一种多感知的人脸识别魔方

本发明涉及智能防疫、智慧监控、环境检测、军用设备等感知微系统技术领域，尤其涉及一种多感知的人脸识别魔方。

背景技术：

目前针对新冠肺炎的防疫现状，各大公共场所的入门安检出现大量的人工操作测温，为减少拥堵和快速安检，目前已有的测温方式一般采用机架式大型摄像头和计算机显示屏分体结构，当人快速通过时，测点捕捉移动活体分辨率较低，也存在提醒不及时和对异常情况的未做出相应的阻挡措施。

由于市面上人脸识别设备比较分立、快速测温响应慢和传感器数据传输延迟等弊端问题。

如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多感知的人脸识别魔方，现提出利用多种传感器实现多维度的感知，在不容易布线、角落且错综复杂的设备传感中，安装微小体积的“智能魔方”实现捕捉人脸信息。

本发明是通过如下措施实现的：一种多感知的人脸识别魔方，其中，包括前盖、人体测温模块、双目摄像头、zynq主控板、外围电路板、nb-lot通讯模块、外壳、输出电路板和空气质量传感器；

所述外壳一侧开设有开口，其内部具有容纳空间，所述双目摄像头、zynq主控板、外围电路板、nb-lot通讯模块、输出电路板和空气质量传感器内置在所述外壳内，所述前盖将所述外壳开口封闭；nb-lot通讯模块紧贴外围电路的后面，符合3gpp标准，具有建立和维护短消息服务sms的能力，内嵌的coap机制可以保证数据的准确性。

所述前盖上分别设有与所述双目摄像头、人体测温模块配合，且外露的观察孔和测温孔，所述前盖上还设有蜂窝状的拾音孔，所述观察孔水平设置，所述测温孔位于所述观察孔上方，所述拾音孔置于所述前盖下方；

所述人体测温模块的信息采集探头内置在所述测温孔内，所述双目摄像头的信息采集端设置在所述观察孔内；人体测温模块内置有红外ir热像仪，紧贴前盖，位于前盖中上方位置，可提供±0.1℃精度的典型目标物体温度。

所述输出电路板通过引线与扬声器连接，所述扬声器贴合在所述壳体的拾音孔内侧。

所述zynq主控板控制端分别与所述人体测温模块输出端、双目摄像头输出端、外围电路板电控驱动端、nb-lot通讯模块输出端、输出电路板输入端和空气质量传感器输出端电连接；

所述外壳内设置有与输出电路板连接的凹槽，所述输出电路板插设在凹槽内，所述输出电路板上设置有多个插接接口，所述人体测温模块、双目摄像头、zynq主控板、外围电路板、nb-lot通讯模块、空气质量传感器分别插设在输出电路板的对应插接接口上。

进一步地，所述人体测温模块、zynq主控板、输出电路板依次连接构成人体温度测量信息控制传输通道。

进一步地，所述双目摄像头、zynq主控板、输出电路板依次连接构成信息采集控制通路。

进一步地，所述人体测温模块位于前盖中上方位置，所述人体测温模块采用mlx90640传感器。

进一步地，所述双目摄像头内置两个ov5640的cmos数字图像传感器，输出最大为500万像素的图像，支持使用vga时序输出图像数据，位于人体测温模块2后面，双目摄像头镜头延伸至人体测温模块两侧。

进一步地，所述zynq主控板分别内置有ddr3存储器、xc7z020芯片、emmc存储器和qspiflash。zynq主控板位于双目摄像头后面，紧贴外围电路板上面，其内置的xc7z020芯片、ddr3存储器的尺寸为45*60mm，采用2*40pbtb连接座、十层板设置。

进一步地，所述外围电路板与zynq主控板采用fpc座连接，所述外围电路板内置有电源管理电路、rtc时钟电路、e²prom存储电路、音频解码芯片和tf卡存储电路。

进一步地，所述rtc时钟模块采用pcf8563，e2prom存储模块采用24c64，音频解码芯片采用wm8960，tf卡存储模块采用txs02612rtwr。

进一步地，所述输出电路板还包括语音功放电路和继电器光耦隔离电路；输出电路板位于中间夹层，所述语音功放电路为喇叭功放电路，以及起到转接和竖立双目摄像头的人体测温模块、外围电路板的作用。

进一步地，所述空气质量传感器对所处环境进行实时全面检测，所述空气质量传感器位于输出电路板下方，所述空气质量传感器包括二氧化碳传感器、甲醛传感器、tvoc传感器、激光粉尘pm2.5传感器、pm10颗粒物传感器、温度传感器和湿度传感器，所述空气质量传感器采用type-c接口与zynq主控板电连接；空气质量传感器实时输出七组传感器监测数据，位于输出电路板下面，出风口周围2cm之内无遮挡，进风口和出风口之间应有气流隔离，安装位置应高于地面15-20cm以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)、本发明对热插拔感知模块发送接收指令反应快、低延时，安装及收纳都做到微型化，识别率大于99.5％，nb-lot通讯模块无线网络覆盖性强，尤其在本发明中取得了很好的效果。

(2)、人体测温模块中的人体测温传感器采用远红外硅透镜，结构紧凑、测温范围宽，空气质量传感器对所处环境进行实时全面的检测，zynq主控板提供的板载资源考虑到人性化设计，双目摄像头具有自动图像控制功能，支持多种格式，所述nb-lot通讯模块基于透传云远程读取设备数据，外围电路板和输出电路板提供电源管理电路、时钟电路、继电器电路、音频电路和tf卡存储电路；本发明通过zynq平台用type-c统一接口，叠加魔方块精准控制多方位的传感器，解决了多传感器信息融合的问题，起到标准化、拓展化、微型化的作用。

(3)、利用多种传感器实现多维度的感知，在不容易布线、角落且错综复杂的设备传感中，安装微小体积的“智能魔方”实现捕捉人脸信息，同时采用type-c统一接口，接入空气质量传感器，魔方块提示环境指数、接入加速度传感器魔方块显示振动变化、接入激光传感器魔方块呈现实际距离、接入身份证阅读器魔方块可以联网公安系统，具备长期稳定可靠地采集数据、无干扰性、精度高，能广泛应用于电梯口、景区、闸机、公交车、车间、基建等场所，推动人工智能、智慧城市的进展，性能优越、安装简易，能够获取全域信息，实时远程传输，且存储与处理速率快。

(4)、本发明的多感知的人脸识别魔方性能优越、安装简易，能够获取全域信息，实时远程传输，且存储与处理速率快。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明实施例的内部结构示意图。

图2为本发明实施例的电原理结构框图。

图3为本发明实施例中zynq主控板的电路图。

图4为本发明实施例中nb-lot通讯模块电路图。

图5为本发明实施例中的电源管理电路图。

图6为本发明实施例中的空气质量传感器电路图。

图7为本发明实施例中人体测温模块电路图。

图8为本发明实施例中的输出电路板电路图。

图9为本发明实施例中语音功放电路图。

图10为本发明实施例中双目摄像头电路图。

图11为本发明实施例的通过透传云服务信息传递示意图。

图12为本发明实施例中的层叠魔方概念图。

其中，附图标记为：1、前盖；2、人体测温模块；3、双目摄像头；4、zynq主控板；5、外围电路板；6、nb-lot通讯模块；7、外壳；8、输出电路板；9、空气质量传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1至图12，本发明提供其技术方案为，一种多感知的人脸识别魔方，其中，包括前盖1、人体测温模块2、双目摄像头3、zynq主控板4、外围电路板5、nb-lot通讯模块6、外壳7、输出电路板8和空气质量传感器9；其中前盖1和外壳7整体尺寸为64*67*82mm。

所述外壳7一侧开设有开口，其内部具有容纳空间，所述双目摄像头3、zynq主控板4、外围电路板5、nb-lot通讯模块6、输出电路板8和空气质量传感器9内置在所述外壳7内，所述前盖1将所述外壳7开口封闭；nb-lot通讯模块6紧贴外围电路5的后面，符合3gpp标准，具有建立和维护短消息服务sms的能力，内嵌的coap机制可以保证数据的准确性。

所述前盖1上分别设有与所述双目摄像头3、人体测温模块2配合，且外露的观察孔和测温孔，所述前盖1上还设有蜂窝状的拾音孔，所述观察孔水平设置，所述测温孔位于所述观察孔上方，所述拾音孔置于所述前盖1下方；

所述人体测温模块2的信息采集探头内置在所述测温孔内，所述双目摄像头3的信息采集端设置在所述观察孔内；人体测温模块2内置有红外ir热像仪，紧贴前盖1，位于前盖1中上方位置，可提供±0.1℃精度的典型目标物体温度。

人体测温模块2采用mlx90640传感器，通过i²c引脚输出，支持1mhz的通讯速率。mlx90640具有32*24像素，768个测温点，测量速率最高可以达到64hz，当1hz时可以区分出0.1℃，测温范围在-40～300℃。而测温精度和成像的区域有关，靠近中间位置是±0.1～0.5℃，最外侧4个角是±2.0℃，其它区域约是±1.0℃。上电后存在5分钟的热平衡时间，温度越高，辐射功率越高，探测到的信号越强，对应的成像也就越亮，未达到热平衡时精度有所下降。

所述输出电路板8通过引线与扬声器连接，所述扬声器贴合在所述壳体7的拾音孔内侧。

所述zynq主控板4控制端分别与所述人体测温模块2输出端、双目摄像头3输出端、外围电路板5电控驱动端、nb-lot通讯模块6输出端、输出电路板8输入端和空气质量传感器9输出端电连接；

所述外壳7内设置有与输出电路板8连接的凹槽，所述输出电路板8插设在凹槽内，所述输出电路板8上设置有多个插接接口，所述人体测温模块2、双目摄像头3、zynq主控板4、外围电路板5、nb-lot通讯模块6、空气质量传感器9分别插设在输出电路板8的对应插接接口上。

优选地，所述人体测温模块2、zynq主控板4、输出电路板8依次连接构成人体温度测量信息控制传输通道。

优选地，所述双目摄像头3、zynq主控板4、输出电路板8依次连接构成信息采集控制通路。

优选地，所述人体测温模块2位于前盖1中上方位置，所述人体测温模块2采用mlx90640传感器。

优选地，所述双目摄像头3内置两个ov5640的cmos数字图像传感器，输出最大为500万像素的图像，支持使用vga时序输出图像数据，位于人体测温模块2后面，双目摄像头3镜头延伸至人体测温模块2两侧。

双目摄像头3摄像头分辨率设置为720p，即1280*720，数据帧率为30fps，工作时功率为175mw，图像数据输出格式为rgb565，双目摄像头3输入时钟频率由外部晶振24mhz提供，输出像素时钟为84mhz，采集得到的图像还进行白平衡、饱和度、色度等补偿处理。

优选地，所述zynq主控板4分别内置有ddr3存储器、xc7z020芯片、emmc存储器和qspiflash。zynq主控板4位于双目摄像头3后面，紧贴外围电路板5上面，其内置的xc7z020芯片、ddr3存储器的尺寸为45*60mm，采用2*40pbtb连接座、十层板设置。

zynq主控板4中的xc7z020芯片的io口分配pl处理系统和ps可编程逻辑两部分，其各分成3组bank。ddr3sdram的最高运行速度可达533mhz，由于ddr3为双倍数据采样，所以数据采样率可以达到30.7gbit/s。emmc存储器型号为klm8g1getf，存储容量为8gb，能够满足ps端大容量非易失性的存储需求，如存储arm应用程序、系统文件和用户数据文件。qspiflash型号为w25q256fvei，存储容量为256mbit32m字节，采用spi协议和fpga进行通信。qspiflash可用于存储zynq主控板的启动镜像数据，包括ps端的程序镜像和pl端的配置镜像，以保证zynq主控板在重新上电后仍能继续工作。

优选地，所述外围电路板5与zynq主控板4采用fpc座连接，所述外围电路板5内置有电源管理电路、rtc时钟电路、e²prom存储电路、音频解码芯片和tf卡存储电路。

外围电路板5采用pcf8563作为rtc时钟电路，用24c64作为e²prom存储模块，用wm8960作为音频解码芯片，用txs02612rtwr作为卡tf卡存储模块。

如图2所示，nb-lot通讯模块6通过自动驻网后进行coap透传，其特点是固定的收发机制、操作简单，在该模式下只需要设置服务器地址和端口号，即可实现zynq主控板串口通过nb73-ba直接发送数据到指定的coap服务器，nb-lot通讯模块6也可以直接接收来自服务器的数据并将信息转发至zynq主控板4,数据传送过程中的协议转换模块自动完成。

优选地，所述rtc时钟模块采用pcf8563，e2prom存储模块采用24c64，音频解码芯片采用wm8960，tf卡存储模块采用txs02612rtwr。

优选地，所述输出电路板8还包括语音功放电路和继电器光耦隔离电路；输出电路板8位于中间夹层，所述语音功放电路为喇叭功放电路，以及起到转接和竖立双目摄像头3的人体测温模块2、外围电路板5的作用。

继电器光耦隔离电路可以连接门磁、照明、闸机起落杆等干接点信号，语音功放电路把音频解码芯片输出的音频信号放大至10倍，连接喇叭输出，并作为目摄像头3、人体测温模块2、外围电路板5的桥接功能。

优选地，所述空气质量传感器9对所处环境进行实时全面检测，所述空气质量传感器9位于输出电路板8下方，所述空气质量传感器9包括二氧化碳传感器、甲醛传感器、tvoc传感器、激光粉尘pm2.5传感器、pm10颗粒物传感器、温度传感器和湿度传感器，所述空气质量传感器9采用type-c接口与zynq主控板4电连接；空气质量传感器9实时输出七组传感器监测数据，位于输出电路板8下面，出风口周围2cm之内无遮挡，进风口和出风口之间应有气流隔离，安装位置应高于地面15-20cm以上。

空气质量传感器9采用m702七合一模块，同时通过type-c接口每2秒自动输出二氧化碳、甲醛、tvoc、pm2.5、pm10、温度和湿度共七组数据，可以自定义通讯协议，以帧头0x3c、0x02开头，依次7个传感器的高低字节14位，校验以前16位和再取低8位为帧尾。其中，当温度的数据b13的bit7＝1时，代表是负温度，b13的bit7＝0时，代表是正温度。

多感知的人脸识别魔方利用双目摄像头3跟踪，移植seetaface2人脸识别算法，捕捉人脸特征通过检测、定位、提取训练，利用目标检测评价方法在100个误检条件下可达到超过92％的召回率，检测速度为每秒传输帧数77fps，面部关键点定位支持5点和81点定位，在1比对n+1场景下，1000人脸库通过正脸、侧脸、遮脸、远脸、纸脸自学习，首选识别率超过99％，且支持训练识别规模达3300万张，加载录入至人脸底库。同时红外测温与人型摄像数据进行匹配，开启zynq平台，从sd卡启动uboot、内核、驱动和文件系统，若判断人体温度高于37℃，语音功放电路的语音模块功能开启，此时干接点信号的动作无法控制；若未在本地或微信小程序端录入人脸的，识别未通过时也发出语音提醒。人脸识别魔方同时在所处的环境进行空气质量监测，全部的前端感知数据包括人脸检测和体温检测都向nb-lot通讯模块6无线网络传输，透传云服务实现简单灵活的信息传递，通过调用api接口向手机微信小程序提供实时数据。

层叠魔方是由一个核心系统魔方块和多个不同类型的传感器魔方节点通过type-c通信协议组合而成，整个系统由人脸识别前端感知、太阳能电池板、核心主控单元、通信模块和其他石墨烯、mems微型传感器等功能构成，感知魔方协议规定了系统应用进程之间的相互可操作性、通信方式、层次化通信服务功能的划分、信息流向及传递规则，这样可以实现类型繁多的传感器在硬件、软件、通信规程、连接方式诸方面互相兼容，互换使用。

智能感知魔方的小型化、低功耗、动态组网的特点，使其可方便并批量布置于智慧社区、基础设施和关键要路位置，实现整片区域的实时无死角、全域物理量感知，根据周边震动、气压、声波、空气质量等环境因素有助于实现故障危险预警、施工现场监控、破坏源追溯。

本发明采用seetaface2人脸识别算法、高性能zynq处理器运算、窄带物联网nb-lot技术相互融合，对“感知魔方”智能化控制与管理。红外测温通过对9-14μm波段的电磁波实现成像探测；人脸识别技术实现多目标快速识别跟踪，不仅能自动检测人脸特征，还能进行面部特征定位，在提取人脸特征后与人脸库进行自动比对；nb-lot网络透传云平台能解决“感知魔方”与手机端微信小程序之间远程相互通信；服务器端qt界面友好地实现实时人机交互。智能感知魔方系统具有标准type-c输入、输出接口和强大的扩容能力，方便与其他传感器魔方块叠加集成，可实现多传感器的信息融合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。