[發(fā)明專利]一種基于人工智能的跑步智能計(jì)時(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110304604.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113011343B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐義平;汪斌;祖慈;楊盛世;李帷韜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽一視科技有限公司
• 主分類號(hào): G06V20/40
• 分類號(hào): G06V20/40;G06V40/70;G06T1/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種基于人工智能的跑步智能計(jì)時(shí)方法，其特征是應(yīng)用于在跑道上依次均勻布置有M個(gè)攝像頭，且在跑道外側(cè)設(shè)置有身份認(rèn)證機(jī)器的場(chǎng)景中，并按如下步驟進(jìn)行：

步驟1：跑步準(zhǔn)備；

步驟1.1：計(jì)時(shí)開(kāi)始，獲取起點(diǎn)處的攝像頭的第一幀圖片，并檢測(cè)第一幀圖片中n個(gè)跑步者腳的位置，以判斷是否超出起點(diǎn)直線，若超出直線，則判斷為搶跑并終止計(jì)時(shí)，發(fā)出搶跑警告，返回步驟1，否則，繼續(xù)計(jì)時(shí)，并記錄起點(diǎn)處的第一幀時(shí)間戳t₀；

步驟2：跑步過(guò)程；

步驟2.1：定義N表示所有攝像頭中跑步者的人數(shù)，并初始化人數(shù)N＝n；

步驟2.2：跑道中的M個(gè)攝像頭對(duì)進(jìn)入自身有效區(qū)域視野范圍內(nèi)的跑步者進(jìn)行人體檢測(cè)，相應(yīng)得到跑步者的人數(shù)為p1，p2，…，pm，…，pM，其中，pm表示第m個(gè)攝像頭統(tǒng)計(jì)到的跑步者人數(shù)；同時(shí)M個(gè)攝像頭對(duì)進(jìn)入自身有效區(qū)域視野范圍內(nèi)的所有跑步者進(jìn)行人體追蹤，相應(yīng)得到在一段時(shí)間內(nèi)的跑步圖像并存儲(chǔ)，當(dāng)任意一個(gè)跑步者離開(kāi)自身有效區(qū)域視野范圍后，相應(yīng)攝像頭在所存儲(chǔ)的跑步圖像中選取時(shí)間序列的中位數(shù)圖像及其時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行保存；

步驟3：終點(diǎn)檢測(cè)；

步驟3.1：當(dāng)終點(diǎn)處的攝像頭檢測(cè)到第j個(gè)跑步者經(jīng)過(guò)終點(diǎn)處時(shí)，對(duì)第j個(gè)跑步者進(jìn)行人體軌跡跟蹤；若第j個(gè)跑步者的軌跡在跑道內(nèi)消失，且消失超過(guò)時(shí)間閾值時(shí)，則對(duì)所跟蹤的軌跡圖像丟棄，并返回步驟2.2；若第j個(gè)跑步者的軌跡為走出跑道，且走向所述身份認(rèn)證機(jī)器時(shí)，則記錄第j個(gè)跑步者從過(guò)終點(diǎn)時(shí)到所述身份認(rèn)證機(jī)器前的人體移動(dòng)軌跡；

步驟3.2：統(tǒng)計(jì)所有攝像頭所拍攝到的跑步人數(shù)為N＝p1+p2+…+pm+…+pM；

步驟4：身份認(rèn)證；

步驟4.1：采集第j個(gè)跑步者的人臉圖像并進(jìn)行人臉識(shí)別；

步驟4.1.1：使用面部特征點(diǎn)估計(jì)算法找出第j個(gè)跑步者的一張人臉圖像中的特征點(diǎn)，再將人臉圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放和錯(cuò)切，得到對(duì)齊的人臉圖像；

步驟4.1.2：對(duì)齊的人臉圖像輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，得到z個(gè)測(cè)量值并保存為第j個(gè)跑步者的人臉特征向量；

所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括：輸入模塊、特征提取模塊，輸出模塊；

所述特征提取模塊包括：三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，且每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)均包括c₁個(gè)卷積層和c₂個(gè)池化層，卷積核大小均為k₁×s₁，步長(zhǎng)均為s₁；且所述池化層均采用最大值采樣，采樣大小為s₂×s₂；

所述輸出模塊包含一個(gè)全連接層，輸出1×z；

步驟4.1.3：利用式(1)得到第j個(gè)跑步者的人臉特征向量與人臉數(shù)據(jù)庫(kù)中第k個(gè)數(shù)據(jù)的人臉特征向量的相似度cosθ_j^k：

式(1)中，A_i^j表示第j個(gè)跑步者的人臉特征向量的第i個(gè)測(cè)量值，j∈[1,n]，B_i^k表示第k個(gè)數(shù)據(jù)的人臉特征向量的第i個(gè)測(cè)量值；i∈[1,z]；

步驟4.1.4：將所述相似度cosθ_j^k與所設(shè)定的人臉閾值進(jìn)行比較，從而判斷兩者是否是同一個(gè)人；通過(guò)人臉閾值得到符合第j個(gè)跑步者的身份信息m1；

步驟4.2：采集第j個(gè)跑步者的指紋信息并進(jìn)行指紋識(shí)別；

步驟4.2.1：對(duì)第j個(gè)跑步者的指紋圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括中值濾波、歸一化、分割、二值化與細(xì)化，得到增強(qiáng)后的特征點(diǎn)圖像；

步驟4.2.2：采用Point care指數(shù)法檢測(cè)增強(qiáng)后的特征點(diǎn)圖像中的指紋特征點(diǎn)，從而得到奇異點(diǎn)和細(xì)節(jié)點(diǎn)并作為指紋特征信息進(jìn)行分類和存儲(chǔ)；

步驟4.2.3：利用式(2)計(jì)算采集到第j個(gè)跑步者的指紋特征信息與指紋庫(kù)中索引到的同一類的第f個(gè)指紋特征信息的相似度d_f^j：

式(2)中，z_j表示第j個(gè)跑步者的指紋特征信息中細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)的歐氏距離，z_f表示第f個(gè)指紋特征信息中細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)的歐氏距離；θ_j表示第j個(gè)跑步者的指紋特征信息中細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)的方向差；θ_f表示第f個(gè)指紋特征信息中細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)的方向差；o_j表示細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)的連線方向與細(xì)節(jié)點(diǎn)方向的角度差值；o_f表示第f個(gè)指紋特征信息中細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)的連線方向與細(xì)節(jié)點(diǎn)方向的角度差值；

步驟4.2.4：將所述相似度d_f^j與所設(shè)定的指紋閾值進(jìn)行比較，從而判斷兩者是否是同一個(gè)人；通過(guò)指紋閾值得到符合第j個(gè)跑步者的身份信息m2；

步驟4.2.5：判斷m1與m2是否相等，若相等，則繼續(xù)執(zhí)行步驟4.3；否則身份認(rèn)證失敗，判定成績(jī)無(wú)效，返回步驟4等待下一位跑步者進(jìn)行認(rèn)證；

步驟4.3：采集第j個(gè)跑步者的虹膜圖像并進(jìn)行虹膜識(shí)別；

步驟4.3.1：采用Hough圓檢測(cè)的方法對(duì)第j個(gè)跑步者的虹膜圖像的虹膜區(qū)域進(jìn)行定位；

步驟4.3.2：采用歸一化虹膜區(qū)域圖像的方法將虹膜區(qū)域內(nèi)的每個(gè)像素點(diǎn)變換到極坐標(biāo)系；

步驟4.3.3：通過(guò)2D-Gabor小波方法提取極坐標(biāo)系下的虹膜區(qū)域的虹膜特征；利用S個(gè)濾波器對(duì)所述虹膜特征進(jìn)行二值編碼處理，得到2×S bit的虹膜特征二值編碼；

步驟4.3.4：利用式(3)計(jì)算第j個(gè)跑步者的虹膜特征二值編碼a_j和數(shù)據(jù)庫(kù)中第l個(gè)虹膜特征二值編碼b_l之間的海明距離HD(a_j,b_l)：

式(3)中，xor指異或操作，S是虹膜特征編碼的長(zhǎng)度；a_js表示a_j中第s位的編碼值，b_ls表示b_l中第s位的編碼值；

步驟4.3.5：將所述海明距離HD(a_j,b_l)與所設(shè)定的虹膜閾值進(jìn)行比較，從而判斷兩者是否是同一個(gè)人；通過(guò)虹膜閾值得到符合第j個(gè)跑步者的身份信息m3；

步驟4.3.6：判斷m3與m2是否相等，若相等，則表示成績(jī)有效，確認(rèn)是第j個(gè)跑步者，繼續(xù)執(zhí)行步驟4.4；否則，身份認(rèn)證失敗，判定成績(jī)無(wú)效，返回步驟4等待下一位跑步者進(jìn)行認(rèn)證；

步驟4.4：根據(jù)第j個(gè)跑步者從過(guò)終點(diǎn)時(shí)到所述身份認(rèn)證機(jī)器前的人體移動(dòng)軌跡追溯回經(jīng)過(guò)終點(diǎn)處的時(shí)間戳t_j，并與起始計(jì)時(shí)時(shí)間戳t₀相減，得到第j個(gè)跑步者的跑步成績(jī)?yōu)閠_j-t₀；

步驟5：若有跑步者尚未認(rèn)證，返回步驟4繼續(xù)認(rèn)證；否則當(dāng)所有跑步者進(jìn)行成績(jī)認(rèn)定之后，對(duì)于800米跑道若統(tǒng)計(jì)數(shù)量N為9n或?qū)τ?000米跑道若統(tǒng)計(jì)數(shù)量N為11n，則該次測(cè)試無(wú)抄近道犯規(guī)，成績(jī)正常有效；否則提示存在抄近道犯規(guī)的嫌疑警告，請(qǐng)求介入處理，并由人工查看步驟2中每個(gè)攝像頭處經(jīng)過(guò)的人員記錄圖像來(lái)進(jìn)行犯規(guī)人員的確定。