一种基于三维人脸识别的机械设备控制管理系统的制作方法

本发明涉及一种机械设备控制管理系统，尤其是涉及一种基于三维人脸识别的机械设备控制管理系统。

背景技术：

在国家安全、军事安全和公共安全领域，可靠的身份认证技术显得尤为重要。随着越来越多的移动机械设备正在广泛流行，如何有效地控制和管理移动机械设备是安全性控制的难点。

目前来看，移动机械设备面临各种安全性威胁。常见问题有以下几种：没有启动密码或权限控制；当在移动机械设备上进行敏感交易时，并没有使用双因素身份验证；无线传输没有加密；移动机械设备可能包含恶意软件；移动机械设备通常不限制互联网连接；移动机械设备可能面临未经授权的修改；通信通道没有受到很好的保护。

人脸是三维形状的，传统的二维人脸图像可以看作是三维人脸在某一方向的投影，而这个投影是易受光照、姿势等因素影响的。因此，利用二维人脸图像人脸信息进行识别效果较差，不能满足移动设备机械控制的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全性高、可靠性强、透明度高、灵活性好的基于三维人脸识别的机械设备控制管理系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于三维人脸识别的机械设备控制管理系统，包括：

人脸识别模块，读取登录者的三维人脸数据，并计算人脸特征；

权限管理模块，与人脸识别模块连接，根据人脸特征在人脸数据库中进行检索和匹配，确定登录者身份及对应权限；

数据管理模块，与权限管理模块连接，存储人脸数据库和登录者操作记录；

实时作业模块，包括多个机械设备，机械设备接收并执行登录者通过人脸识别模块发出的控制指令，并向登录者反馈其运行状态。具体包括：kincet设备接收用户的动作手势并处理这些动作，使之转为预定义指令(例如：对于移动小车，动作指令可以前进，后退，右转，左转：对于机械手臂，动作指令可以包括伸直，弯曲，倾斜45度等)。

指令发送模块属于基于kinect开发的指令控制模块。

各模块通过zigbee网络进行通信。

在人脸识别模块中，通过kinect识别人脸并读取人脸数据。

在人脸识别模块中，通过kinect执行icp算法，计算人脸特征。

所述icp算法分为以下几个步骤：

1)筛选：点集或曲面的筛选；

2)匹配：两个点集之间的点进行配对；

3)权重：给每个匹配的点对分配权重；

4)去除：去除不符合条件的点对；

5)误差度量：基于以上点对，给出每个点对的误差计算方法；

6)最小化：最小化误差度量；

7)得到人脸三维特征数据。

所述的权限管理模块中，登录者身份包括管理员和操作员，管理员登录后手动配置多种级别权限、设置多种角色，并分别将各机械设备的不同级别权限绑定至对应角色，赋予每个操作员至少一种角色，具体为：

1)管理员配置不同权限；

2)管理员设置不同角色；

3)管理员绑定不同的权限到不同的角色；

4)管理员绑定操作员到不同的角色。

所述的机械设备带有避障模块和zigbee通信模块。

所述的机械设备带有自复位功能，通过接收带有自复位信息控制指令执行该功能。例如：用4位bit来定义指令(如1111和1101)，则全部清零(0000)标识复位。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)通过对登录者进行脸部识别、查询其权限，防止非本系统使用者对机械设备进行远程操作，保证机械设备控制管理的安全性。

(2)数据管理模块存储登录者操作记录，用于操作历史数据的检索和跟踪，在事故发生后可进行历史记录查询，提高系统的可靠性。

(3)模块之间通过zigbee网络进行通信，可以实现机械设备的动态添加入网，也可将操作者与操作环境隔离，保证操作者安全。

(4)基于kinect对三维人脸进行识别，具有较高的识别准确率。

(5)在权限和角色分配中，每个操作者可对多个机械设备进行不同权限的操作，每个机械设备也可受多个操作者控制，节省了人力资源。

(6)机械设备带有避障模块和自复位功能，防止远程操作的失误、及时对远程操作功能进行恢复。

附图说明

图1为本实施例系统的结构示意图；

图2为本实施例工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示的是本发明的一种基于三维人脸识别的机械设备控制管理系统的结构示意图，其包括人脸识别管理、权限管理、历史管理、zigbee通信和实时作业管理。由一台运行windows的上位机通过zigbee来遥控多个下位机，组成机械设备控制管理系统。通信网络为自组网形式，上位机连接协调端，各个下位机连接终端，由运行在zigbee模块上的协议栈进行自组网，将信号广播出去。

人脸识别模块，借助微软kinect读取人脸数据，通过icp算法计算人脸特征值并在人脸特征数据库进行匹配检索。

权限管理模块，将登录者限划分为管理员权限和操作员权限，根据检索结果读取预定义权限的不同操作指令集。

历史管理模块，记录登录者所有操作，并提供检索与跟踪以对安全性进行监督管理。

各模块通过zigbee模块通信，zigbee模块的自组网能力可实时添加机械设备以及控制机械设备按照操作者的指令进行作业。实时作业管理，接收并执行登录人员发出的控制指令，同时反馈机械设备运行时各机械部件的状态，支持检测多人操控多个机械设备。与现有技术相比，本发明具有安全性高、可靠性强、透明度高、灵活性好等优点。

如图2所示的是本发明的整体流程图。系统启动后，将打开kinect摄像头，同时连接数据库。若数据库连接失败则退出并通知管理员；若连接成功则进入人脸识别登录界面，通过kinect进行人脸识别，与库中人脸进行比对。若连续比对失败三次则退出并呼叫管理员，若比对成功则获取登录人员的身份权限并进入相应界面。管理员在进入管理员界面前需要输入管理员密码，若密码连续错误三次则退出并等待其他管理员。若密码正确则进入管理员操作界面，此时管理员可以对新操作者进行注册并分配设备权限，或者查询历史记录，或者对机械设备进行操作。若是操作员角色则直接进入操作界面，选择可以操控的机械设备，发出权限内的操作指令。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视作本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于三维人脸识别的机械设备控制管理系统，其特征在于，包括：人脸识别模块，读取登录者的三维人脸数据，并计算人脸特征；权限管理模块，与人脸识别模块连接，根据人脸特征在人脸数据库中进行检索和匹配，确定登录者身份及对应权限；数据管理模块，与权限管理模块连接，存储人脸数据库和登录者操作记录；实时作业模块，包括多个机械设备，机械设备接收并执行登录者发出的控制指令，并向登录者反馈其运行状态。与现有技术相比，本发明具有安全性高、系统结构灵活、节省人力资源等优点。

技术研发人员：高洪皓;刘安康;方迪恺;卞敏捷
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2016.11.08
技术公布日：2018.05.25