CN112907791A - 一种基于rfid精准识别和人脸识别技术的智能钥匙柜系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于RFID精准识别和人脸识别技术的智能钥匙柜系统，包括：钥匙端，其能够以RFID形式标识钥匙的编码信息并通过应答反馈机制以确定钥匙的使用是否合法；用户端，其包括：第一图像采集单元、第一控制单元、第一显示单元以及第一应答反馈单元；智能钥匙柜，包括：第二图像采集单元、第二控制单元、第二显示单元以及第二通信单元；以及作为控制中心的上位机。本发明基于射频识别技术、通信技术、图像处理技术等对钥匙进行科学化管理，不但能够提高工作效率，方便追踪钥匙的走向、易于监管，且具有较高安全性。

Description

一种基于RFID精准识别和人脸识别技术的智能钥匙柜系统
技术领域
本发明涉及公交场站技术领域，尤其涉及一种基于RFID精准识别和人脸识别技术的智能钥匙柜系统。
背景技术
传统的公交系统的电子钥匙柜只有大门有一把锁，只要打开了大门，可以任意取还柜门里面的所有钥匙，会造成钥匙的管理的混乱，带来了诸多安全隐患；且传统的电子钥匙柜每个钥匙孔位只能放置一把固定的钥匙，采用认为写便签的方式来识别当前孔位的钥匙信息，该方案复杂而且容易出错，一旦要更换钥匙信息，非常麻烦需要拆开便签重新写入便签；这样不仅会出现监管混乱，任何人都能够取拿钥匙；而且不能够有效地监管公交车驾驶过程中是否存在违规驾驶等违法行为。
发明内容
基于此，为解决现有技术所存在的不足，特提出了一种基于RFID精准识别和人脸识别技术的智能钥匙柜系统。
为了实现上述目的，所述方案为：
一种基于RFID精准识别和人脸识别技术的智能钥匙柜系统，包括：
钥匙端，其以钥匙链形式悬挂在钥匙侧，其能够以RFID形式标识钥匙的编码信息并通过内置的第二应答反馈单元与用户端的第一应答反馈单元在给定范围内，与所述第一应答反馈单元周期性进行应答通信以建立对应的应答反馈机制以确定钥匙的使用是否合法；
用户端，其为自由自动端，携带在公交司机侧，其包括：第一图像采集单元、第一控制单元、第一显示单元以及第一应答反馈单元；其中，所述第一图像采集单元，用于定时采集用户的面部特征；第一控制单元，用于将采集的面部特征与内部预设的标准特征进行比对以确定是否为合法用户；同时基于第一应答反馈单元的反馈信息确认钥匙使用过程是否合法且若不合法则向上位机报警；第一显示单元，用于实时向用户反馈上位机下发的信息以及第一控制单元下发的用户合法身份信息；第一应答反馈单元，用于钥匙端建立一一对应的应答机制，即确定该钥匙端与用户身份是匹配的；
智能钥匙柜，该柜设置若干分隔层，以为每一钥匙单独设置钥匙存储空间，该柜还包括：第二图像采集单元、第二控制单元、第二显示单元以及第二通信单元；其中，所述第二图像采集单元，用于按照用户所输入的用户需求采集用户的面部特征数据和体态特征数据；所述第二控制单元，用于按预设的钥匙管理机制进行钥匙的下发/归还/权限修改操作；所述第二显示单元，用于实时显示用户身份信息、权限信息以及柜内每一未被下发的钥匙的编码信息；所述第二通信单元用于实时与用户端以及上位机进行通信；
以及作为控制中心的上位机。
进一步的，所述钥匙管理机制包括：首先确定用户所输入的用户需求属于钥匙下发/归还/权限修改需求的哪一种需求；其次，若确定属于钥匙下发，则通过第二图像采集单元采集用户的面部特征数据和体态特征数据，将采集的面部特征与上位机所下发的排班信息对应的人员标准特征进行比对以确定是否为合法用户，是则进一步判断体态特征数据是否符合下发标准，是则随机生成应答密钥下发至第一应答反馈单元以及第二应答反馈单元并控制相应分隔层对应的执行机构打开柜门，否则提示操作违法；若确定属于钥匙归还，则通过第二图像采集单元采集用户的面部特征数据，将采集的面部特征通过第二通信单元上传至上位机进行存储；若确定属于权限修改，则通过第二图像采集单元采集用户的面部特征数据和体态特征数据，将采集的面部特征和体态特征数据通过第二通信单元上传至上位机进行存储并按照上位机命令将某一应答密钥下发至要求权限修改的用户对应的第一应答反馈单元。
进一步的，所述第一控制单元中将采集的面部特征与内部预设的标准特征进行比对以确定是否为合法用户的过程所对应的比对模型为：
Figure BDA0002951157490000021
其中，I为采集到的人脸图像，n表示特征采样点个数，
Figure BDA0002951157490000022
为采样点t的特征匹配函数，W为对应线性回归矩阵，ω为给定的权重。
进一步的，所述用户端还包括第一通信单元以及第一报警单元，该第一通信单元用于将第一图像采集单元所采集到的用户图像数据发送到上位机进行备份存储并实时接收上位机下发的数据；该第一报警单元用于通过第一通信单元向上位机反馈报警信息。
进一步的，第二控制单元中合法用户的面部识别的过程所对应的比对模型与所述第一控制单元中所采用的比对模型一致：判断体态特征数据是否符合下发标准对应的计算模型为：
Figure BDA0002951157490000031
其中，∝i，∝j分别表示在采集图像中以横坐标轴为轴随机取样用户的面部特征点和以纵坐标轴为轴随机取样用户的面部特征点，yi分别表示在采集图像中横坐标轴为轴的面部特征点中脸颊的特征点，yj分别表示在采集图像中纵坐标轴为轴的所有面部特征点中脸颊的特征点，xi分别表示在采集图像中横坐标轴为轴的面部特征点中眼睛的特征点，xj分别表示在采集图像中纵坐标轴为轴的面部特征点中眼睛的特征点，b为规定阈值。
进一步的，所述智能钥匙柜还包括功能选择按键单元，其用于为用户为用户提供取钥匙/还钥匙/修改权限的功能选择服务。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
本发明基于射频识别技术、通信技术、图像处理技术等对钥匙进行科学化管理，不但能够提高工作效率，方便追踪钥匙的走向、易于监管，且具有较高安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一个实施例中所述智能钥匙柜系统的结构示意图；
图2为一个实施例中所述智能钥匙柜系统的柜体结构示意图；
图3为一个实施例中所述智能钥匙柜端的初始化流程示意图；
图4为一个实施例中所述智能钥匙柜端的本地更新流程示意图；
图5为一个实施例中所述第二控制单元的控制流程示意图。
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说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，且类似地，可将第二元件为第一元件。第一元件和第二元件两者都是元件，但其不是同一元件。
在本实施例中，特提出了一种基于RFID精准识别和人脸识别技术的智能钥匙柜系统，如图1-5所示，该系统包括若干钥匙端、若干用户端、智能钥匙柜和控制中心即上位机。
其中，所述钥匙端，其以钥匙链形式悬挂在钥匙侧，其包括RFID射频单元和第二应答反馈单元，该钥匙端能够以RFID形式标识钥匙的编码信息并通过内置的第二应答反馈单元与用户端的第一应答反馈单元在给定范围内，与所述第一应答反馈单元周期性进行应答通信以建立对应的应答反馈机制以确定钥匙的使用是否合法，即当前司机所使用的钥匙端与用户端所配置的权限是否一致，以避免出现误拿、掉包等问题出现。一些具体的实施例中，所述应答反馈机制基于智能钥匙柜下发的应答密钥建立。一些具体的实施例中，所述应答反馈机制可以采用心跳检测机制实现。
其中，所述用户端，为自由自动端，携带在公交司机侧，其包括：第一图像采集单元、第一控制单元、第一显示单元以及第一应答反馈单元；其中，所述第一图像采集单元，用于定时(周期性)采集用户的面部特征；第一控制单元，用于将采集的面部特征与内部预设的标准特征进行比对以确定是否为合法用户；同时基于第一应答反馈单元的反馈信息确认钥匙使用过程是否合法且若不合法则向上位机报警；第一显示单元，用于实时向用户反馈上位机下发的信息(警告违法操作等信息)以及第一控制单元下发的用户合法身份信息(如验证成功/司机姓名、工号等等)；第一应答反馈单元，用于钥匙端建立一一对应的应答机制，即确定该钥匙端与用户身份是匹配的；在上述方案中，每一用户端对应一位司机用户，即其内预存的标准特征即为该用户的面部特征信息，通过该方案获得下述效果：其一，以通过所述用户端与所述钥匙端建立唯一对应的应答机制来防止出现钥匙混淆，且能够有效防止钥匙遗失，遗失后也便于在短时间内发现问题；其二，定时监测司机驾驶过程是否出现中途逃班换人、或者劫持等特殊事件的发生，同时在发现问题时候及时报警。
一些具体的实施例中，所述第一图像采集单元的图像采集功能除了按照规定的周期时间进行采集的同时，还能够在第一控制单元的控制下以特殊时间的发生以触发机制进行图像采集存储过程。
一些具体的实施例中，所述第一控制单元中将采集的面部特征与内部预设的标准特征进行比对以确定是否为合法用户的过程所对应的比对模型为：
Figure BDA0002951157490000051
其中，I为采集到的人脸图像，对应的图像函数采用通用人脸模板函数即可，n表示用户的面部特征采样点个数，例如16个，包含眼睛的8个点和脸颊8个点在内等，
Figure BDA0002951157490000052
为采样点t的特征匹配函数，W为图像函数对应线性回归矩阵，ω为给定的权重，c小于给定阈值，则确定为合法用户；上述特征匹配函数可以采用现有技术中的函数，也可以采用下述对应的计算模型为
Figure BDA0002951157490000061
其中，i表示人脸图像的某一标准特征，f表示人脸图像实际提取的特征，M表示前M个最大的特征值。
一些具体的实施例中，所述用户端还包括第一通信单元以及第一报警单元，该第一通信单元用于将第一图像采集单元所采集到的用户图像数据发送到上位机进行备份存储并实时接收上位机下发的数据(除了警告违法操作外还包括应答密钥数据)；该第一报警单元用于通过第一通信单元向上位机反馈报警信息。
一些具体的实施例中，所述第一应答反馈单元通过内部预设的加解密算法对应答密钥数据进行解析并与钥匙端建立一一对应的应答机制，从而确定该钥匙端与用户身份是否匹配。
一些具体的实施例中，所述智能钥匙柜具有钥匙柜柜体，该柜体内若干独立的分隔层，为每一钥匙单独设置钥匙存储空间，且每一存储空间均独立配置一开柜门执行机构，并通过串口(如RS232)与第二控制单元进行连接；进一步的，该钥匙柜采用主柜和副柜组合方式，整体柜体采用冷板钣金工艺和喷塑工艺，每一个小柜门存放一把钥匙，通过执行机构-电磁锁的通断电进行控制柜门的开启与关闭。进一步的，智能钥匙柜系统对每把钥匙植入RFID电子身份证，用无线射频识别方式实时检测每把钥匙的使用状态，以B/S模式建立局网，由第二显示单元显示提示每把钥匙的使用状态，同步将数据上传，达到局域网内信息同步，以能及时准确的了解钥匙的使用操作状态及使用记录信息。进一步的，智能钥匙柜系统初始化过程流程是，钥匙柜整机系统启动后，第二控制单元通过CAN总线获取所有钥匙车辆自编号信息，并遍历读取每个钥匙、柜门的状态并存储，同时实时更新主界面；在使用过程中通过CAN总线下发柜门坐标号至具体柜门的执行机构开启当前坐标号的柜门，司机可以领用该钥匙。进一步的，每个柜门采用一个RFID钥匙识别模块(RFID标签，其可任意写入车辆自编号等信息；且每个柜门有一个RFID读写模块，用来读取RFID钥匙模块信息)，具体的原理为：它通过射频无线信号自动识别目标对象，并获取相关数据，由电子标签、读写器和计算机网络构成。射频识别系统以电子标签来标识物体，电子标签通过无线电波与读写器进行数据交换，读写器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把电子标签返回的数据传送到主机，主机的数据交换与管理系统负责完成电子标签数据信息的存储、管理和控制；基本工作原理是：由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置天线发射出去；读写器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线的调制器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息传送到后台主机系统进行相关处理；主机系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定做出相应的处理和控制，最终发出信号，控制读写器完成不同的读写操作。
进一步的，第二控制单元还通过第二通信单元完成用户数据初始化，即系统启动后，每隔固定的时间会向后台系统下载最新的用户列表(包括面部识别数据、和用户卡数据、已经用户类别等)以及排班计划，然后根据条件更新本地数据，以供钥匙领取、归还时身份验证使用。
一些具体的实施例中，所述智能钥匙柜还包括：第二图像采集单元、第二控制单元、第二显示单元以及第二通信单元；其中，所述第二图像采集单元，用于按照用户所输入的用户需求采集用户的面部特征数据和体态特征数据；所述第二控制单元，用于按预设的钥匙管理机制进行钥匙的下发/归还/权限修改操作；所述第二显示单元，用于实时显示用户身份信息、权限信息以及柜内每一未被下发的钥匙的编码信息；所述第二通信单元用于实时与用户端以及上位机进行通信，进一步的，所述第二显示单元为OLED显示屏，用于显示钥匙信息和柜门信息，柜门信息包括柜门开闭状态，钥匙信息包括车辆自编号内容，并且有语音提示。进一步的，第二控制单元与请求输入端连接，其内部预置钥匙管理机制，钥匙管理机制包括：首先确定用户所输入的用户需求属于钥匙下发/归还/权限修改需求的哪一种需求；其次，若确定属于钥匙下发，则通过第二图像采集单元采集用户的面部特征数据和体态特征数据，将采集的面部特征与上位机所下发的排班信息对应的人员标准特征进行比对以确定是否为合法用户，是则进一步判断体态特征数据是否符合下发标准，是则随机生成应答密钥下发至第一应答反馈单元以及第二应答反馈单元并控制相应分隔层对应的执行机构打开柜门，否则提示操作违法；若确定属于钥匙归还，则通过第二图像采集单元采集用户的面部特征数据，将采集的面部特征通过第二通信单元上传至上位机进行存储；若确定属于权限修改，则通过第二图像采集单元采集用户的面部特征数据和体态特征数据，将采集的面部特征和体态特征数据通过第二通信单元上传至上位机进行存储并按照上位机命令将某一应答密钥下发至要求权限修改的用户对应的第一应答反馈单元。进一步的，领取钥匙流程为：当用户点击领取按钮后，会弹出面部识别界面，并实时进行用户面部识别；当验证用户身份后，则进行用户身份判断，钥匙柜系统获取到用户编号后，传送给钥匙柜后台服务，判断体态特征数据符合下发标准，随机生成应答密钥下发至第一应答反馈单元以及第二应答反馈单元并控制相应分隔层对应的执行机构打开柜门，否则提示操作违法。又如，归还钥匙流程：用户点击归还按钮后，弹出面部识别界面，并实时识别用户面部特征并记录，身份验证通过后，则会进行用户角色判断，依次随机打开空置的柜门，等待归还并记录，其中默认会归还一把；且所述钥匙柜内置有RFID天线，所述钥匙设有RFID标签卡，用户归还钥匙时，所述钥匙柜通过RFID天线与所述钥匙的RFID标签卡感应进行获取所述RFID标签卡对应的钥匙ID，以确认钥匙归还成功。
进一步的，第二控制单元中合法用户的面部识别的过程所对应的比对模型与所述第一控制单元中所采用的比对模型一致：判断体态特征数据是否符合下发标准对应的计算模型为：
Figure BDA0002951157490000081
其中，∝i，∝j分别表示在采集图像中以横坐标轴为轴随机取样用户的面部特征点和以纵坐标轴为轴随机取样用户的面部特征点，yi分别表示在采集图像中横坐标轴为轴的面部特征点中脸颊的特征点，yj分别表示在采集图像中纵坐标轴为轴的所有面部特征点中脸颊的特征点，xi分别表示在采集图像中横坐标轴为轴的面部特征点中眼睛的特征点，xj分别表示在采集图像中纵坐标轴为轴的面部特征点中眼睛的特征点，b为规定阈值。
进一步的，所述第二控制单元还通过控制中心下发的排班计划确定用户权限，即使其通过判断体态特征数据审查，其也被判定为不符合下发标准，即系统实时查询出人与车对应关系，如果对应关系存在，返回对应车辆信息给第二控制单元，其推送给钥匙柜打开柜门，领取钥匙，钥匙柜后台记录钥匙领用信息，如果对应关系不存在，反馈错误信息给钥匙柜后台，后台提示用户没有排班计划。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于RFID精准识别和人脸识别技术的智能钥匙柜系统，其特征在于，包括：
钥匙端，其以钥匙链形式悬挂在钥匙侧，其能够以RFID形式标识钥匙的编码信息并通过内置的第二应答反馈单元与用户端的第一应答反馈单元在给定范围内，与所述第一应答反馈单元周期性进行应答通信以建立对应的应答反馈机制以确定钥匙的使用是否合法；
用户端，其为自由自动端，携带在公交司机侧，其包括：第一图像采集单元、第一控制单元、第一显示单元以及第一应答反馈单元；其中，所述第一图像采集单元，用于定时采集用户的面部特征；第一控制单元，用于将采集的面部特征与内部预设的标准特征进行比对以确定是否为合法用户；同时基于第一应答反馈单元的反馈信息确认钥匙使用过程是否合法且若不合法则向上位机报警；第一显示单元，用于实时向用户反馈上位机下发的信息以及第一控制单元下发的用户合法身份信息；第一应答反馈单元，用于钥匙端建立一一对应的应答机制，即确定该钥匙端与用户身份是匹配的；
智能钥匙柜，该柜设置若干分隔层，以为每一钥匙单独设置钥匙存储空间，该柜还包括：第二图像采集单元、第二控制单元、第二显示单元以及第二通信单元；其中，所述第二图像采集单元，用于按照用户所输入的用户需求采集用户的面部特征数据和体态特征数据；所述第二控制单元，用于按预设的钥匙管理机制进行钥匙的下发/归还/权限修改操作；所述第二显示单元，用于实时显示用户身份信息、权限信息以及柜内每一未被下发的钥匙的编码信息；所述第二通信单元用于实时与用户端以及上位机进行通信；
以及作为控制中心的上位机。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述钥匙管理机制包括：首先确定用户所输入的用户需求属于钥匙下发/归还/权限修改需求的哪一种需求；其次，若确定属于钥匙下发，则通过第二图像采集单元采集用户的面部特征数据和体态特征数据，将采集的面部特征与上位机所下发的排班信息对应的人员标准特征进行比对以确定是否为合法用户，是则进一步判断体态特征数据是否符合下发标准，是则随机生成应答密钥下发至第一应答反馈单元以及第二应答反馈单元并控制相应分隔层对应的执行机构打开柜门，否则提示操作违法；若确定属于钥匙归还，则通过第二图像采集单元采集用户的面部特征数据，将采集的面部特征通过第二通信单元上传至上位机进行存储；若确定属于权限修改，则通过第二图像采集单元采集用户的面部特征数据和体态特征数据，将采集的面部特征和体态特征数据通过第二通信单元上传至上位机进行存储并按照上位机命令将某一应答密钥下发至要求权限修改的用户对应的第一应答反馈单元。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一控制单元中将采集的面部特征与内部预设的标准特征进行比对以确定是否为合法用户的过程所对应的比对模型为：
Figure FDA0002951157480000021
其中，I为采集到的人脸图像，n表示特征采样点个数，
Figure FDA0002951157480000022
为采样点t的特征匹配函数，W为对应线性回归矩阵，ω为给定的权重。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用户端还包括第一通信单元以及第一报警单元，该第一通信单元用于将第一图像采集单元所采集到的用户图像数据发送到上位机进行备份存储并实时接收上位机下发的数据；该第一报警单元用于通过第一通信单元向上位机反馈报警信息。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，第二控制单元中合法用户的面部识别的过程所对应的比对模型与所述第一控制单元中所采用的比对模型一致：判断体态特征数据是否符合下发标准对应的计算模型为：
Figure FDA0002951157480000023
其中，∝i，∝j分别表示在采集图像中以横坐标轴为轴随机取样用户的面部特征点和以纵坐标轴为轴随机取样用户的面部特征点，yi分别表示在采集图像中横坐标轴为轴的面部特征点中脸颊的特征点，yj分别表示在采集图像中纵坐标轴为轴的所有面部特征点中脸颊的特征点，xi分别表示在采集图像中横坐标轴为轴的面部特征点中眼睛的特征点，xj分别表示在采集图像中纵坐标轴为轴的面部特征点中眼睛的特征点，b为规定阈值。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能钥匙柜还包括功能选择按键单元，其用于为用户为用户提供取钥匙/还钥匙/修改权限的功能选择服务。
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