[發明專利]一種基于人臉識別的機車警惕裝置的實現方法

在審

• 申請號: 202011109128.3
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112381871A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 胡軍;劉洪量;張云偉;賈軍昊;羅搏一
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G06T7/62
• 分類號: G06T7/62;G06T5/00;G06K9/00;G08B21/06
• 代理公司: 武漢維創品智專利代理事務所(特殊普通合伙) 42239
• 代理人: 余麗霞

1.一種基于人臉識別的機車警惕裝置的實現方法，其特征在于：包括電腦主機、5G模塊、廣角攝像頭、全角攝像頭、語音報警器、解除報警按鈕，電腦主機、5G模塊安裝在機車操縱臺下方，5G模塊用于建立電腦主機與鐵路系統服務器之間的通訊，電腦主機通過5G技術訪問鐵路系統服務器，廣角攝像頭、全角攝像頭、語音報警器、解除報警按鈕安裝在機車操縱臺上，廣角攝像頭用于采集司機人臉圖像信息，并將采集到的圖像發送至電腦主機進行人臉識別，并定位司機人眼所在位置，全角攝像頭用于采集司機人眼虹膜圖像信息，并發送至電腦主機，由電腦主機根據計算后的人眼位置調整全角攝像頭對準司機人眼進行紅膜圖像采集，在電腦主機中計算虹膜的面積，當識別到虹膜面積低于司機打卡時虹膜面積的80％且保持5秒時，電腦主機控制語音報警器發出報警信息，由司機手動按下解除報警按鈕解除報警。

2.根據權利要求1所述的基于人臉識別的機車警惕裝置的實現方法，其特征在于：所述電腦主機與列車中央控制系統電性連接，與鐵路系統服務器之間通過5G網絡進行無線連接，列車司機駕駛列車前需要打卡簽到，司機在打卡考勤系統中被采集到的圖片及對應駕駛車次發送至鐵路系統服務器，在鐵路系統服務器中通過5G網絡發送至電腦主機，電腦主機根據識別后的結果與鐵路系統服務器傳來的圖片進行對比，兩張圖片識別結果一致后，由全角攝像頭對司機虹膜進行采集，并在電腦主機中識別司機正常情況下的虹膜面積，接著司機即可對列車進行操作，電腦主機將識別后的司機虹膜面積信息及其保持的時間發送至列車中央控制系統，當電腦主機計算出虹膜面積僅有正常情況下的80％且保持5秒時，當持續時間超過10秒時，中央控制系統便會控制列車采取制動措施，直至列車停止。

3.根據權利要求1所述的基于人臉識別的機車警惕裝置的實現方法，其特征在于：判斷司機是否處于清醒狀態駕駛列車的方案包括人臉識別、人眼定位、虹膜識別、虹膜面積計算步驟。

4.根據權利要求3所述的基于人臉識別的機車警惕裝置的實現方法，其特征在于：人臉識別包括以下步驟：①人臉圖像采集：由廣角攝像頭對司機人臉進行拍攝采集圖片，并將采集到的圖片發送至電腦主機；②圖像預處理：先對采集到的人臉圖像進行灰度化處理，減少運算量，再采用二維中值濾波方法對灰度化后的圖片進行濾波去噪處理，減少噪聲對圖片的干擾；③人臉檢測:以人臉顏色為紋理特征，采用顏色直方圖算法識別出人臉所在位置。

5.根據權利要求3所述的基于人臉識別的機車警惕裝置的實現方法，其特征在于：人眼定位包括以下步驟：通過眼睛關鍵點定位來確定人眼位置，采用卷積神經網絡在人臉圖像上檢測眼睛關鍵點，并以此得到眼睛區域圖像，自動提取眼睛中心點的特征信息，關鍵點定位網絡包含3個卷積層，3個最大池化層和2個全連接層，每個卷積層后都經過Relu激活函數處理，以增加網絡的非線性映射能力，該網絡還在第三層卷積層后接了一個Dropout層，其Dropout的比例為0.5，該網絡使用帶動量的隨機梯度下降法,進行訓練，使用的損失函數為均方誤差函數其中y_i和y′_i分別代表第i個輸出的實際值與預測值，輸入像素為39×39的人臉灰度圖像，經過訓練后，網絡將得到雙眼中心點的具體坐標位置，坐標系原點為人臉圖像左上角，二軸水平向右，y軸水平向下，4個輸出值依次為左眼中心點的橫縱坐標值和右眼中心點的橫縱坐標值，然后以寬為12個像素點、高為6個像素點確定雙眼中心點坐標周圍的矩形區域作為眼睛區域，最后根據坐標關系將其反投影到原始大小的人臉圖像上，即可得到實際大小的眼睛圖像。

6.根據權利要求3所述的基于人臉識別的機車警惕裝置的實現方法，其特征在于：虹膜識別包括以下步驟：采用融合多方向局部二值模式與穩定特征的算法進行虹膜識別，采用中值濾波處理算法將存在光照及噪聲干擾的小穩定狀態的虹膜圖像中提取足量的虹膜內部特征點作為有效虹膜信息，進而形成虹膜的特征圖像，再采用多方向局部二值模式來提取特征向量，降低特征圖像的維度，得出虹膜圖像的整體空間信息。

7.根據權利要求3所述的基于人臉識別的機車警惕裝置的實現方法，其特征在于：虹膜面積計算包括以下步驟：虹膜的像素值與眼眶的像素值不相同，所以采用像素積分投影法計算虹膜的面積，司機疲憊時眼皮會大面積的覆蓋掉虹膜，使得虹膜面積減少，虹膜面積計算方法為：

令I(x,y)代表圖像點(x,y)處的像素值，x₁，x₂為水平方向上的取值，定義在[x₁,x₂]上的積分投影函數H[x₁,x₂]，其中x₁,x₂∈[0,M]，

同理定義y₁，y₂為豎直方向上的取值，在[y₁,y₂]上的積分投影函數V[y₁,y₂]，其中y₁,y₂∈[0,N].

由(1)式和(2)式聯合起來計算出虹膜的面積為：