TWM653857U - 影像辨識的門禁控制系統 - Google Patents

Abstract

一種影像辨識的門禁控制系統，包括攝像單元、測光單元、控光單元、門柵單元與控制主機；攝像單元拍攝指定區域的串流影像；測光單元接收指定區域的環境亮度；控光單元根據控制訊號將控光單元的原始狀態變更觸發狀態，調整環境亮度；門柵單元根據解鎖訊號將門柵單元的阻擋狀態變更為通行狀態；控制主機連接於攝像單元、測光單元與控光單元，控制主機偵測目標物位於指定區域時，根據環境亮度向控光單元發送控制訊號，控制主機擷取目標圖像，控制主機根據目標圖像的待識別資訊輸出解鎖訊號至門柵單元，將門柵單元的狀態變更為通行狀態。

Description

影像辨識的門禁控制系統

一種應用數位影像的電子控制系統，特別有關一種影像辨識的門禁控制系統。

在我們日常生活的各個角落，無論是公路、商店、辦公室還是住宅，都普遍安裝了監視系統，以便密切監控特定區域，確保安全。儘管這些系統提供了實時監控的便利，但人工監控成本高昂，且難免出現疏漏。

為能減少人工監控，因此導入無線射頻技術(Radio-frequency identification，RFID)。使用者或載具中搭載RFID標籤可以被讀取設備所識別。由於RFID標籤並無法確認搭載者的身份。所以惡意第三方可能通過竊取或複製的方式獲得RFID標籤。此外影像辨識技術已能有效識別特定目標，可以為安全監控提供了新的方向。然而，這些技術都面臨一個挑戰：受限於攝影範圍或影像亮度。所以需要在現場部署多個影像捕捉設備，如相機或攝像機。這些設備所獲得的影像資料。

有鑑於此，在一實施例中，所述的影像辨識的門禁控制系統，其係包括攝像單元、測光單元、控光單元、門柵單元與控制主機；攝像單元拍攝指定區域的串流影像；測光單元接收指定區域的環境亮度；控光單元，根據控制訊號將控光單元的原始狀態變更為觸發狀態，用以調整環境亮度；門柵單元，根據解鎖訊號將門柵單元的阻擋狀態變更為通行狀態；控制主機連接於攝像單元、測光單元與控光單元，控制主機偵測目標物位於指定區域時，控制主機根據環境亮度向控光單元發送控制訊號，控制主機從串流影像中擷取至少一目標圖像，目標圖像具有目標物的待識別資訊，控制主機根據待識別資訊輸出解鎖訊號至門柵單元，將門柵單元的狀態變更為通行狀態。

影像辨識的門禁控制系統更可以結合機器學習或人工智慧等領域的工具。除了可以提供人員或車輛進出時的管控，更可以提供影像辨識的精準度。

在一實施例中，控制主機包括處理單元、通訊介面與儲存單元，處理單元連接於通訊介面與儲存單元，通訊介面連接於攝像單元、測光單元、控光單元或門柵單元，儲存單元儲存影像辨識程式或目標圖像，處理單元執行影像辨識程式，用以偵測該目標物位於該指定區域中，或辨識目標圖像中的待識別資訊。

在一實施例中，更包括網路介面，網路介面連接於處理單元與遠端伺服器，處理單元通過網路介面發送警示訊號至遠端伺服器。

在一實施例中，更包括警示單元，通訊介面連接於警示單元，處理單元通過通訊介面發送警示訊號至警示單元。

在一實施例中，攝像單元設置於指定區域的指定位置，目標物位於指定區域形成空間佔比關係，處理單元判斷目標物符合空間佔比關係時擷取目標圖像並對目標圖像執行影像辨識程式，用以獲取待識別資訊。

在一實施例中，在攝像單元延伸至目標物拍攝連線上，串流影像的目標物的影像面積與指定區域的區域面積，處理單元計算區域面積與影像面積的差值。

在一實施例中，儲存單元更儲存門禁資料庫，處理單元根據待識別資訊查詢門禁資料庫，用以獲取比對結果，比對結果為合法時，處理單元輸出解鎖訊號至門柵單元。

在一實施例中，儲存單元更儲存亮度補償程式，處理單元根據環境亮度執行亮度補償程式，調整目標圖像的亮度範圍至門檻範圍。

在一實施例中，門柵單元變更為通行狀態，處理單元經過預設時間，處理單元驅動門柵單元並變更為阻擋狀態。

所述的門禁控制系統為一種以人工智能對目標物進行影像辨識與控制的處理系統，門禁控制系統可以應用在停車場或管制場域的出入口，藉以辨識目標物進出時的身份資訊。而且門禁控制系統也可以實現目標物進出的預約處理，門禁控制系統更具有彈性管控優勢。

請參考圖1所示，為一實施例的影像辨識的門禁控制系統架構圖。影像辨識的門禁控制系統(簡稱控制系統10)包括攝像單元110、測光單元120、控光單元130、門柵單元140與控制主機200。控制主機200電性連接於攝像單元110、測光單元120、控光單元130與門柵單元140。攝像單元110、測光單元120、控光單元130與門柵單元140配置於場域中，所述場域可以是但不限定為停車場、辦公大樓的出入口、社區門口、飯店、收費站或公路閘道等。

前述場域中可以設置至少一個指定區域320，每一個指定區域320則配置至少一個攝像單元110。以停車場出入口為指定區域320作為示例，可以在停車場的出入口處分別配置一攝像單元110，用以拍攝車輛的前面影像與後面影像。攝像單元110用以拍攝指定區域320的串流影像410。串流影像410可以是即時錄製，也可以是分時拍攝。攝像單元110可以採用數位攝影機或類比攝影機。控制主機200接收攝像單元110所拍攝的串流影像410。串流影像410的畫面中涵蓋指定區域320的範圍。此外，控制主機200也可以與現行的數位視訊錄影機(Digital Video Recorder，DVR)結合。由DVR主機將攝像單元110的串流影像410轉發至控制主機200。

當控制主機200偵測目標物310位於指定區域320時，控制主機200將從串流影像410中擷取至少一幀影像，並將受選的影像稱其為目標圖像420。目標物310的種類可以是人或車輛。控制主機200對目標物310與目標圖像420的其他辨識處理將於後文另述。

測光單元120用以接收指定區域320的環境亮度431。測光單元120將環境亮度431的相關資訊傳送至控制主機200。控光單元130接收控制主機200的控制訊號432，用以將控光單元130從原始狀態變更為觸發狀態。在原始狀態下的控光單元130可以不發光，或提供基本的照明亮度。在觸發狀態下，控光單元130可以發出指定亮度的光線。此外，也可以以攝像單元110作為測光單元120。

一般而言，控光單元130除了增加指定區域320的環境亮度431外，也要增加對目標物310的亮度。控光單元130的種類為補光燈、燈管、投射燈或紅外光燈。控光單元130的配置位置根據攝像單元110、指定位置與目標物310的相對位置所決定。門柵單元140接收解鎖訊號433後，門柵單元140將從阻擋狀態變更為通行狀態。當門柵單元140為阻擋狀態時，門柵單元140將禁止目標物310通過。反之，門柵單元140為通行狀態時，則目標物310可以通過門柵單元140。門柵單元140的種類可以是但不限定為直臂式柵欄機或鐵捲門。

在一些實施例中，控制主機200包括處理單元210、通訊介面220與儲存單元230，請參考圖2。處理單元210連接於通訊介面220與儲存單元230。通訊介面220可以是但不限定為BNC介面(Bayonet Neill-Concelman)、數位輸入介面(digital input)或數位輸出(digital output)介面。通訊介面220可以訊號連接於攝像單元110、測光單元120或控光單元130。例如，通訊介面220為數位輸入介面且以纜線連接於攝像單元110。

儲存單元230儲存影像辨識程式231、串流影像410或目標圖像420。當控制主機200被啟動後，處理單元210將執行影像辨識程式231。影像辨識程式231用以偵測目標物310是否位於指定區域320中，或者辨識目標圖像420中的待識別資訊。目標物310具有對應的識別用資訊，將其稱為待識別資訊。以車輛為例，待識別資訊可以是車牌、證件或無線射頻標籤。以使用者為例，則待識別資訊可以是使用者的臉部特徵或證件。

當指定區域320中存在任一物件時，影像辨識程式231將會識別該物件是否為目標物310。若影像辨識程式231判斷為目標物310，影像辨識程式231再對目標圖像420中是否存在待識別資訊進行辨識。承接前述車輛的示例，當車輛位於指定區域320時，車牌也會落於指定區域320的範圍之內。於此同時，處理單元210會先獲取環境亮度431，用以判斷指定區域320的環境亮度431是否符合拍攝的亮度。若指定區域320的環境亮度431不足時，處理單元210通過通訊介面220發送控制訊號432至控光單元130，以使控光單元130由原始狀態變更為觸發狀態，藉以調整指定區域320的環境亮度431。調整的方式可以是增加亮度、調整色溫、或是增加紅外線亮度，藉以加強車牌或其他識別特徵。

在環境亮度431符合控制主機200的要求後，控制主機200可以從串流影像410中獲取至少一目標圖像420，且每一目標圖像420均具有待識別資訊。接著，影像辨識程式231對待識別資訊進行內容的辨識。影像辨識程式231可以由機器學習或人工智慧等演算法實現。例如：K 近鄰法(k-nearest neighbors)、支持向量機(support vector machine)、決策樹(decision tree)、聚類演算法(clustering algorithm)、降維演算法(dimensionality reduction algorithm)、深度學習演算法(deep learning algorithm)、自然語言處理演算法(natural language processing algorithm)等。

影像辨識程式231從目標圖像420中獲取待識別資訊後，控制主機200根據待識別資訊產生控制訊號432。處理單元210通過通訊介面220發送解鎖訊號433至門柵單元140，使門柵單元140的狀態變更為通行狀態。在一些實施例中，在門柵單元140的狀態變更為通行狀態後，處理單元210經過預設時間將驅動門柵單元140，使門柵單元140從通行狀態變更為阻擋狀態。並將控光單元130從通行狀態變更為阻擋狀態。

在一些實施例中，儲存單元230更儲存門禁資料庫。處理單元210根據待識別資訊查詢門禁資料庫，用以獲取比對結果，比對結果為合法時，處理單元210輸出解鎖訊號433至門柵單元140。舉例來說，若目標物310的車牌為「XXX-1234」。處理單元210從門禁資料庫查找該筆車牌時，處理單元210將判斷比對結果為合法。此外，處理單元210也可以記錄目標物310的通行時間至門禁資料庫中。

在一些實施例中，控制主機200更包括網路介面240，請參考圖3。處理單元210連接於網路介面240。網路介面240可以通過區域網路或網際網路連接遠端伺服器510。當影像辨識程式231獲取待識別資訊後，若比對結果為非法，處理單元210發送警示訊號434至遠端伺服器510。承前述車牌「XXX-1234」為例，如果遠端伺服器510中不存在該筆車牌，則處理單元210將比對結果視為非法，並向遠端伺服器510發送警示訊號434，用以知會遠端伺服器510及其相關人員。

在一些實施例中，控制系統10更包括警示單元520，請參考圖4。通訊介面220連接於警示單元520。警示單元520可以是但不限定為警報器或警示燈。當控制主機200判斷比對結果為非法時，處理單元210通過通訊介面220發送警示訊號434至警示單元520，使警示單元520產生警報。

在一些實施例中，儲存單元230更儲存亮度補償程式232，請參考圖3。當目標物310位於指定區域320時，處理單元210除了可以驅動控光單元130，也可以執行亮度補償程式232。亮度補償程式232可以是支援高光補償(Highlight Compensation)、高動態範圍(High Dynamic Range)或寬動態範圍(Wide Dynamic Range)等演算法。亮度補償程式232用以調整目標圖像420的亮度分布，藉以平滑待識別資訊的位置亮度與其餘區域的亮度差異。由於目標圖像420中的亮度差異平滑，所以可以提高影像辨識程式231的辨識成功率。

在一些實施例中，攝像單元110設置於指定區域320的指定位置。進一步而言，以攝像單元110的拍攝方向直線延伸至指定區域320，將此一直線則稱為拍攝連線530，請參考圖5、圖6。在圖5中的細虛線框代表指定區域320，粗虛線為拍攝連線530。在圖6中係以攝像單元110正面拍攝目標物310的串流影像410。一般而言，拍攝連線530與指定區域320的俯視或仰視夾角可以小於25度，藉以提高待識別資訊的識別成功機率。此外，在設置多組攝像單元110時，其他的攝像單元110的指定位置可以是指定區域320的側邊或後方，藉以拍攝目標物310的其他側面的影像。

圖6的灰色區塊為目標物310的影像面積610，虛線框為串流影像410的畫面面積。在圖6中為方便識別，因此以灰色矩形圖塊為影像面積610的示意，但實際上控制主機200可以利用物件邊緣的偵測演算法繪製相應的影像面積610。在目標物310進入指定區域320後，控制主機200將會計算目標物310位於串流影像410中的影像面積610間的比例值，將此一比例值稱為空間佔比關係。當空間佔比關係大於預設門檻時，處理單元210開始從串流影像410擷取多張目標圖像420。並且影像辨識程式231從目標圖像420中獲取待識別資訊。

此外，攝像單元110延伸至指定區域的拍攝連線530上，處理單元210計算區域面積與影像面積610的比例值。所述比例值為串流影像410的目標物310的影像面積610與指定區域320的區域面積的比例。比例值可以應用在目標圖像420的車牌識別，例如車牌的區域面積大於預設門檻值時，控制主機200可以將獲取的目標圖像420進行車牌識別，進而提高識別車牌的正確率。

在一些實施例中，控制主機200可以接收遠端伺服器510的預約要求(無標號)。或者是，控制主機200連接輸入裝置，例如鍵盤、滑鼠。使用者通過輸入裝置輸入預約要求至控制主機200。預約要求具有目標物310的識別特徵與出入管制時間。例如：識別特徵可以是車牌號碼。若控制主機200接獲預約要求後，控制主機200將於所設定的出入管制時間中對指定車牌號碼開放(或禁止)通行。

所述的門禁控制系統10為一種以人工智能對目標物310進行影像辨識與控制的處理系統，門禁控制系統10可以應用在停車場或管制場域的出入口，藉以辨識目標物310進出時的身份資訊。而且門禁控制系統10也可以實現目標物310進出的預約處理，門禁控制系統10更具有彈性管控優勢。

10:控制系統 110:攝像單元 120:測光單元 130:控光單元 140:門柵單元 200:控制主機 210:處理單元 220:通訊介面 230:儲存單元 231:影像辨識程式 232:亮度補償程式 240:網路介面 310:目標物 320:指定區域 410:串流影像 420:目標圖像 431:環境亮度 432:控制訊號 433:解鎖訊號 434:警示訊號 510:遠端伺服器 520:警示單元 530:拍攝連線 610:影像面積

圖1為一實施例的影像辨識的門禁控制系統架構圖。 圖2為一實施例的控制主機的元件架構圖。 圖3為另一實施例的控制主機的元件架構圖。 圖4為另一實施例的控制主機的元件架構圖。 圖5為一實施例的攝像單元與指定區域的示意圖。 圖6為一實施例的空間佔比關係的示意圖。

10:控制系統

110:攝像單元

120:測光單元

130:控光單元

140:門柵單元

200:控制主機

210:處理單元

220:通訊介面

230:儲存單元

231:影像辨識程式

410:串流影像

420:目標圖像

431:環境亮度

432:控制訊號

433:解鎖訊號

Claims (9)

1. 一種影像辨識的門禁控制系統，包括： 一攝像單元，拍攝一指定區域的一串流影像； 一測光單元，接收該指定區域的一環境亮度； 一控光單元，根據一控制訊號將該控光單元的一原始狀態變更為一觸發狀態，用以調整該環境亮度； 一門柵單元，根據一解鎖訊號將該門柵單元由一阻擋狀態變更為一通行狀態；以及 一控制主機，連接於該攝像單元、該測光單元與該控光單元，該控制主機偵測一目標物位於該指定區域時，該控制主機根據該環境亮度向該控光單元發送該控制訊號，該控制主機從該串流影像中擷取至少一目標圖像，該目標圖像具有該目標物的一待識別資訊，該控制主機根據該待識別資訊輸出該解鎖訊號至該門柵單元，將該門柵單元的狀態變更為該通行狀態。
2. 如請求項1所述的影像辨識的門禁控制系統，其中該控制主機包括一處理單元、一通訊介面與一儲存單元，該處理單元連接於該通訊介面、該儲存單元或該門柵單元，該通訊介面連接於該攝像單元、該測光單元或該控光單元，該儲存單元儲存一影像辨識程式、該串流影像或該目標圖像，該處理單元執行該影像辨識程式，用以偵測該目標物位於該指定區域中，或辨識該目標圖像中的該待識別資訊。
3. 如請求項2所述的影像辨識的門禁控制系統，其中更包括一網路介面，該網路介面連接於該處理單元與一遠端伺服器，該處理單元通過該網路介面發送一警示訊號至該遠端伺服器。
4. 如請求項2所述的影像辨識的門禁控制系統，其中更包括一警示單元，該通訊介面連接於該警示單元，該處理單元通過該通訊介面發送一警示訊號至該警示單元。
5. 如請求項2所述的影像辨識的門禁控制系統，其中該攝像單元設置於該指定區域的一指定位置，該目標物位於該指定區域形成一空間佔比關係，該處理單元判斷該目標物符合該空間佔比關係時，該處理單元擷取該目標圖像並對該目標圖像執行該影像辨識程式，用以獲取該待識別資訊。
6. 如請求項5所述的影像辨識的門禁控制系統，其中在該攝像單元延伸至該指定區域的一拍攝連線上，該串流影像的該目標物的一影像面積與該指定區域的一區域面積，該處理單元計算該區域面積與該影像面積的比例值。
7. 如請求項2所述的影像辨識的門禁控制系統，其中該儲存單元更儲存一門禁資料庫，該處理單元根據該待識別資訊查詢該門禁資料庫，用以獲取一比對結果，該比對結果為合法時，該處理單元輸出該解鎖訊號至該門柵單元。
8. 如請求項2所述的影像辨識的門禁控制系統，其中該儲存單元更儲存一亮度補償程式，該處理單元根據該環境亮度執行該亮度補償程式，調整該目標圖像的一亮度範圍至一門檻範圍。
9. 如請求項2所述的影像辨識的門禁控制系統，其中該門柵單元變更為該通行狀態，該處理單元經過一預設時間，該處理單元驅動該門柵單元並變更為該阻擋狀態。