一种具有遮挡检测功能的人脸识别门禁系统的制作方法

本实用新型涉及计算机视觉和模式识别领域，具体涉及一种具有遮挡检测功能的人脸识别门禁系统。

背景技术：

随着社会经济和科技的发展，门禁系统越来越多的应用到各个领域，特别是办公大楼以及涉密场所等对人员的进出更为严格。一方面，目前使用比较广泛的是钥匙、电子磁卡锁和密码锁等，但是这些工具都具有容易丢失和被复制等缺点，而人脸具有惟一性和不可复制性，因此对于门禁系统，人脸识别是一种更有发展前景的技术。另一方面，目前的人脸识别系统很容易受到遮挡物的影响，因此在识别之前都需要被识别人将脸部的围巾和眼镜等饰物摘除，特别是室外的门禁系统，在室外的人们，夏天需要戴太阳镜保护眼睛而冬天会通过戴围巾保暖，所以这给使用者带来了很多的不便，也影响了门禁系统的工作效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种具有遮挡检测功能的人脸识别门禁系统，能有效地解决门禁系统的安全问题以及因人脸遮挡给使用者带来不便的问题。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种具有遮挡检测功能的人脸识别门禁系统，包括：所述人脸识别门禁系统包括：摄像头模块6、操作系统控制模块2、遮挡检测模块3、人脸识别模块4、识别结果显示模块5、指纹登录模块7；

所述摄像头模块6，与所述操作系统控制模块2相连，用于采集人脸图像，所述人脸图像为有遮挡或者无遮挡的用户人脸图像；

所述操作系统控制模块2，与所述遮挡检测模块3相连，将所述摄像头模块6采集的人脸图像传递给所述遮挡检测模块3；

所述遮挡检测模块3，对采集的人脸图像做遮挡检测，检测人脸图像中被遮挡的部分，得到该图像中未遮挡的部分作为待识别的人脸图像，并传递给与其相连的所述人脸识别模块4；

所述人脸识别模块4，与所述操作系统控制模块2双向连接，一方面接收所述操作系统控制模块2传递过来的在人脸识别时用到的人脸字典，另一方面，向所述操作系统控制模块2传递人脸识别结果；

所述识别结果显示模块5，与所述操作系统控制模块2连接，用于将所述人脸识别模块4识别得到的身份显示出来，并控制与其相连的所述指纹登录模块7采集用户指纹；

所述指纹登录模块7，与所述操作系统控制模块2双向连接，用于采集用户的指纹，并得到人脸的身份与指纹的身份是否一致的登录结果。

进一步地，所述人脸识别门禁系统还包括人脸采集模块1，用于采集用户的无遮挡正脸图像，经过分类处理并形成显示图像，并传递给与其相连的所述操作系统控制模块2将采集的人脸图像作为字典存储起来。

进一步地，所述遮挡检测模块3利用马尔可夫随机场快速检测出人脸的遮挡区域。

进一步地，所述人脸识别模块4利用稀疏编码对人脸图像进行分类识别。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本实用新型通过遮挡检测模块，使得门禁系统可以直接采集有遮挡物的人脸图像，一方面不需要使用者额外带开门锁，另一方面免掉使用者在门外摘掉遮挡物的麻烦，很大程度上方便了门禁系统的使用者，而遮挡检测模块所使用的马尔可夫模型又进一步提高了门禁系统的效率，通过增加与使用者身份对应的指纹登录模块，阻止了通过获取他人图片的方式通过门禁系统的行为或者制作他人指纹模的方式通过门禁系统的行为，保证了门禁系统的安全性。

附图说明

图1是本实用新型公开的一种具有遮挡检测功能的人脸识别门禁系统的结构示意图；

图2是本实用新型公开的一种具有遮挡检测功能的人脸识别门禁系统的工作流程图；

图3是本实用新型中遮挡检测模块的工作流程图；

图4是本实用新型中人脸识别模块的工作流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如附图1所示，本实施例公开的一种具有遮挡检测功能的人脸识别门禁系统包括人脸采集模块1，操作系统控制模块2，遮挡检测模块3，人脸识别模块4，识别结果显示模块5，指纹登录模块7和摄像头模块6。

首先，要利用人脸采集模块1采集使用者的无遮挡正脸照，经过分类处理并形成显示图像，通过操作系统控制模块2将采集的人脸图像作为字典存储起来。摄像头模块6直接采集人脸图像，无需摘除眼镜和围巾等遮挡物，遮挡检测模块3对摄像头采集的人脸图像做遮挡检测，检测人脸中被遮挡的部分，得到该图像中未遮挡的部分作为待识别的人脸图像，识别结果显示模块5将由人脸识别模块4识别得到的身份显示出来，指纹登录模块7是在使用者的身份被识别出来以后，要求使用者输入与其身份对应的指纹，操作系统控制模块2的输出端与人脸识别模块4的输入端连接，用以传送人脸识别模块4在识别时需要的人脸字典，待识别结果出来以后再将识别结果传送至操作系统控制模块2，即操作系统控制模块2的输入端与人脸识别模块4的输出端相连，操作系统控制模块2的另外一个输入端与指纹登录模块7的输出端接连，用以得到指纹登录模块7的登录结果。

结合附图2，对本实用新型的一种具有遮挡检测功能的人脸识别门禁系统的具体工作流程做进一步的说明，具体步骤如下：

步骤一：通过人脸采集模块1的摄像头提前采集使用者的无遮挡的正脸照，完成使用者的信息录入，一方面将录入的人脸图像生成显示图像，另一方面作为人脸识别的字典，之后进入步骤二。

步骤二：使用者在进入之前，先通过门外的摄像头模块6采集人脸图像，在这个步骤中，使用者无需提前将自己的眼镜和围巾等摘除，可以直接走到摄像头前面由摄像头采集图像，并将采集的图像通过操作系统控制模块2传输到遮挡检测模块3，之后进入步骤三。

步骤三：遮挡检测，如附图3所示，利用马尔科夫随机场对所述测试人脸样本遮挡区域建模并迭代更新，使最后的计算结果收敛，得到人脸的未遮挡区域。其具体计算过程如下：

S301：假设由步骤三得到的待识别的图像为y，假设在步骤一中录入了a个人的图像，每个人有b张样本图像，即训练用的样本图像总共有n＝a×b张，每张图像的维度是m＝f×g。将每张训练样本图像由f×g转换为m×1的列向量，并生成一个标准化学习字典

S302：假设标签向量为s的每一个元素标识对应像素是否为遮挡区域的像素，其中s[j]＝0表示j元素是遮挡区域像素，而s[j]＝1表示j元素是未遮挡区域像素。s的所有元素均初始化为1；

S303：根据目前的区域标定，通过下式将标准化学习字典中的未遮挡区域以及待识别人脸样本的未遮挡区域提取出来：

A^*＝A[s^t-1＝1，：]y^*＝y[s^t-1＝1]

式中，A^*表示标准化学习字典的未遮挡区域，y^*表示待识别人脸样本的未遮挡区域，s^t-1＝1表示取目前标签向量中值为1的像素点，即取目前检测出的未遮挡区域；

S304：利用下式计算待识别人脸样本的未遮挡区域与标准化学习字典的未遮挡区域之间的相似度，并生成距离字典

D＝[d₁，d₂，...，d_n]

式中，A_i^*表示第i类训练样本图像组成的子字典的未遮挡区域，Euclidean表示求y^*和A^*之间的欧式距离，σ是一个常数，用来控制权重衰减速度；

S505：对编码系数施加局部约束，通过求解下式中的目标函数来检测人脸样本的未遮挡部分的编码系数：

式中，||·||₂表示向量的l₂范数，x表示编码系数，D表示距离字典，λ是一个平衡前后两项的正数；

S306：根据求出的编码系数和学习字典进行重构，求出对应重构图像与之间的重构误差：

S307：对标签向量s建立马尔可夫随机场模型，利用图切算法求解下式中的目标函数，更新标签向量s：

的取值如下式所述：

式中，s[i]是第i个像素的标签值，是第i个像素的重构误差值，μ是一个常数，控制不同像素之间相互作用的强度，τ是一个阈值；

S308：迭代执行S103-S107，直至算法收敛或达到最大收敛次数.

S309：待识别人脸图像合理的带遮挡区域已被检测出来，输出待识别人脸图像的未遮挡区域。之后进入步骤四。

步骤四：人脸识别，在这一步骤中，采用解l₂约束最小化的方法，其具体步骤如下：

S401：输入待识别图像未遮挡部分。

S401：通过求解下式中的目标函数对待识别人脸图像y的未遮挡区域部分进行l₂稀疏编码：

式中，||·||₂表示向量的l₂范数，x表示稀疏编码系数，θ是一个平衡前后两项的正数，表示l₂稀疏编码系数。

S402：利用求解出的稀疏编码，逐类求出该类对应的重构图像与原图像之间的重构误差：

式中，表示第i类的重构误差，A_i^*表示第i类训练样本图像组成的子字典的未遮挡区域，表示第i类的稀疏编码系数。

S403：计算的稀疏集中指数SCI并判断其值是否大于设定的阈值，若小于则该待识别人脸不属于字典中的任何一类，即非内部人员，将拒绝其进入，若大于等于阈值，则进入步骤S406

其中，k表示训练样本的类别数。

S406：根据每一类的重构误差，选择具有最小重构误差的类作为y的类别：

式中，表示第i类的重构误差，表示第i类的稀疏编码系数。

S407：输出待识别图像的身份，之后进入步骤五。

步骤五：显示并输入指纹。在步骤四的识别结果中如果识别出来的是非内部人员，则显示拒绝非内部人员进入，如果识别成功，则显示其提前录入的人脸图像，并要求其输入相应的指纹，如果指纹错误，则拒绝其进入，如果指纹正确，则门将打开允许其进入。

上述遮挡检测模块利用马尔可夫随机场对所述待识别人脸图像遮挡区域建模并迭代更新，直至最终检测完成，大大提高了检测的速度，人脸识别模块利用带局部约束的目标函数求出所述测试人脸样本未遮挡部分的局部约束编码。

本实用新型通过遮挡检测模块，使得门禁系统可以直接采集有遮挡物的人脸图像，一方面不需要使用者额外带开门锁，另一方面免掉使用者在门外摘掉遮挡物的麻烦，很大程度上方便了门禁系统的使用者，而遮挡检测模块所使用的马尔可夫模型又进一步提高了系统的效率，通过增加与使用者身份对应的指纹登录模块，阻止了通过获取他人图片的方式通过门禁系统的行为或者制作他人指纹模的方式通过门禁系统的行为，保证了门禁系统的安全性。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。