一种基于STM32H7处理机的头盔识别设备的制作方法

本发明涉及施工安防领域，特别是涉及一种基于stm32h7处理机的头盔识别设备。

背景技术：

安全头盔是供电作业、建筑施工作业的重要防护，合理的头盔佩戴能够有效预防安全事故。

在现有技术中，由于施工人员的安全意识薄弱，施工人员头盔佩戴常常不规范，例如头盔歪着戴；此外，当头盔损坏的情况下，也会出现头盔歪着戴的情况，这些都是施工作业中的安全隐患。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种基于stm32h7处理机的头盔识别设备，旨在对头盔的佩戴方位进行识别，对于施工人员头盔歪着戴的情况进行识别，提高施工作业安全性。

为实现上述目的，本发明提供一种基于stm32h7处理机的头盔识别设备，所述设备包括stm32h7主控制器以及通信模块；所述stm32h7主控制器通过所述通信模块与图像监控器、设置于第一用户的第一头盔上的头盔定位模块通信连接；

所述头盔定位模块包括分别设置于所述第一用户的所述第一头盔两侧耳部的左侧定位单元和右侧定位单元以及设置于所述第一头盔前额的前额定位单元；所述图像监控器分别设置于施工场地的不同位置并检测相应位置的图像信息；所述stm32h7主控制器，包括：

数据采集单元，用于采集所述头盔定位模块的位置信息；所述位置信息包括所述左侧定位单元的第一位置、所述右侧定位单元的第二位置、所述前额定位单元的第三位置以及所述头盔定位模块采集所述第一位置、所述第二位置、所述第三位置相对应第一时间戳；

头盔方位求解模块，用于根据所述第一位置(x1,y1)、所述第二位置(x2,y2)以及所述第三位置(x3,y3)，确定所述第一用户的所述第一头盔的头盔朝向方位α；所述头盔朝向方位α满足：

其中，

图像采集控制模块，用于根据所述位置信息以及所述头盔朝向方位，获取与所述位置信息及所述头盔朝向方位相对应的所述图像监控器在第一时间戳针对所述第一用户所拍摄的第一图像，获取所述图像监控器的拍摄方位角；

人脸识别模块，用于根据所述第一图像，识别所述第一图像上的所述第一头盔以及与所述第一头盔相对应的实时人脸信息；所述人脸识别模块响应于所述第一头盔未被识别到，则输出识别错误报警指令；所述人脸识别模块响应于所述第一头盔被识别到且所述实时人脸信息未被识别到，则输出第一头盔未佩戴报警指令；所述人脸识别模块响应于所述第一头盔与所述实时人脸信息均识别到，则根据所述第一图像识别所述第一用户的侧脸角度，并根据所述第一用户的所述侧脸角度以及所述拍摄方位角判断所述第一用户的人脸朝向方位；

方位比较模块，用于比较所述头盔朝向方位以及所述人脸朝向方位之间的角度是否小于第一预设值；若所述头盔朝向方位以及所述人脸朝向方位之间的角度小于第一预设值，则所述识别所述第一用户的所述第一头盔佩戴正常，并输出所述第一用户的所述第一头盔佩戴正常提醒；反之，所述输出所述第一用户的所述第一头盔佩戴异常报警指令。

在该技术方案中，通过设置在头盔上的定位模块来识别头盔佩戴的头盔朝向方位，通过图像处理识别人脸的朝向，然后再比对二者的朝向关系；当朝向相近，则佩戴合格，反之，则佩戴不合格；在该技术方案中，通过头盔的三个定位单元以及公式来求解头盔的朝向，求解简单且快速。

在一具体实施方式中，所述实时人脸信息包括在第一图像中所述第一用户的实时人脸宽长比或实时瞳距与眉唇高比；所述人脸识别模块，还包括：

库人脸获取单元，用于获取人脸库中针对所述第一用户所存储的人脸信息；所述人脸信息包括库人脸宽长比和/或库瞳距与眉唇高比；

人脸朝向方位求解单元，用于根据所述实时人脸宽长比λ1、所述库人脸宽长比λ2或根据所述实时瞳距与眉唇高比γ1、所述库瞳距与眉唇高比γ2，求解所述第一用户的所述侧脸角度θ，根据所述侧脸角度以及所述拍摄方位角求解所述人脸朝向方位β；

其中，所述人脸朝向方位所述侧脸角度θ满足：或所述k用于指示所述第一用户的脸是偏向左侧或偏向右侧；当识别所述第一用户的左侧脸大，则为k＝-1，反之则k＝1。

由于用户是竖立站的，纵向变化较小，人脸尺寸比例变化在于用户侧脸造成的；在该技术方案中，通过人脸宽长比的变化来判断人脸朝向，能够有效判断第一用户的侧脸角度，以便后续获得第一用户的人脸朝向。

在一具体实施方式中，所述第一头盔包含有id信息；所述id信息包括所述第一头盔的id号、所述第一头盔所对应的所述第一用户。

在一具体实施方式中，所述设备还包括：

头盔佩戴记录模块，记录所述第一头盔的佩戴情况；所述佩戴情况包括：记录时间戳、佩戴是否合格标识。

在一具体实施方式中，各个所述图像监控器分别设置于所述第一用户作业场所四周，所述图像监控器的设置高度为1米-4米。

在一具体实施方式中，所述图像监控器的设置高度为1.5米-2.5米。

本发明的有益效果：1)、本发明通过设置在头盔上的定位模块来识别头盔佩戴的头盔朝向方位，通过图像处理识别人脸的朝向，然后再比对二者的朝向关系；当朝向相近，则佩戴合格，反之，则佩戴不合格；2)、本发明通过头盔的三个定位单元以及公式来求解头盔的朝向，求解简单且快速。3)、由于用户是竖立站的，纵向变化较小，人脸尺寸比例变化在于用户侧脸造成的；本发明通过人脸宽长比的变化来判断人脸朝向，能够有效判断第一用户的侧脸角度，以便后续获得第一用户的人脸朝向。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于stm32h7处理机的头盔识别设备的系统框图；

图2是本发明一实施例中头盔定位单元及头盔朝向方位示意图；

图3是本发明一实施例中人脸朝向方位求解几何原理图；

图4是本发明一实施例中侧脸角度求解几何原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1-4所示，在本发明第一实施例中，提供一种基于stm32h7处理机的头盔识别设备，所述设备包括stm32h7主控制器100以及通信模块200；所述stm32h7主控制器100通过所述通信模块200与图像监控器300、设置于第一用户的第一头盔400上的头盔定位模块410通信连接；

所述头盔定位模块410包括分别设置于所述第一用户的所述第一头盔400两侧耳部的左侧定位单元411和右侧定位单元412以及设置于所述第一头盔400前额的前额定位单元413；所述图像监控器300分别设置于施工场地的不同位置并检测相应位置的图像信息；所述stm32h7主控制器100，包括：

数据采集单元101，用于采集所述头盔定位模块410的位置信息；所述位置信息包括所述左侧定位单元411的第一位置、所述右侧定位单元412的第二位置、所述前额定位单元413的第三位置以及所述头盔定位模块410采集所述第一位置、所述第二位置、所述第三位置相对应第一时间戳；

头盔方位求解模块102，用于根据所述第一位置(x1,y1)、所述第二位置(x2,y2)以及所述第三位置(x3,y3)，确定所述第一用户的所述第一头盔400的头盔朝向方位α；所述头盔朝向方位α满足：

其中，

根据图2可得：其中，

图像采集控制模块103，用于根据所述位置信息以及所述头盔朝向方位，获取与所述位置信息及所述头盔朝向方位相对应的所述图像监控器300在第一时间戳针对所述第一用户所拍摄的第一图像，获取所述图像监控器300的拍摄方位角；

值得一提的是，在第一头盔位置及朝向已知的情况下，对应的摄像头能够拍摄到头盔；此时，若正确穿戴，则必然会有人脸，同时，在未正确穿戴存在歪戴的情况下，依然也可以拍摄人脸；

人脸识别模块104，用于根据所述第一图像，识别所述第一图像上的所述第一头盔400以及与所述第一头盔400相对应的实时人脸信息；所述人脸识别模块104响应于所述第一头盔400未被识别到，则输出识别错误报警指令；所述人脸识别模块104响应于所述第一头盔400被识别到且所述实时人脸信息未被识别到，则输出第一头盔400未佩戴报警指令；所述人脸识别模块104响应于所述第一头盔400与所述实时人脸信息均识别到，则根据所述第一图像识别所述第一用户的侧脸角度，并根据所述第一用户的所述侧脸角度以及所述拍摄方位角判断所述第一用户的人脸朝向方位；

方位比较模块105，用于比较所述头盔朝向方位以及所述人脸朝向方位之间的角度是否小于第一预设值；若所述头盔朝向方位以及所述人脸朝向方位之间的角度小于第一预设值，则所述识别所述第一用户的所述第一头盔400佩戴正常，并输出所述第一用户的所述第一头盔400佩戴正常提醒；反之，所述输出所述第一用户的所述第一头盔400佩戴异常报警指令。

在本发明中，头盔的位置及朝向是通过定位单元获得，而并未采用图像处理直接识别获得，其考虑因素在于，头盔的形状趋于圆，且颜色相同，在图像处理上直接识别头盔的佩戴方位误差较大，故而采用定位单元进行确定；此外，人脸相对于头盔而言，辨识度高，人脸识别也是较为成熟的技术，通过人脸识别技术进行人脸朝向的判断较为准确，而无需在人脸上设置定位器进行朝向判断。

在本实施例中，所述实时人脸信息包括在第一图像中所述第一用户的实时人脸宽长比或实时瞳距与眉唇高比；所述人脸识别模块104，还包括：

库人脸获取单元，用于获取人脸库中针对所述第一用户所存储的人脸信息；所述人脸信息包括库人脸宽长比和/或库瞳距与眉唇高比；

人脸朝向方位求解单元，用于根据所述实时人脸宽长比λ1、所述库人脸宽长比λ2或根据所述实时瞳距与眉唇高比γ1、所述库瞳距与眉唇高比γ2，求解所述第一用户的所述侧脸角度θ，根据所述侧脸角度以及所述拍摄方位角求解所述人脸朝向方位β；

其中，所述人脸朝向方位所述侧脸角度θ满足：或所述k用于指示所述第一用户的脸是偏向左侧或偏向右侧；当识别所述第一用户的左侧脸大，则为k＝-1，反之则k＝1。

如图4中，图像监控器300针对第一用户的人脸500进行图像采集，而在第一图像上的投影人脸501与人脸500满足：的关系。在图3中，人脸500的人脸朝向也满足图3中的几何关系，并根据关系可得：人脸朝向方位

值得一提的是，当识别所述第一用户的左侧脸大(第一图像中左侧脸位于图像的右侧)，则为k＝-1；当第一用户的右侧脸大(第一图像中右侧脸位于图像的左侧)，则为k＝1；

值得一提的是，所述第一位置(x1,y1)、所述第二位置(x2,y2)以及所述第三位置(x3,y3)是在预设的水平面坐标系中的平面坐标；所述拍摄方位角为平面坐标的x轴到拍摄方向的夹角；所述侧脸角度θ为所述图像监控器300的拍摄方向的反方向到所述第一用户的人脸朝向的夹角；所述人脸朝向方位β为平面坐标的x轴到人脸朝向的夹角；所述头盔朝向方位平面坐标的x轴到头盔朝向的夹角；

在本实施例中，所述第一头盔400包含有id信息；所述id信息包括所述第一头盔400的id号、所述第一头盔400所对应的所述第一用户。

在本实施例中，所述设备还包括：

头盔佩戴记录模块，记录所述第一头盔400的佩戴情况；所述佩戴情况包括：记录时间戳、佩戴是否合格标识。

在本实施例中，各个所述图像监控器300分别设置于所述第一用户作业场所四周，所述图像监控器300的设置高度为1米-4米。

为了减少人脸长度(高度)误差，优选的，所述图像监控器300的设置高度为1.5米-2.5米。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。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发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明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实施例，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。