基于Ada Boost算法的人脸检测流程图；
图5为本发明中LBP特征提取流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
如图2所示，本实施例所述的一种基于表情识别的路人广告体验反馈系统，包括旋转LED显示装置1、摄像头2、中央处理器3、NB-IoT通讯模块4、存储器5以及上位机6；所述中央处理器3分别与旋转LED显示装置1、摄像头2、NB-IoT通讯模块4以及存储器5连接；上位机6通过NB-IoT通讯模块4与中央处理器3连接；
具体地，如图2所示，旋转LED显示装置1包括旋转臂11、旋转轴12、基座13、旋转电机14、电池15以及LED组16；其中，所述旋转电机14和电池15连接，二者均安装于基座13内；旋转臂11通过旋转轴12固定在基座13上，旋转轴12在旋转电机14的驱动下带动旋转臂11旋转；所述LED组16沿着旋转臂11的延伸方向错开排布，并通过每列LED组对应的电路板安装在旋转臂11上。
LED组16均采用型号为0805RGBC的贴片LED，该LED由R、G、B三色LED组成。
在对基于表情识别的路人广告体验反馈系统的工作原理作说明之前，先说明相关组件背景技术：
LED(Light Emitting Diodes)显示技术是指将光电、计算机以及控制等相关内容综合于一体的现代新技术。采用LED点阵作为显示载体，具有高亮度、低能耗、大面积、视角广、性能稳定等众多优点。
人眼在观测景物时，人眼晶状体成像后由感光细胞将光信号转换为神经电流，感光所依赖的感光色素及传回大脑需要一定时间，光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后，视觉并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则称为POV(Persistence of Vision，视觉暂留)。
POV LED显示器(Persistence Of Vision Light Emitting Diode Display,视觉暂留LED显示器)由N颗发光二极管组成，以N＝16为例，它们构成Y轴；旋转时每颗发光二极管均会产生位移，该位移构成X轴。X轴位移量受到转臂半径及转速精准控制，当PCB板旋转时，一个刷新周期T1内，可以通过控制属于T1的每一个Y0～Y16的亮灭来实现图片，信息及动画显示。
由三基色原理，利用R、G、B单色LED合成光源，所以采用三色RGBC LED，通过不同速率旋转及亮度的变换就可以显示出彩色的图像。3D的显示需要运用到“偏光原理”，有一般人眼两眼分开约5cm，由于5cm差距，使得人的视觉能够分辨远近，从而产生立体感。但是大脑很难判断观察到的物体，在空间距离的远近。根据这一现象，如果利用两眼视角的差距，将同一景象制造出两个影像，然后令两只眼睛各看到属于自身一方的影像，光信号在视网膜上生成电信号，经过大脑处理就产生景深的立体感。旋转LED显示装置1采用这一原理，旋转LED显示装置1的旋转臂11构成的平面矩阵围绕Y轴做圆周运动，经过360°旋转之后，其在空间上划过的轨迹，可等同于Z轴，所以也可以达到3D效果，加上其无边框和背景，使其感觉形成立体漂浮，达到全息效果。
NB-IoT(narrow band internet of things，基于蜂窝的窄带物联网)。
蜂窝物联网需要具备大连接、广覆盖、低功耗、低成本等基本特点的连接技术，而现有的移动蜂窝网络2G/3G/4G技术无法满足，需要采用新的技术，NB-IoT正是一种聚集在LPWA(low power wide area，低功耗广域)业务的可在全球范围内广泛应用的新兴技术。该技术使用License频段，只需要大约200kHz的宽带，可采取带内、保护带或独立载波3种部署方式，直接部署与GSM(global system for mobile communication，全球移动通信系统)、UMTS(universal mobile telecommunications system，通用移动通信系统)或LTE(longterm evolution，长期演变)网络，以降低部署成本，实现平滑升级。
NB-IoT具备四大特点：一是具备支持海量连接的能力，每小区能够支持约5万个连接；二是广覆盖，在同样的频段下，比现有的GSM900MHz网络增益20dB以上，覆盖面积扩大约100倍；三是更低功耗，终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，预计单个连接模块成本不超过5美元。
本系统中，中央处理器3控制芯片采用基于400MHzARM STM32H743内核的嵌入式STM32H743，设置射频识别系统及红外识别系统，当接收到信号中的射频信息时，会分析、识别控制信号及数据信号；当接收到红外信号时，会分析、识别控制信号。通过上位机6可对系统进行参数设定，状态调整、信息更新等一系列调整，接受的信号经过STM32解压，可写入存储器5进行保存。时钟模块为整个系统提供时钟信息。系统可读取存储器5或者片内ROM的数据进行单色、彩色显示，显示的方式可以是平面环形、立面柱面、3D等。
中央处理器3需要同时进行射频接收、压缩解码、读取写入储存器5、显示控制等一系列操作，根据显示原理，在延时区间内，LED需要保持状态不变，在空间划过轨迹形成文字、图案等。
旋转LED显示装置1的显示体现在：
LED组16为两组，沿着旋转臂11的延伸方向错开排布，并通过每组LED组对应的电路板安装在旋转臂11上，两组LED驱动电路相同，一组发光二极管的驱动电路要求同时驱动多个LED正常工作，采用74HC573进行数据控制，在初始时，所有的LED灯灭，锁存该状态。当P0口输出数据时，接触第一组锁存状态，则该状态数据更新；在锁存保护后的P0口再次输出新一组数据，解除第二组锁存状态，则改组数据更新重复上述操作，使用8位数据通道即可完成多组数据更新操作。
旋转电机14为直流电机，包括驱动部件和转速检测及调整部件。
关于驱动部件：
直流电机采用场效应管IRF9530来实现对电机停/转的控制，使用双节点继电器4127控制电机的正反转。IRF9530场效应管是一种单极型P沟道的绝缘栅型场效应管，具有自关断能力，并且驱动功率比较小。开关速度快、安全工作区宽等特点。它的VGS为20V，ID为-12A。导通电阻仅有0.3Ω。在MC1413的输出信号PC02为低电平时，场效应管IRF9530导通，直流电机开始工作。
关于转速检测及调整部件：
在显示工作过程中，受到外界因素的影响，转速会发生变换，系统中设置闭环检测系统，对系统转速进行检测，当转速偏离设定值超过5r/min时，对电机14进行调整。
在点击转速检测电路中，点击的连动轴一周均匀粘贴4片30SH型的小型磁片，在连动轴附近固定霍尔位置传感器SS41，该传感器尺寸小，灵敏度高，工作速度从0-100KHZ，采用5V电源供电，输出电源值小于0.4V。4块小磁片N极贴向装动轴，S极贴向霍尔位置传感器。直流电机在转动时每个小磁片在经过霍尔位资传感器时，霍尔传感器产生一个脉冲信号，由于传感器输出脉冲信号电压小于0.4V，因此传感器输出信号后必须对信号进行放大，将脉冲信号装换为幅值为+5V的标准输入信号。
基于表情识别的路人广告体验反馈系统的工作原理如下：
S1：当需要设置旋转LED显示装置1显示的内容时，使用者通过上位机6进行相应文字或者视频图像编辑；
S2：编辑好的信息通过NB-IoT通讯模块6接收，并通过基座13中的中央处理器3进行编码，将输入的信息转换为控制转速及LED亮灭的信号；
S3：旋转电机14接收控制转速信号带动旋转轴12转动，从而驱动旋转轴12上的旋转臂11旋转；同时，通过LED亮灭信号控制LED亮灭，在LED亮或者灭以及旋转两种条件下达到显示广告的目的；
S4：通过摄像头2拍摄路人观看广告过程中的视频，并将视频发送到中央处理器3，由中央处理器3进行人脸表情识别并且分析路人在观看广告后对该广告的满意程度；
S5：中央处理器3通过NB-IoT通讯模块4将广告的满意度反馈传送给上位机6。
具体地，如图3所示，中央处理器进行人脸表情识别的具体步骤如下：
A1：进行人脸检测，得出人脸图像；
A2：对人脸图像进行预处理；
A3：采用LBP分区算法提取表情特征；
A4：使用优化过的ELM算法训练特征分类模型。
其中，如图4所示，A1进行人脸检测，得出人脸图像的具体步骤为：
B1：进行训练，构造级联分类器：首先根据积分图的方法提取Haar特征，然后通过AdaBoost算法挑出特征明显并且易于辨别的特征向量，再用该些特征组合成弱分类器，通过操作再形成强分类器，接着通过级联的方式把强分类器串联起来，最终形成级联分类器；
B2：基于级联分类器进行人脸检测：先使用最简单的分类器去检测待检测视频帧中图像，将不包含人脸的窗口排除，将可能存在人脸的窗口发送到下一级的分类器，经过所有分类器后检测得出最终人脸。
A2人脸图像预处理的具体步骤为：首先对图像进行归一化，将人脸图像调整为标准图像；然后进行人脸区域分割，去掉头发、胡须因素的干扰；最后对分离出的人脸区域进行滤波、去噪、灰度化操作，增强脸部特征清晰度。
如图5所示，A3采用LBP分区算法提取表情特征的具体步骤如下：首先划分子区域，计算每个子区域的LBP值；然后获取子区域的统计直方图并将直方图归一化；再者，将所有子区域的直方图顺序放在一起；最后获得整幅图的LBP纹理特征向量。
本实施例通过旋转LED显示装置替代传统的固定显示屏，具有3D立体感的广告展示效果便于吸引路人的观看，同时设计适用于不同环境包括地铁口、商场、广场等。另外，系统在通讯上选择NB-IoT通讯模块能达到显示屏大连接、广覆盖、低功耗、低成本的要求。再者，系统添加了摄像头，能够收集路人观看广告时的视频图像，通过中央处理器进行人脸表情识别，对广告的满意程度进行分析，替代传统的人工问卷调查，实现对广告的精准投放，以及发掘产品的潜在客户。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于表情识别的路人广告体验反馈系统，其特征在于,包括旋转LED显示装置(1)、摄像头(2)、中央处理器(3)、NB-IoT通讯模块(4)、用于存储广告信息的存储器(5)以及上位机(6)；所述中央处理器(3)分别与旋转LED显示装置(1)、摄像头(2)、NB-IoT通讯模块(4)以及存储器(5)连接；上位机(6)通过NB-IoT通讯模块(4)与中央处理器(3)连接；
旋转LED显示装置(1)包括旋转臂(11)、旋转轴(12)、基座(13)、旋转电机(14)、电池(15)以及LED组(16)；其中，所述旋转电机(14)和电池(15)连接，二者均安装于基座(13)内；旋转臂(11)通过旋转轴(12)固定在基座(13)上，旋转轴(12)在旋转电机(14)的驱动下带动旋转臂(11)旋转；所述LED组(16)沿着旋转臂(11)的延伸方向错开排布，并通过每组LED组对应的电路板安装在旋转臂(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于表情识别的路人广告体验反馈系统，其特征在于,所述LED组(16)均采用RGBC三色贴片LED。
3.根据权利要求2所述的一种基于表情识别的路人广告体验反馈系统，其特征在于,所述旋转电机(14)为直流电机，包括驱动部件和转速检测及调整部件。
4.一种用于权利要求3所述基于表情识别的路人广告体验反馈系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：当需要设置旋转LED显示装置显示的内容时，使用者通过上位机进行相应文字或者视频图像编辑；
S2：编辑好的信息通过NB-IoT通讯模块接收，并通过基座中的中央处理器进行编码，将输入的信息转换为控制转速及LED亮灭的信号；
S3：旋转电机接收控制转速信号带动旋转轴转动，从而驱动旋转轴上的旋转臂旋转；同时，通过LED亮灭信号控制LED亮灭，在LED亮或者灭以及旋转两种条件下达到显示广告的目的；
S4：通过摄像头拍摄路人观看广告过程中的视频，并将视频发送到中央处理器，由中央处理器进行人脸表情识别并且分析路人在观看广告后对该广告的满意程度；
S5：中央处理器通过NB-IoT通讯模块将广告的满意度反馈传送给上位机。
5.根据权利要求4所述一种用于基于表情识别的路人广告体验反馈系统的方法，其特征在于，所述中央处理器进行人脸表情识别的具体步骤如下：
A1：进行人脸检测，得出人脸图像；
A2：对人脸图像进行预处理；
A3：采用LBP分区算法提取表情特征；
A4：使用优化过的ELM算法训练特征分类模型。
6.根据权利要求5所述一种用于基于表情识别的路人广告体验反馈系统的方法，其特征在于，所述A1进行人脸检测，得出人脸图像的具体步骤为：
B1：进行训练，构造级联分类器：首先根据积分图的方法提取Haar特征，然后通过AdaBoost算法挑出特征明显并且易于辨别的特征向量，再用该些特征组合成弱分类器，通过操作再形成强分类器，接着通过级联的方式把强分类器串联起来，最终形成级联分类器；
B2：基于级联分类器进行人脸检测：先使用最简单的分类器去检测待检测视频帧中图像，将不包含人脸的窗口排除，将可能存在人脸的窗口发送到下一级的分类器，经过所有分类器后检测得出最终人脸。
7.根据权利要求5所述一种用于基于表情识别的路人广告体验反馈系统的方法，其特征在于，所述A2人脸图像预处理的具体步骤为：首先对图像进行归一化，将人脸图像调整为标准图像；然后进行人脸区域分割，去掉头发、胡须因素的干扰；最后对分离出的人脸区域进行滤波、去噪、灰度化操作，增强脸部特征清晰度。
8.根据权利要求5所述一种用于基于表情识别的路人广告体验反馈系统的方法，其特征在于，所述A3采用LBP分区算法提取表情特征的具体步骤如下：首先划分子区域，计算每个子区域的LBP值；然后获取子区域的统计直方图并将直方图归一化；再者，将所有子区域的直方图顺序放在一起；最后获得整幅图的LBP纹理特征向量。
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