CN110826477A - 一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，包括网络摄像机和移动终端，网络摄像机包括高效红外阵列模块、人脸识别模块、通信模块、3D定位抓拍模块、主控制器和机械制动装置，本发明通过在网络摄像机中配置精密制动达到更平稳更大广角的图像采集，将摄像头采集到的多个方位以及角度的人脸图像形成纹理特征和结构特征，提高图像特征模型的判别性和充分性，以进行人脸检测和识别，从而避免了现有人工点名或者电子卡触摸式点名对于实际教学过程中，人工点名的繁琐或打卡排队的拥堵，并有效解决了课堂点名难，点名不准确的问题，最终达到了有效扩大人脸识别范围、满足更大范围教室需求。

Description

一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置
技术领域
本发明涉及智慧校园相关领域，具体是一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置。
背景技术
人脸识别技术，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术，用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部的一系列相关技术，通常也叫做人像识别、面部识别。
目前，人脸识别已经被广泛的应用于诸多领域，比如在智慧教室领域，通常在教室门口放置电子班牌，通过校园卡接触式打卡，再由服务端处理数据，完成课堂考勤的教学需求，然而，现有的课堂点名装置还存在着一定的不足，例如，摄像头安装在教室角落，其高度以及角度在安装时已经固定，针对不同层高的教室来说可能造成人脸图像捕捉困难、识别准确率低、识别速度不够快的问题，尤其是教室复杂光线环境下，而现有的课堂点名装置显然无法满足这一需求，因此，急需一种具备大范围识别功能以及更自动化的课堂点名装置。
发明内容
因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置。
本发明是这样实现的，构造一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，该装置包括网络摄像机和移动终端，所述网络摄像机包括高效红外阵列模块、用于人脸检测与识别的人脸识别模块、通信模块、3D定位抓拍模块、主控制器和用于采集更大范围图像信息的机械制动装置，所述网络摄像机通过通信模块与移动终端进行无线连接。
优选的，所述机械制动装置可进行水平360°连续旋转，垂直转动角度范围为-16°～90°。
优选的，所述人脸识别模块包括图像采集、图像配准以及图像建模。
优选的，所述网络摄像机采用混合式高精度步进电机控制速度，速度区间为0.1°～240°/s。
优选的，所述网络摄像机设置有CMOS传感器。
优选的，所述CMOS传感器为1/2.8英寸200万像素，且配合转速自动匹配，精度偏差少于0.2度。
优选的，所述网络摄像机阵列需根据具体教室设置相机预置位，偏移角度，网络通信。
优选的，所述网络摄像机将拍摄到的图像传输至人脸识别模块。
优选的，所述图像建模的算法基于多尺度提取出人脸图像不同尺度下的纹理特征和结构特征，提高图像特征表达的判别性和充分性，既建模局部纹理变化，又考虑各局部结构间的相互关系和协同表达，从不同维度提取人脸的判别特征，提高人脸特征的鲁棒性采用图匹配，能充分学习利用上下文信息，能保证图像区域判别结果的一致性和平滑性，使得人脸判别结果对姿态、表情等具有较强的鲁棒性，即使有30％区域的遮挡，也不影响识别。
优选的，所述主控制器根据人脸识别模块的反馈，自动调整网络摄像机采集与服务端深度学习神经网络的反馈。
本发明具有如下优点：本发明通过改进在此提供一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，与同类型设备相比，具有如下改进：
本发明所述一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，通过在网络摄像机中配置精密制动达到更平稳更大广角的图像采集，将摄像头采集到的多个方位以及角度的人脸图像形成纹理特征和结构特征，提高图像特征模型的判别性和充分性，以进行人脸检测和识别，从而避免了现有人工点名或者电子卡触摸式点名对于实际教学过程中，人工点名的繁琐或打卡排队的拥堵，并有效解决了课堂点名难，点名不准确的问题，最终达到了有效扩大人脸识别范围、满足更大范围教室需求。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明结构网络摄像机内部模块示意图。
其中：网络摄像机-1、移动终端-2、高效红外阵列模块-101、人脸识别模块-102、通信模块-103、3D定位抓拍模块-104、主控制器-105、机械制动装置-106、CMOS传感器-107。
具体实施方式
下面将结合附图1-2对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过改进在此提供一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，包括网络摄像机1和移动终端2，网络摄像机1包括高效红外阵列模块101、用于人脸检测与识别人脸识别模块102、通信模块103、3D定位抓拍模块104、主控制器105和用于采集更大范围图像信息的机械制动装置106，网络摄像机1通过通信模块103与移动终端2进行无线连接。
进一步的，所述机械制动装置106可进行水平360°连续旋转，垂直转动角度范围为-16°～90°，提供更广的图像采集方位，更适用于不同教室环境。
进一步的，所述人脸识别模块102包括图像采集、图像配准以及图像建模，该图像采集可多尺度提取出人脸图像不同尺度下的纹理特征和结构特征，提高图像特征表达的判别性和充分性；图像建模采用局部和全局结构，既建模局部纹理变化，又考虑各局部结构间的相互关系和协同表达，从不同维度提取人脸的判别特征，提高人脸特征的鲁棒性；图像配准能充分学习利用上下文信息，能保证图像区域判别结果的一致性和平滑性，使得人脸判别结果对姿态、表情等具有较强的鲁棒性，即使有30％区域的遮挡，也不影响识别，图像配准的实现和参数设置是通过海量人脸数据自动学习得到。
进一步的，所述网络摄像机1采用混合式高精度步进电机控制速度，速度区间为0.1°～240°/s，反应灵敏，运转平稳，精度偏差少于0.2度，在任何速度下图像无抖动。
进一步的，所述网络摄像机1设置有CMOS传感器107。
进一步的，所述CMOS传感器107为1/2.8英寸200万像素，且配合转速自动匹配，精度偏差少于0.2度。
进一步的，所述人脸识别模块1002用于人脸检测与识别，检测到的人脸进行关键点定位、姿态校正和光照预处理，得到归一化后人脸图像，根据人脸关键点，切取不同尺度，包含不同区域的人脸图像块，依次输入到各自的深度学习网络，提取不同尺度下的人脸判别特征，采用图匹配计算不同人脸图像特征判别向量间的一致性，得到相似度分数，反馈到移动终端2。
进一步的，构建多层次的深度学习网络，每一个层次网络能学到不同的知识，提取出不同的特征，可相互融合，提高特征的完备性。
进一步的，用海量(千万级)已经标定好的人脸数据作为先验数据集输入算法训练器，算法训练器会调整神经网络的结构和参数等，输出一个算法模型，在和先验人脸数据集类似的数据集条件下，该算法能达到最佳的性能，所以针对不同环境下的人脸数据，比如监控环境、远程验证环境、二代证照片、老人照片等，输出不同的算法模型，可以保证最优的算法性能。
本发明通过改进提供一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，其工作原理如下；
第一，闲置时的网络摄相机1处于节能的休眠状态，当该教室准备上课，系统推送该教室该节课程的学生信息至网络摄相机1，同时同步到教师移动终端2，教师通过移动终端2触发网络摄相机1人脸识别工作；
第二，网络摄相机1开始采集图像，从预置位开始逐步水平或者垂直旋转进行人脸图像采集，再将采集到的图像传送至人脸识别模块102进行图像处理，得到一副包含完整人脸的图像；
第三，通过人脸识别模块102提取人脸图像的特征点，并通过深度学习神经网络以及高精度人脸算法引擎人脸数据库中存储的数据进行匹配，得到一个反映相似程度的分数，如超过这个分数，即可认为该学生已经在课堂中，点名成功，反之缺席，采集到所有学生均按照上述流程自动解析；
第四，再由主控制器105则根据人脸识别模块反馈的结果，汇总成考勤报表，由老师对异常考勤做调整后，就可直接用于日常教务工作。
本发明通过改进提供一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，通过在网络摄像机1中配置精密制动达到更平稳更大广角的图像采集，将人脸识别模块102采集到的多个方位以及角度的人脸图像形成纹理特征和结构特征，提高图像特征模型的判别性和充分性，以进行人脸检测和识别，从而避免了现有人工点名或者电子卡触摸式点名对于实际教学过程中，人工点名的繁琐或打卡排队的拥堵，并有效解决了课堂点名难，点名不准确的问题，最终达到了有效扩大人脸识别范围、满足更大范围教室需求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,并且本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买,异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制,各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中,常规的型号,加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式,在此不再详述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，其特征在于：包括网络摄像机(1)和移动终端(2)，所述网络摄像机(1)包括高效红外阵列模块(101)、用于人脸检测与识别的人脸识别模块(102)、通信模块(103)、3D定位抓拍模块(104)、主控制器(105)和用于采集更大范围图像信息的机械制动装置(106)，所述网络摄像机(1)通过通信模块(103)与移动终端(2)进行无线连接。
2.根据权利要求1所述一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，其特征在于：所述机械制动装置(106)可进行水平360°连续旋转，垂直转动角度范围为-16°～90°。
3.根据权利要求1所述一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，其特征在于：所述人脸识别模块(102)包括图像采集、图像配准以及图像建模。
4.根据权利要求1所述一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，其特征在于：所述网络摄像机(1)采用混合式高精度步进电机控制速度，速度区间为0.1°～240°/s。
5.根据权利要求1所述一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，其特征在于：所述网络摄像机(1)设置有CMOS传感器(107)。
6.根据权利要求5所述一种基于球型网络摄像机的课堂点名装置，其特征在于：所述CMOS传感器(107)为1/2.8英寸200万像素，且配合转速自动匹配，精度偏差少于0.2度。
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