CN111126355A - 一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及点烟器技术领域，具体是一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，包括处理单元和分别与所述处理单元连接的存储器、点烟模组、人脸识别模组、烟盒识别模组和联网模块；本发明设置在吸烟场所，通过点烟模组吸引烟民进行使用，在使用时采集烟民的人脸信息和烟盒信息并进行关联，真实了解不同卷烟品牌真实的客群分类和消费者画像对营销策略进行指导；可为进一步分析单品类卷烟产品的抽吸人群提供真实数据支撑；对烟草企业生产环节的卷烟生产、烟草企业营销环节的营销活动、控烟组织规章等制度的制定，提供真实数据支撑；可根据消费者抽吸卷烟的价格水平、消费者个性特征等，向消费者进行非卷烟产品的精准推荐。
Description
技术领域
本发明涉及点烟器技术领域，具体是一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器。
背景技术
在很多吸烟场所，如机场候机楼、高铁候车室、会议中心吸烟室等地方，为了方便烟民，特别是没有携带打火机或者火柴的烟民，都会放置部署点烟装置。目前市场上的点烟装置为了安全考虑，也为了方便烟民使用，很多都采用了触发式开关，即烟民通过按钮等形式触发点烟器工作，如电弧通电、钨丝加热等。现有的点烟器虽然实现和方便烟民点烟，但是对使用该设备的用户没有记录和感知，对用户的属性和点烟的产品都没有任何感知能力。随着人工智能、大数据、物联网等技术的发展，使得终端智能化升级成为一种趋势，原有的点烟器的智能化水平以及难以满足大数据采集和设备管理的新需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，通过更改点烟器的触发装置部分，采用智能化视觉感知触发技术，替换现有点烟器的采用按钮、触碰感应、距离感应等触发方式。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明的一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，包括处理单元和分别与所述处理单元连接的存储器、点烟模组、人脸识别模组、烟盒识别模组和联网模块；
所述点烟模组提供点烟功能给烟民使用；
所述人脸识别模组用于采集点烟器正前方烟民的人脸信息；
所述烟盒识别模组用于采集该烟民的吸烟时的烟盒信息；
所述处理单元用于将采集的人脸信息和烟盒信息进行处理和关联，并将关联信息储存至所述存储器中；
所述联网模块将点烟器进行联网以实现数据上传。
进一步，本发明的点烟器还包括互动屏和补光灯，所述互动屏用于播放操作提示和广告，所述补光灯用于照亮烟民的脸部便于采集脸部图像信息。
进一步，所述点烟模组包括顺序连接的电源、变压器、时间继电器、开关和电弧打火器。
进一步，所述人脸识别模组为第一RGB摄像头。
进一步，所述烟盒识别模组包括第二RGB摄像头和锥形成像罩，所述第二 RGB摄像头设置在所述锥形成像罩口径较小的一端。
进一步，所述处理单元为RK3288处理器。
进一步，所述联网模块包括但不限于网卡、无线网卡、GPRS模块、WIFI 模块和4G模块。
本发明的有益效果是如下：本发明的一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，设置在吸烟场所，通过点烟模组吸引烟民进行使用，在使用时采集烟民的人脸信息和烟盒信息并进行关联，真实了解不同卷烟品牌真实的客群分类和消费者画像对营销策略进行指导；可为进一步分析单品类卷烟产品的抽吸人群提供真实数据支撑；对烟草企业生产环节的卷烟生产、烟草企业营销环节的营销活动、控烟组织规章等制度的制定，提供真实数据支撑；可根据消费者抽吸卷烟的价格水平、消费者个性特征等，向消费者进行非卷烟产品的精准推荐；本发明适用于所建的千千万万个烟草行业、其他组织等所建的吸烟室。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的点烟模组的结构示意图；
图3为本发明的图像识别算法流程图；
图4为本发明的烟盒识别的卷积模型图；
图5为本发明的人脸识别的卷积模型图；
1-互动屏、2-人脸识别模组、3-点烟模组、4-烟盒识别模组、5-补光灯。
具体实施方式
如图1所示：本实施例的一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，包括处理单元和分别与处理单元连接的存储器、点烟模组3、人脸识别模组 2、烟盒识别模组4和联网模块；
点烟模组3提供点烟功能给烟民使用；
人脸识别模组2用于采集点烟器正前方烟民的人脸信息；
烟盒识别模组4用于采集该烟民的吸烟时的烟盒信息；
处理单元用于将采集的人脸信息和烟盒信息进行处理和关联，并将关联信息储存至存储器中；
联网模块将点烟器进行联网以实现数据上传。
点烟器前面板上设置有互动屏1，点烟器前侧面板上于显示屏底部右侧设置有烟盒识别模块，点烟器前侧面板上于烟盒识别模块左侧设置有点烟模块，点烟器前侧面板上互动屏1正下方设置有人脸识别摄像头，点烟器内部设置有处理单元，处理单元采用型号为RK3288处理器，RK3288处理器可使用安卓系统，配合联网模块利用网络与云终端建立数据同步连接,RK3288处理器内置的串口电路与点烟模组3内部的继电器连接，烟盒识别模块和人脸识别摄像头均通过数据线路与处理单元连接。处理终端通过WIFI模块与云终端建立连接，处理终端中的处理器内安装有云同步软件，预置端口由PC端连接控制，保存烟盒信息、身份信息和人脸信息。
本实施例中，本发明的点烟器还包括互动屏1和补光灯5，互动屏1用于播放操作提示和广告，补光灯5用于照亮烟民的脸部便于采集脸部图像信息。其中补光灯5包含环绕型补光及继电器控制板，继电器控制板与处理单元相连，智能控制补光开关及补光时长。
如图2所示本实施例中，点烟模组3包括顺序连接的电源、变压器、时间继电器、开关和电弧打火器。电源连接电弧打火器，电弧打火器的PCB板与电源之间设置开关，电源与开关之间设置有时间继电器，PCB板连接变压器，变压器连接电弧端点火触点。电源通过变压器将电压降压到PCB板需要的电压(例如3.7V)后，输出给电弧打火器，对电弧打火器进行供电。上述的变压器将12V 的电压转换为3.7V电压。在电源与开关之间设置时间继电器，对时间继电器的接通时间和断开时间进行设置，使得在时间继电器的接通时间内，可以接通电源进行点火，而在断开时间内，无法接通电源进行点火，对电路进行保护；例如设置接通时间20分钟，断开时间1分钟，使得电子点火器工作20分钟后断开1分钟，在1分钟的断开时间内进行散热，对电子点火器的电路进行保护。通过变压器将电源转换为适合电弧打火器的电压值，在变压器与电弧打火器之间的开关开启状态，整个回路不通电，电弧打火器不工作，而当开关处于闭合状态时，变压器为电弧打火器供电，电弧打火器得电开始工作。
本实施例中，人脸识别模组2为第一RGB摄像头；烟盒识别模组4包括第二RGB摄像头和锥形成像罩，第二RGB摄像头设置在锥形成像罩口径较小的一端；稳定抓取烟盒照片并传输至处理终端。
其中第一RGB摄像头和第二RGB摄像头具体来说采用普通CMOS RGB可见光摄像头，可以实时采集图像，并配备补光灯5等主动光源设备，实现较好的图像采集效果。CMOS摄像头采用自适应宽动态ISP处理器，使得该摄像头模组在不同环境条件下可以稳定的采集质量符合算法处理的图像数据。其中用于采集烟盒图像的摄像头放置于烟盒放置区域后方，可拍摄到放在设备上的全部烟盒区域。人脸图像采集摄像头需要具有较大的视场角，可采集到因为使用习惯不同而出现在不同空间位置的人脸图像。
本实施例中，联网模块包括但不限于网卡、无线网卡、GPRS模块、WIFI 模块和4G模块等。
本发明还提供一种专门用于人脸识别和烟盒识别的算法，首先，处理单元包含两个处理器：边缘计算处理器和中央处理器，边缘计算处理器获取到烟盒图像采集摄像头的图像后，调用运行在边缘计算处理器上的烟盒图像识别算法，实现对卷烟烟盒外观图像的识别。其模型结果如图3所示，
利用卷积神经网络进行图像分类已经成为一种标准的深度学习方法，然而采用直接的分类模型来训练卷烟规格识别，面临的困难在于：
1)卷烟烟盒正反面的图像有差异；
2)销量较大的烟盒和较小的烟盒的图像样本严重不均衡，较大部分上市时间不长或者销量很少的类别可以用于训练的样本只有一个。如果采用直接分类训练的方法，会由于训练样本分布严重不均衡的情况导致对样本小的样本无法进行有效的训练。
如图4所示，为了解决问题1)，本发明提出了正反面分支训练方法，即在训练过程中，对统一规格的正反面烟盒分开进行标注，作为两个类别进行模型训练。
如图5所示，为了解决问题2)，本发明提出采用分层分类的训练方式。先将训练样本数量小于一定值的类别划分为一个大类，训练样本数量大于或者等于一定值的K类独立为类别，组成新的K+1类别进行训练，然后再对大类别进行分类。
人脸识别的输入图像为检测到的人脸区域，通过深度神经网络的训练，采用同一网络实现人脸身份码的提取，性别识别，年龄识别和情绪识别。其中人脸身份码为128维浮点数，该浮点数为人脸身份特征码，具有个人唯一性，当身份特征码的余弦距离小于阈值T的时候，即可判断两个人脸图像属于同一个身份个体。输出性别为1和0，1代表性别为男，0代表性别为女，年龄为分段年龄，分为1-18，18-25，25-40，40-60，60及以上五个年龄阶段，情绪为正常、愉悦、焦虑、悲伤四类情绪。
在训练该模型过程中，该发明采用了多任务学习训练方法，因为同一人脸图像同时标注以上多个任务的难度较大，同时也很难确保样本均衡。本发明采用了以下的网络架构：
首先，采用可标注量最大的身份训练基础卷积框架，获得最佳的人脸特征表征方式，然后固定卷积层的参数，分别训练性别分支、年龄分支和情绪分支网络结构，达到共用卷积，再分支实现不同任务的网络结构。
烟盒识别与人脸识别算法都运行在具有深度学习卷积神经网络处理能力的边缘计算芯片上，本发明对模型进行了剪裁和优化，在双核ARM Cortex-A53 或以上性能的CPU边缘计算芯片上即可实现图像的实时处理。
当实现烟盒和人脸识别后，发送信号到中央处理器，中央处理器进行识别结果的判断，发送指定到点烟模块，实现点烟功能；同时将识别结果通过网络 post方式，推送到云端接收服务器。云端大数据服务器对接收到的信息进行结构化存储和管理。
该发明的智能化视觉感知触发技术在具备触发点烟器实现正常工作的同时，可以收集使用该点烟器的用户的视觉可感知到的信息，包括但不仅限于用户的身份、年龄、性别、穿着和该用户当前用于点烟的卷烟品牌和规格。点烟器的处理器通过连接互联网，将采集到的信息传输到云端，从而实现大数据的收集。
在共享吸烟室、吸烟区的建设过程中，本发明在为消费者提供更佳点烟服务的同时，能通过烟盒识别算法，对烟盒进行自动图像识别，自动获取消费者抽吸卷烟的规格、价格、口味等完善的产品信息；通过人脸识别算法，对消费者人脸进行识别，自动获取消费者的人脸特征信息，包括年龄、性别、情绪、着装等脱敏信息(保证用户信息安全)点烟器的处理器通过连接互联网，将采集到的以上信息传输到云端，实现大数据的收集；通过算法，将以上两项所识别出的烟盒信息及人脸信息进行信息关联，其关联信息的应用价值如下：
(1)真实了解不同卷烟品牌真实的客群分类和消费者画像；
(2)对营销策略进行指导；
(3)可为进一步分析单品类卷烟产品的抽吸人群提供真实数据支撑；
(4)可为进一步进行消费流行趋势分析提供真实数据支撑；
(5)对烟草企业生产环节的卷烟生产、烟草企业营销环节的营销活动、控烟组织规章等制度的制定，提供真实数据支撑；
(6)可根据消费者抽吸卷烟的价格水平、消费者个性特征等，向消费者进行非卷烟产品的精准推荐；
本发明适用于所建的千千万万个烟草行业、其他组织等所建的吸烟室。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，其特征在于：包括处理单元和分别与所述处理单元连接的存储器、点烟模组、人脸识别模组、烟盒识别模组和联网模块；
所述点烟模组提供点烟功能给烟民使用；
所述人脸识别模组用于采集点烟器正前方烟民的人脸信息；
所述烟盒识别模组用于采集该烟民的吸烟时的烟盒信息；
所述处理单元用于将采集的人脸信息和烟盒信息进行处理和关联，并将关联信息储存至所述存储器中；
所述联网模块将点烟器进行联网以实现数据上传。
2.根据权利要求1所述的一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，其特征在于：还包括互动屏和补光灯，所述互动屏用于播放操作提示和广告，所述补光灯用于照亮烟民的脸部便于采集脸部图像信息。
3.根据权利要求1所述的一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，其特征在于：所述点烟模组包括顺序连接的电源、变压器、时间继电器、开关和电弧打火器。
4.根据权利要求1所述的一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，其特征在于：所述人脸识别模组为第一RGB摄像头。
5.根据权利要求1所述的一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，其特征在于：所述烟盒识别模组包括第二RGB摄像头和锥形成像罩，所述第二RGB摄像头设置在所述锥形成像罩口径较小的一端。
6.根据权利要求1所述的一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，其特征在于：所述处理单元为RK3288处理器。
7.根据权利要求1所述的一种用于采集卷烟规格和人脸大数据信息的点烟器，其特征在于：所述联网模块包括但不限于网卡、无线网卡、GPRS模块、WIFI模块和4G模块。
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