CN112669500A

CN112669500A - 一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统

Info

Publication number: CN112669500A
Application number: CN202011517366.8A
Authority: CN
Inventors: 刘超; 王琼华; 郑奕; 江钊; 王迪
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明提出一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统，该系统包括液体变焦相机、测距模组、驱动控制模组、图像处理模组、语音提示模组、门禁电机和闸门。液体变焦相机由固体透镜组、液体透镜组和图像传感器组成，其中，固体透镜组包含若干固体透镜，液体透镜组包含若干液体透镜。液体变焦相机的功能是拍摄机动车车牌及行人影像；测距模组的功能是实时测量机动车或行人到闸门的距离；驱动控制模组的功能是控制液体变焦相机中液体透镜的界面曲率，实现动态调焦；图像处理模组的功能是对机动车车牌或行人图像进行处理、识别和比对；语音提示模组的功能是对机动车或行人进行语音提示；门禁电机的功能是控制闸门。

Description

一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统

一、技术领域

本发明涉及一种智能门禁识别系统，更具体地说，本发明涉及一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统。

二、背景技术

随着人工智能技术的发展，智能门禁识别系统广泛应用在停车场、住宅区、校园和工作单位等。目前智能门禁识别系统主要有机动车智能门禁识别系统和行人智能门禁识别系统两大类，其工作原理是通过相机拍摄机动车车牌或人脸，经过图像处理和比对决定是否放行。然而，现有的门禁识别系统通常采用定焦相机拍摄，不具备自适应调节能力，市面上现有的用于门禁识别系统中的定焦相机的有效拍摄距离大都在3m到10m之间，一旦机动车或行人超出有效拍摄范围，门禁识别系统则会失效，这便对机动车停车位置和行人站立位置产生很大的约束。更进一步的，我们期望尽可能提升识别准确率、缩短甚至完全消除机动车或行人的停留时间，这就需要扩大有效拍摄范围并在该范围内进行若干轮的图像采集和信息比对。因此，将有变焦功能的相机运用于门禁识别系统是十分必要的。然而，使用市场上现有的机械变焦相机会增加系统成本，且其稳定性和响应时间也并不理想。综上，亟待开发一种成本低、响应快、安全性高、准确度高的智能门禁识别系统。

三、发明内容

本发明提出一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统，如附图1所示，该系统包括液体变焦相机、测距模组、驱动控制模组、图像处理模组、语音提示模组、门禁电机和闸门。液体变焦相机由固体透镜组、液体透镜组和图像传感器组成，其中，固体透镜组包含若干固体透镜，液体透镜组包含若干液体透镜。液体变焦相机的功能是拍摄机动车车牌及行人影像；测距模组的功能是实时测量机动车或行人到闸门的距离；驱动控制模组的功能是控制液体变焦相机中液体透镜的界面曲率，实现动态调焦；图像处理模组的功能是对机动车车牌或行人图像进行处理、识别和比对；语音提示模组的功能是对机动车或行人进行语音提示；门禁电机的功能是控制闸门。

初始状态下，在机动车或行人离闸门较远时，驱动控制模组会预设一组初始驱动值驱动液体变焦相机工作，此时可以实现远距离的监控。当机动车或行人向闸门靠近时，测距模组测得机动车或行人到闸门的距离为L₁，驱动控制模组向液体变焦相机输入对应驱动值，改变液体变焦相机中液体透镜的界面曲率，实现焦距调控，此时液体变焦相机有效焦距为F₁，后工作距为D，如附图2所示。图像处理模组对图像传感器采集到的车牌图片或行人图片进行第一轮处理，同时与系统数据库比对。若比对成功，则向门禁电机发送信号，开启闸门；若比对失败，则语音提示模组发出减速语音提示。当机动车或行人继续向闸门靠近时，测距模组测得机动车或行人到闸门的距离为L₂，测距模组会向驱动控制模组反馈距离信号，驱动控制模组向液体变焦相机输入对应驱动值，实现变焦以缩短拍摄距离并扩大拍摄视场，此时液体变焦相机有效焦距为F₂，后工作距为D，如附图3所示。同时，图像处理模组再次对图像传感器采集到的车牌图片或行人图片进行第二轮处理，并与系统数据库比对。若第一轮、第二轮均比对成功，则闸门继续保持开启状态，机动车或行人不用停留便可以通过闸门；如若第一轮比对失败、第二轮比对成功，则闸门立即开启，以便机动车或行人安全通过；若第一轮比对成功、第二轮比对失败，则语音提示模组发出急停警告，急停警告一般用于防止非法插队闯入的行为。整个智能门禁系统的运作流程如图4所示。

本发明可依据测距模组的时序测量信号实时调节液体变焦相机的拍摄距离，具有较大且连续的清晰成像范围，同时功耗、寿命、稳定性相比机械变焦相机有明显优势；本发明设计了两个轮次的图像采集和比对程序，若第一轮次的图像处理有误或者机动车、行人移动速度过快导致图像捕捉无效，还可根据第二轮次的图像采集和比对结果做出相应判断，因此有较高的容错率；同时，本发明可根据实际需求增设多个图像采集和比对轮次，具有良好的延展性和适应性。因此，本发明更具有实际应用价值。

值得注意的是：增设多个图像采集和比对轮次，其本质与本发明相同，也属于本发明专利的保护范围。

优选地，测距模组采用激光测距、超声波测距或红外测距，其响应时间t₁小于液体变焦相机调焦时间t₂。

优选地，图像传感器采用CCD或CMOS。

优选地，液体变焦相机中的液体透镜通过外驱动改变界面曲率以实现变焦，液体透镜类型是电润湿驱动液体透镜、介电泳力驱动液体透镜、机械马达驱动的弹性薄膜液体透镜、磁控液体透镜或电子肌肉驱动的液体透镜。

优选地，驱动控制模组是直流电压驱动模组、交流电压驱动模组、液压驱动模组、热压驱动模组或电磁驱动模组。

优选地，液体变焦相机中液体透镜组的组数A≥1，固体透镜组的组数B≥0，液体变焦相机中的透镜组可采用多种组合和排序方式，如固体透镜组-液体透镜组、液体透镜组-固体透镜组、固体透镜组-液体透镜组-固体透镜组等；单个液体透镜组中液体透镜的个数M≥1，单个固体透镜组中固体透镜个数Q≥1。

优选地，液体变焦相机物面视场大于通用机动车车牌或行人头部的长度，物面视场H≥460mm。

四、附图说明

附图1为本发明的系统结构示意图。

附图2为本发明中机动车或行人到门禁距离为L₁时的液体变焦相机原理示意图。

附图3为本发明中机动车或行人到门禁距离为L₂时的液体变焦相机原理示意图。

附图4为本发明的系统运作流程图。

附图5为实施例中机动车或行人到门禁距离为5m时的液体变焦相机仿真图。

附图6为实施例中机动车或行人到门禁距离为1m时的液体变焦相机仿真图。

上述各附图中的图示标号为：

(1)测距模组、(2)图像处理模组、(3)驱动控制模组、(4)语音提示模组、(5)门禁电机、(6)闸门、(7)液体变焦相机、(8)固体透镜组、(9)液体透镜组、(10)图像传感器。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有完全按比例绘制。

五、具体实施方式

下面详细说明本发明提出的一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本实施例中的一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统包括液体变焦相机、测距模组、驱动控制模组、图像处理模组、语音提示模组、门禁电机和闸门。其中，液体变焦相机由两个固体透镜组、一个液体透镜组和一个CCD图像传感器组成，其功能是拍摄机动车车牌及行人影像；测距模组的功能是实时测量机动车或行人到闸门的距离；驱动控制模组的功能是控制液体变焦相机实现动态调焦；图像处理模组的功能是对机动车车牌和行人图像进行处理、识别和比对；语音提示模组的功能是对机动车和行人进行语音提示；门禁电机的功能是控制闸门。

液体变焦相机中，第一个固体透镜组为三片固体透镜组成，透镜组总焦距范围介于80mm至100mm之间；第二个固体透镜组为两片固体透镜组成，透镜组焦距范围介于12mm至20mm之间；液体透镜组由三片4mm孔径电润湿液体透镜组成；CCD的对角线尺寸为2/3英寸。

当机动车或行人距离门禁系统5m时，液体变焦相机的光学仿真如附图5所示，三片液体透镜的驱动电压分别为42.8V、40.5V和44.9V，曲率半径分别为-131.02mm、113.13mm和-45.85mm，该组态下机动车或行人能够在图像传感器上清晰成像，物高230mm处对应系统放大率为0.0039。图像处理模组对采集的图像进行处理、识别和比对，并做出相应决断，向语音提示模组和门禁电机发送相应控制信号。

当机动车或行人距离门禁系统1m时，液体变焦相机的光学仿真如附图6所示，三片液体透镜的驱动电压分别为44.8V、48.6V和39.9V，曲率半径分别为-47.41mm、-29.32mm和56.27mm，该组态下机动车或行人能够在图像传感器上清晰成像，物高230mm处对应系统放大率为0.0198。图像处理模组对采集的图像进行处理、识别和比对，并做出相应决断，向语音提示模组和门禁电机发送相应控制信号。

Claims

1.一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统，该系统包括液体变焦相机、测距模组、驱动控制模组、图像处理模组、语音提示模组、门禁电机和闸门；其中，液体变焦相机由固体透镜组、液体透镜组和图像传感器组成，其功能是拍摄机动车车牌及行人影像；测距模组的功能是实时测量机动车或行人到闸门的距离；驱动控制模组的功能是控制液体变焦相机中液体透镜的界面曲率，实现动态调焦；图像处理模组的功能是对机动车车牌或行人图像进行处理、识别和比对；语音提示模组的功能是对机动车或行人进行语音提示；门禁电机的功能是控制闸门。

2.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统，其特征在于，初始状态下，驱动控制模组会预设一组初始驱动值驱动液体变焦相机工作，可以实现远距离的监控；当机动车或行人向闸门靠近时，驱动控制模组依据测距模组测得数据向液体变焦相机输入对应驱动值，改变液体变焦相机中液体透镜的界面曲率，实现焦距调控，图像处理模组对图像传感器采集到的车牌图片或行人图片进行第一轮处理，同时与系统数据库比对，若比对成功，则向门禁电机发送信号，闸门开启，若比对失败，则语音提示模组发出减速语音提示；当机动车或行人继续向闸门靠近时，驱动控制模组依据测距模组测得数据向液体变焦相机输入对应驱动值，实现变焦以缩短拍摄距离并扩大拍摄视场，图像处理模组再次对图像传感器采集到的车牌图片或行人图片进行第二轮处理，并与系统数据库比对，若第一轮、第二轮均比对成功，则闸门保持开启状态，机动车或行人不用停留便可以通过闸门，如若第一轮比对失败、第二轮比对成功，则闸门立即开启，以便机动车或行人安全通过，若第一轮比对成功、第二轮比对失败，则语音提示模组发出急停警告。

3.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统，其特征在于，若图像采集处理有误或者机动车、行人移动速度过快导致图像捕捉失败，系统可依据测距模组时序测量信号实时调节液体变焦相机的拍摄距离以便进行新一轮采集和比对，无需机动车、行人停止或倒退。

4.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统，其特征在于，测距模组采用激光测距、超声波测距或红外测距，其响应时间t₁小于变焦相机调焦时间t₂。

5.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统，其特征在于，图像传感器采用CCD或CMOS。

6.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统，其特征在于，液体变焦相机中的液体透镜通过外驱动改变界面曲率，实现自动变焦，液体透镜类型是电润湿驱动液体透镜、介电泳力驱动液体透镜、机械马达驱动的弹性薄膜液体透镜、磁控液体透镜或电子肌肉驱动的液体透镜。

7.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统，其特征在于，驱动控制模组是直流电压驱动模组、交流电压驱动模组、液压驱动模组、热压驱动模组或电磁驱动模组。

8.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统，其特征在于，液体变焦相机中液体透镜组的组数A≥1，固体透镜组的组数B≥0；单个液体透镜组中液体透镜的个数M≥1，单个固体透镜组中固体透镜个数Q≥1。

9.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能门禁识别系统，其特征在于，液体变焦相机物面视场大于通用机动车车牌或行人头部长度，物面视场H≥460mm。