具有脸部识别比对功能的高清摄像设备及监控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种具有脸部识别比对功能的高清摄像设备及监控系统，包括：高清视频采集模块、数据通信模块、高清视频压缩模块、脸部采集模块、目标人员脸部图像模板模块以及脸部特征比对模块，如果相似度超过设定的阈值，将待识别人员的脸部图像、脸部图像模板以及比对结果传送到数据通信模块。本实用新型提供的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，在高清摄像设备中完成脸部识别比对功能，而不必将大量脸部区域图像传输到中心系统进行比对，保证比对结果实时性，降低中心系统复杂度；当通信链路出现异常时，能够继续进行脸部识别比对，提高系统的可用性与数据可靠性。本实用新型提供一种包括具有脸部识别比对功能的高清摄像设备的监控系统。
【专利说明】具有脸部识别比对功能的高清摄像设备及监控系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及视频监控、视频智能分析领域，尤其涉及一种具有脸部识别比对功能的高清摄像设备及监控系统。
【背景技术】
[0002]视频监控应用在蓬勃应用发展中，高清视频摄像机等前端设备的应用也在不断扩大。在反恐维稳和加强社会安全防范的形势背景下，结合脸部识别技术在很多行业都有急迫的需求，其中一种典型应用就是公安部门对重点场所的现场人员，进行脸部图像实时采集、识别重点目标人员，当识别出相似的目标人员时实时报警，且要求目标人员库容量达到数万甚至上百万级别。
[0003]目前在少量的应用案例中，仅有很少型号的摄像设备具有脸部识别功能，主要是从视频帧中检测识别出目标人员的脸部区域，将脸部区域图像传输到网络中心应用系统，由网络中心应用系统处理、比对摄像设备采集的脸部图像。
[0004]然而传输大量脸部区域图像到网络中心应用系统需要占用大量网络带宽，而当网络出现异常时，无法传输视频码流数据与脸部区域图像，造成系统该摄像设备不可用，且影响比对实时性；同时，中心系统需要按一定比例配置比对设备，导致系统结构复杂，且不便于管理与规模扩展。
[0005]为此，有必要提供一种具有脸部识别比对功能的高清摄像设备及监控系统，在摄像设备中直接完成脸部识别比对功能，而不必将大量脸部区域图像传输到中心系统，而中心系统无需进行大量的比对处理，只需管理这些摄像设备和相关数据即可。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，在高清摄像设备中完成脸部识别比对功能，连续不断地将现场人员脸部特征与给定名单的目标人员脸部数据集的脸部特征进行实时比对，并能实时得出是否有一些非常相似目标人员出现的结果，而不必将大量脸部区域图像传输到中心系统进行比对，以提高应用的实时性；而当通信链路出现异常时，仍然可以继续进行脸部识别比对，将比对结果缓存于高清摄像设备中，当通信链路恢复后，将比对结果及相关信息传输到中心系统，从而提高了系统的可用性。
[0007]本实用新型的另一目的在于提供一种监控系统，包括至少一个具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，在高清摄像设备中完成脸部识别比对功能，降低了中心系统复杂度，使中心系统易于扩展性；如果具有脸部识别比对功能的高清摄像设备为多个时，可以对不同的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备传送不同的目标人员数据，可以根据不同的监控需求有针对性地设置监控点的监测对象，使得不同的监测点只比对相关的目标人员数据，从而提高了监测系统的效率。
[0008]本实用新型提供一种具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，包括:
[0009]高清视频采集模块，用于高清视频图像的数字化采集；
[0010]数据通信模块，用于具有脸部识别比对功能的高清摄像设备与中心系统之间的数据传输；
[0011]高清视频压缩模块，用于对高清视频图像进行压缩编码，获得视频码流数据，并传送到数据通信模块；
[0012]脸部采集模块，用于从未经压缩处理的高清视频图像的连续帧中检测识别待识别人员的脸部图像及区域位置；
[0013]目标人员脸部图像模板模块，用于存储目标人员的归一化脸部图像及脸部图像模板；
[0014]脸部特征比对模块，用于根据待识别人员的脸部区域图像生成待识别人员的脸部图像模板，并进行待识别人员的脸部图像模板与目标人员的脸部图像模板的比对，如果相似度超过设定的阈值，将待识别人员的脸部图像、脸部图像模板与比对结果传送到数据通信模块；
[0015]高清视频采集模块、脸部采集模块、脸部特征比对模块与数据通信模块依次连接，高清视频压缩模块分别与高清视频采集模块与数据通信模块连接，目标人员脸部图像模板模块分别与数据通信模块与脸部特征比对模块连接。
[0016]本实用新型提供的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，在高清摄像设备中完成脸部识别比对功能，而不必将大量脸部区域图像传输到中心系统，能够实时进行脸部识别比对，而不必将大量脸部区域图像传输到中心系统进行比对，提高了实时性，同时减小对网络带宽的占用。
[0017]脸部采集模块从未经压缩处理的高清视频图像的连续帧中，检测识别待识别人员的脸部图像及区域位置，避免因压缩处理带来的图像质量损失，能够获取清晰的人脸图像。
[0018]进一步地，数据通信模块接收中心系统发送的目标人员的脸部图像模板，向中心系统发送脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像模板、比对结果以及高清视频压缩模块传送的视频码流数据。
[0019]进一步地，比对结果还包括目标人员的身份标识以及待识别人员出现的时间位置信息。
[0020]比对结果中还提供目标人员的身份标识，便于后续处理；同时提供待识别人员出现的时间位置信息，便于跟踪待识别人员的行动轨迹，这里的位置信息，是指高清摄像设备的安装位置。
[0021]进一步地，待识别人员的脸部图像为聚类脸部图像数据。
[0022]本实用新型提供的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，采用聚类脸部图像数据，对某一时段内连续检测到的同一个体的人脸图像进行聚类处理，即将同一人的人脸图像归为一类，并根据人脸姿态的正面程度、图像清晰度、光照等图像质量评价因素从属于同一类的人脸图像中优选出1-2帧人脸图像，进行比对，可以降低高清摄像设备以及整个系统中进行比对、存储、传输的负荷。
[0023]进一步地，脸部特征比对模块还包括:
[0024]脸部器官定位模块，用于对待识别人员的脸部区域图像进行脸部器官定位；
[0025]预处理与特征提取模块，用于预处理以及对脸部器官定位后的待识别人员的脸部区域图像进行特征提取；
[0026]脸部图像模板生成模块，用于根据特征提取模块提取的特征生成待识别人员的脸部图像模板；
[0027]脸部器官定位模块、预处理与特征提取模块以及脸部图像模板生成模块依次连接。
[0028]进一步地，目标人员脸部图像模板模块加密存储目标人员的脸部图像模板。
[0029]本实用新型提供的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，采用加密方式存储目标人员的脸部图像模板，防止被非法地窃取或解密访问，提高了高清摄像设备的安全性。
[0030]进一步地，数据通信模块还包括加密模块，用于对待识别人员的脸部图像模板与比对结果进行加密。
[0031]本实用新型提供的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，采用加密方式传输待识别人员的脸部图像模板与比对结果，防止在网络上被非法地窃取，进一步提高了高清摄像设备的安全性。
[0032]进一步地，数据通信模块还包括缓存模块，用于具有脸部识别比对功能的高清摄像设备与中心系统之间的通信链路出现异常时，缓存脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像模板与比对结果。
[0033]本实用新型提供的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，通信链路出现异常时，仍然可以继续进行脸部识别比对，并将脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像模板与比对结果缓存，当通信链路恢复后，将缓存的脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像模板与比对结果传送到中心系统，从而提高了可用性。
[0034]本实用新型还提供一种监控系统，包括中心系统，监控系统包括至少一个具有脸部识别比对功能的高清摄像设备。
[0035]本实用新型提供的监控系统，在具有脸部识别比对功能的高清摄像设备中完成脸部识别比对功能，而不必将大量脸部区域图像传输到中心系统，以减小对网络带宽的占用。
[0036]进一步地，具有脸部识别比对功能的高清摄像设备为多个时，每个具有脸部识别比对功能的高清摄像设备的目标人员脸部图像模板模块存储的目标人员的脸部图像模板，由中心系统单独确定。
[0037]本实用新型提供的监控系统，能够单独设定每个具有脸部识别比对功能的高清摄像设备需要进行比对的目标人员脸部图像模板，可以根据不同的监控需求有针对性地设置监控点的监测对象，使得不同的监测点只比对相关的目标人员数据，从而提高了监测系统的效率。
[0038]与现有技术相比，本实用新型提供的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备及监控系统具有以下有益效果:
[0039](I)在具有脸部识别比对功能的高清摄像设备中完成脸部识别比对功能，而不必将大量脸部区域图像传输到中心系统进行比对，以提高应用的实时性；
[0040](2)当通信链路出现异常时，仍然可以继续进行脸部识别比对，并将脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像、脸部图像模板与比对结果缓存，当通信链路恢复后，将缓存的脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像模板与比对结果传送到中心系统，从而提高了可用性；
[0041](3)中心系统无需按比例配置比对资源，系统结构简化、配置要求降低，对这种高清摄像设备的管理和规模扩展也更方便；
[0042](4)监控系统能够单独设定每个具有脸部识别比对功能的高清摄像设备需要进行比对的目标人员脸部图像模板，可以根据不同的监控需求有针对性地设置监控点的监测对象，使得不同的监测点只比对相关的目标人员数据，从而提高了监测系统的灵活性和效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1为本实用新型的一个实施例的包括具有脸部识别比对功能的高清摄像设备的监控系统的基本架构示意图。
【具体实施方式】
[0044]以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于以下实施例。
[0045]如图1所示，本实用新型的一个实施例的包括具有脸部识别比对功能的高清摄像设备的监控系统，包括具有脸部识别比对功能的高清摄像设备I与中心系统2 ;
[0046]本实施例中的监控系统可以包括多个具有脸部识别比对功能的高清摄像设备I。
[0047]具有脸部识别比对功能的高清摄像设备I包括:
[0048]高清视频采集模块11，用于高清视频图像的数字化采集；
[0049]数据通信模块16，用于具有脸部识别比对功能的高清摄像设备I与中心系统2之间的数据传输；
[0050]高清视频压缩模块12，用于对高清视频图像进行压缩编码，获得视频码流数据，并传送到数据通信模块；
[0051]脸部采集模块13，用于从未经压缩处理的高清视频图像的连续帧中检测识别待识别人员的脸部图像及区域位置；
[0052]目标人员脸部图像模板模块15，用于存储目标人员的归一化脸部图像及脸部图像模板；
[0053]脸部特征比对模块14，用于根据待识别人员的脸部区域图像生成待识别人员的脸部图像模板，并进行待识别人员的脸部图像模板与目标人员的脸部图像模板的比对，如果相似度超过设定的阈值，将待识别人员的脸部图像、脸部图像模板与比对结果传送到数据通信模块16 ；
[0054]高清视频采集模块11、脸部采集模块13、脸部特征比对模块14与数据通信模块16依次连接，高清视频压缩模块12分别与高清视频采集模块11与数据通信模块16连接，目标人员脸部数据模块15分别与数据通信模块16与脸部特征比对模块14连接。
[0055]高清视频采集模块11，用于获取现场高清视频连续帧图像，包括高清(XD/CM0S图像传感器与高清镜头。
[0056]高清视频采集模块11也可以采用与目前市场上常见的高清网络摄像机类似结构的其他摄像机。
[0057]本实施例中的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备I采用视频处理Soc芯片进行视频相关处理，一般需要考虑配置多核CPU、高性能DSP等核心处理部件，并有配置大内存，以保证高清视频采集、压缩功能的运行及数据缓存需求，另外需至少4-8GB甚至更多内存用于脸部数据采集和比对的运行及缓存、目标人员数据暂存等。
[0058]本实施例中采用目前市场上能满足处理资源需要的视频处理Soc芯片(或FPGA+DSP)，比较典型的多是ARM+DSP的多核架构，例如Ti DM81xx。今后还可选用可能更合适的新型Soc芯片。
[0059]高清视频编码模块12，用于压缩高清视频连续帧图像成码流，包含在视频处理Soc芯片中，为视频处理Soc芯片的一个子模块。
[0060]高清视频编码模块12可以通过硬件加速模块实现，也可以通过DSP软件实现。
[0061]本实施例中，高清视频编码模块12通过硬件实现。
[0062]高清视频编码模块12编码标准可以是H.264\H.265，也可以是我国的SVAC标准。
[0063]本实施例中，高清视频编码模块12采用H.264编码标准。
[0064]脸部采集模块13，用于从高清视频图像连续帧中检测识别人员脸部区域，通常包含在DSP软件中，为一个功能模块。
[0065]本实施例中选用的视频处理Soc芯片若包含了检测人员脸部区域的功能，可以直接使用；也可以在DSP软件中自行实现。
[0066]当待识别人员出现在监控视频中时，通常会出现在多个视频连续帧中，如果对同一个待识别人员在每个视频连续帧中的脸部图像都进行处理，会占用大量的计算、存储及传输资源，因此将每个待识别人员的脸部图像归为一类，并根据人脸姿态的正面程度、图像清晰度、光照等图像质量评价因素从属于同一类的人脸图像中优选出1-2帧人脸图像，进行比对，可以降低高清摄像设备以及整个系统中进行比对、存储、传输的负荷。
[0067]目标人员脸部图像模板模块15，用于存储目标人员的脸部图像模板，供脸部特征比对模块14进行比对。目标人员脸部图像模板模块15包含在DSP软件中，为一个功能模块。
[0068]每条目标人员的脸部图像数据包括身份标识、目标人员脸部图像以及目标人员脸部图像模板，数据条数可以根据监控现场的具体情况设置，为适合安防、反恐中通过脸部识别出黑名单人员的典型应用，可达数万甚至上百万条。这些由数据中心系统传送过来。目标人员脸部图像模板模块15加密存储目标人员的脸部图像模板，采用加密方式存储目标人员的脸部图像模板，防止被非法地窃取或解密访问，提高了高清摄像设备的安全性。
[0069]当接收到新的目标人员的脸部图像模板数据时，更新本地数据，并“告知”脸部特征比对模块14刷新相关数据。
[0070]脸部特征比对模块14，用于对采集的脸部区域图像进行脸部器官定位、预处理、特征图像提取、特征图像建模生成待识别人员的脸部图像模板，然后将待识别人员的脸部图像模板与给定的目标人员的脸部图像模板进行比对，并将比对结果中非常相似的传送到数据通信模块16发送。
[0071]脸部特征比对模块14，通常包含在DSP软件中，为一个功能模块。
[0072]脸部特征比对模块14还包括依次连接的脸部器官定位模块、预处理与特征提取模块以及脸部图像模板生成模块。
[0073]脸部器官定位模块，用于对待识别人员的脸部区域图像进行脸部器官定位，一般是通过相关算法搜索、识别、确定主要器官如眼睛、鼻子、嘴等的精确位置。
[0074]预处理与特征提取模块，用于预处理以及对脸部器官定位后的待识别人员的脸部区域图像进行特征提取，按器官位置去截取脸部区域图像，并进行光照、角度、灰度变换、尺寸等预处理变换。
[0075]脸部图像模板生成模块，用于根据特征提取模块提取的特征生成待识别人员的脸部图像模板，按优选的算法对脸部特征图像进行变换处理，得到脸部图像模板(数据量常见为1-10KB左右)。
[0076]数据通信模块16，用于通过通信链路与中心系统进行数据传输，接收中心系统发送的目标人员的脸部图像模板，并传送到目标人员脸部图像模板模块15 ;向中心系统发送脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像模板、比对结果以及高清视频压缩模块传送的视频码流数据。
[0077]数据通信模块16包含在DSP软件中，为一个功能模块，驱动Soc芯片中的网络通信单元。
[0078]数据通信模块16还包括加密模块，用于对待识别人员的脸部图像模板与比对结果进行加密，采用加密方式传输待识别人员的脸部图像模板与比对结果，防止在网络上被非法地窃取，进一步提高了高清摄像设备的安全性。
[0079]数据通信模块16还包括缓存模块，用于具有脸部识别比对功能的高清摄像设备与中心系统之间的通信链路出现异常时，缓存脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像模板与比对结果。
[0080]当通信链路出现异常时，本实施例中的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备仍然可以继续进行脸部识别比对，并将脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像模板与比对结果缓存，当通信链路恢复后，将缓存的脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像模板与比对结果传送到中心系统，从而提高了可用性。
[0081]具有脸部识别比对功能的高清摄像设备I为多个时，每个具有脸部识别比对功能的高清摄像设备I的目标人员脸部图像模板模块15存储的目标人员的脸部图像模板，由中心系统单独确定。单独设定每个具有脸部识别比对功能的高清摄像设备需要进行比对的目标人员脸部图像模板，可以根据不同的监控需求有针对性地设置监控点的监测对象，使得不同的监测点只比对相关的目标人员数据，从而提高了监测系统的效率。
[0082]本实施例的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备一般处于现场的前端，中心系统2 —般是处于后台；前端可能有多个，分散设置于不同的地点，通过通信链路，与后台保持通信连接。将“聚类”脸部图像、非常相似的脸部比对结果、高清视频码流等传送到后台中心进一步处理，例如将脸部图像存储，可供以后查询调看，也可用于事后比对检索，对于非常相似的脸部比对结果可以对操作人员进行报警提示。
[0083]本实用新型提供的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备及监控系统，在具有脸部识别比对功能的高清摄像设备中完成脸部识别比对功能，而不必将大量脸部区域图像传输到中心系统进行比对，保证脸部特征比对的实时性和可靠性；当通信链路出现异常时，仍然可以继续进行脸部识别比对，并将脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像模板与比对结果缓存，当通信链路恢复后，将缓存的脸部特征比对模块传送的待识别人员的脸部图像模板与比对结果传送到中心系统，从而提高了可用性；监控系统不用配置脸部特征比对的处理资源，只需管理好本实用新型提供的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备和相关的数据，从而显著降低系统复杂度，同时便于系统扩展；监控系统能够单独设定每个具有脸部识别比对功能的高清摄像设备需要进行比对的目标人员脸部图像模板，可以根据不同的监控需求有针对性地设置监控点的监测对象，使得不同的监测点只比对相关的目标人员数据，从而提高了监测系统的业务灵活性和效率。
[0084]以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，其特征在于，所述具有脸部识别比对功能的闻清摄像设备包括: 高清视频采集模块，用于高清视频图像的数字化采集； 数据通信模块，用于所述具有脸部识别比对功能的高清摄像设备与中心系统之间的数据传输； 高清视频压缩模块，用于对所述高清视频图像进行压缩编码，获得视频码流数据，并传送到所述数据通信模块； 脸部采集模块，用于从未经压缩处理的所述高清视频图像的连续帧中检测识别待识别人员的脸部图像及区域位置； 目标人员脸部图像模板模块，用于存储目标人员的归一化脸部图像及脸部图像模板； 脸部特征比对模块，用于根据所述待识别人员的脸部图像生成所述待识别人员的脸部图像模板，并进行所述待识别人员的脸部图像模板与所述目标人员的脸部图像模板的比对，如果相似度超过设定的阈值，将所述待识别人员的脸部图像、脸部图像模板与比对结果传送到所述数据通信模块； 所述高清视频采集模块、所述脸部采集模块、所述脸部特征比对模块与所述数据通信模块依次连接，所述高清视频压缩模块分别与所述高清视频采集模块与所述数据通信模块连接，所述目标人员脸部数据模块分别与所述数据通信模块与所述脸部特征比对模块连接。
2.如权利要求1所述的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，其特征在于，所述数据通信模块接收所述中心系统发送的所述目标人员的脸部图像模板，向所述中心系统发送所述脸部特征比对模块传送的所述待识别人员的脸部图像及脸部图像模板、所述比对结果以及高清视频压缩模块传送的所述视频码流数据。
3.如权利要求1所述的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，其特征在于，所述比对结果还包括目标人员的身份标识以及待识别人员出现的时间位置信息。
4.如权利要求1所述的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，其特征在于，所述待识别人员的脸部图像为聚类脸部图像数据。
5.如权利要求1所述的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，其特征在于，所述脸部特征比对模块还包括: 脸部器官定位模块，用于对所述待识别人员的脸部图像进行脸部器官定位； 预处理与特征提取模块，用于预处理以及对脸部器官定位后的所述待识别人员的脸部区域图像进行特征提取； 脸部图像模板生成模块，用于根据所述特征提取模块提取的特征生成所述待识别人员的脸部图像模板； 所述脸部器官定位模块、所述预处理与特征提取模块以及所述脸部图像模板生成模块依次连接。
6.如权利要求1所述的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，其特征在于，所述目标人员脸部图像模板模块加密存储所述目标人员的脸部图像模板。
7.如权利要求1所述的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，其特征在于，所述数据通信模块还包括加密模块，用于对所述待识别人员的脸部图像模板与所述比对结果进行加密。
8.如权利要求1所述的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备，其特征在于，所述数据通信模块还包括缓存模块，用于所述具有脸部识别比对功能的高清摄像设备与所述中心系统之间的通信链路出现异常时，缓存所述脸部特征比对模块传送的所述待识别人员的脸部图像模板与所述比对结果。
9.一种监控系统，包括中心系统，其特征在于，所述监控系统包括至少一个如权利要求1-8所述的具有脸部识别比对功能的高清摄像设备。
10.如权利要求9所述的监控系统，其特征在于，所述具有脸部识别比对功能的高清摄像设备为多个时，每个所述具有脸部识别比对功能的高清摄像设备的目标人员脸部图像模板模块存储的目标人员的脸部图像模板，由所述中心系统单独确定。
【文档编号】G06K9/00GK204156985SQ201420497670
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】张建军 申请人:上海智达商投资管理合伙企业(有限合伙)