一种智能门禁系统及控制方法与流程

本发明实施例涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种智能门禁系统及控制方法。

背景技术：

门禁系统是对出入口通道进行管制的系统，门禁系统是实现重要部门出入口安全防范管理的有效措施，门禁系统适用各种机要部门，如银行、宾馆、车场管理、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂等。在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着较大的作用。

随着社会经济的繁荣发展，各行业人流量不断增大，如何对进入口的人流快速、精确的进行管制，以及自动、准确、方便地记录人员进出信息是门禁系统急需解决的问题。

现有的门禁系统主要通过近距离的指纹识别、人脸识别、密码验证或卡片验证等方式进行安全验证，验证条件比较苛刻，且每次只能对单个用户进行验证，门禁系统的工作效率低下。此外，频繁地对门禁系统的硬件设备，如指纹识别器进行触摸操作也大大增加了门禁系统的硬件设备损坏的可能性，提高了门禁系统的维护成本。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种智能门禁系统及控制方法，以解决现有的门禁系统的验证条件苛刻，且每次只能对单个用户进行验证，工作效率低下，以及门禁系统的硬件设备损坏率高和维护成本高的问题。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种智能门禁系统，包括：人体数据采集模块、手势识别模块、人脸识别模块和处理与控制模块；

所述人体数据采集模块，用于当至少一个用户与数据采集设备之间的距离小于或者等于预设第一距离时，通过所述数据采集设备采集得到一个或多个用户的人体数据；

所述手势识别模块，用于将一个或多个用户的人体数据中的手势数据与预存的手势模板数据进行匹配，若至少一个手势数据与预存的手势模板数据匹配，则向所述处理与控制模块发送对应的预控制信号，并向所述人脸识别模块发送人脸识别指令；

所述人脸识别模块，用于按照所述人脸识别指令，将手势数据匹配的人体数据中的人脸数据与预存的人脸模板数据进行匹配，若所述人脸数据与预存的人脸模板数据匹配，则向所述处理与控制模块发送执行指令；

所述处理与控制模块，用于按照所述执行指令执行所述预控制信号对应的操作。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种智能门禁控制方法，包括：

当至少一个用户与数据采集设备之间的距离小于或者等于预设第一距离时，通过所述数据采集设备采集得到一个或多个用户的人体数据；

将采集到的人体数据中的手势数据与预存的手势模板数据进行匹配，若至少一个手势数据与预存的手势模板数据匹配，则发送对应的预控制信号，并发送人脸识别指令；

按照所述人脸识别指令，将手势数据匹配的人体数据中的人脸数据与预存的人脸模板数据进行匹配，若所述人脸数据与预存的人脸模板数据匹配，则发送执行指令；

按照所述执行指令执行所述预控制信号对应的操作。

根据本发明实施例提供的智能门禁系统及控制方法，该智能门禁系统包括：人体数据采集模块、手势识别模块、人脸识别模块和处理与控制模块；其中，人体数据采集模块，用于当至少一个用户与数据采集设备之间的距离小于或者等于预设第一距离时，通过数据采集设备采集得到一个或多个用户的人体数据；手势识别模块，用于将采集到的人体数据中的手势数据与预存的手势模板数据进行匹配，若至少一个手势数据与预存的手势模板数据匹配，则向处理与控制模块发送对应的预控制信号，并向人脸识别模块发送人脸识别指令；人脸识别模块，用于按照人脸识别指令，将手势数据匹配的人体数据中的人脸数据与预存的人脸模板数据进行匹配，若人脸数据与预存的人脸模板数据匹配，则向处理与控制模块发送执行指令；处理与控制模块，用于按照执行指令执行预控制信号对应的操作。

本发明实施例通过人体数据采集模块采集一个或多个用户的人体数据，并利用手势识别模块和人脸识别模块对采集到的用户的人体数据进行识别，与传统的门禁系统只能对单个用户进行识别相比，提高了用户验证的效率。

本发明实施例先通过手势识别模块进行人体数据的粗略识别，再通过人脸识别模块进行人体数据的精确识别，利用两级识别方式提高了用户验证的准确率和精度。

本发明实施例在用户与数据采集设备之间的距离小于或者等于预设第一距离时即可采集人体数据，该预设第一距离可以设置为3.5米左右，与传统的门禁系统只能在用户与数据采集设备接触或者距离较近时采集人体数据相比，优化了用户的使用体验。

本发明实施例基于手势识别和人脸识别两种识别方式对用户进行验证，避免了用户直接接触门禁系统的硬件设备，如数据采集设备，降低了门禁系统的硬件设备的故障率和维修成本。

附图说明

图1是本发明实施例一的一种智能门禁系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二的一种智能门禁系统的结构示意图；

图3是本发明实施例二的一种智能门禁系统的原理图；

图4是本发明实施例三的一种智能门禁系统控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图(若干附图中相同的标号表示相同的元素)和实施例，对本发明实施例的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本领域技术人员可以理解，本发明实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

实施例一

图1示出了根据本发明实施例一的一种智能门禁系统的结构示意图。

参照图1，本实施例的智能门禁系统包括：人体数据采集模块100、手势识别模块102、人脸识别模块104和处理与控制模块106。

人体数据采集模块100，用于当至少一个用户与数据采集设备之间的距离小于或者等于预设第一距离时，通过数据采集设备采集得到一个或多个用户的人体数据。

其中，数据采集设备可以为现有的价格低廉、捕捉精度适中的传感器，如Kinect传感器(一种体感传感器)等。本实施例对数据采集设备的类型和型号不做具体限制。

预设第一距离可以设定为3.5米，还可根据实际情况，如数据采集设备的工作参数、用户量等进行设定，本实施例对预设第一距离的具体数值和单位不做限制。

在实际实施过程中，本实施例中的人体数据采集模块100可以通过一个数据采集设备，如Kinect传感器同时采集多个用户的人体数据。人体数据可以包括手势数据和人脸数据，可以对采集到的人体数据进行分割，分别得到手势数据和人脸数据。本实施例中，对采集到的人体数据进行分割所用的技术手段可以为常用的数据分割技术手段，本实施例对数据分割的具体执行过程不做限制。

手势识别模块102，用于将采集到的用户的人体数据中的手势数据与预存的手势模板数据进行匹配，若至少一个手势数据与预存的手势模板数据匹配，则向处理与控制模块106发送对应的预控制信号，并向人脸识别模块104发送人脸识别指令。

本实施例中，预存的手势模板数据可以包括多种手势，每种手势可以对应不同的预控制信号。例如，手势识别模块102将采集到的用户的人体数据中的手势数据与预存的手势模板数据进行匹配，若手势数据s1与预存的手势模板数据中的手势h1匹配，则向处理与控制模块106发送与手势h1对应的预控制信号。

手势识别模块102向人脸识别模块104发送人脸识别指令，通知人脸识别模块104执行后续的人脸识别操作。

人脸识别模块104，用于按照人脸识别指令，将手势数据匹配的人体数据中的人脸数据与预存的人脸模板数据进行匹配，若人脸数据与预存的人脸模板数据匹配，则向处理与控制模块106发送执行指令。

例如，手势识别模块102在对手势数据与预存的手势模板数据进行匹配的过程中，手势数据s1与预存的手势模板数据中的手势h1匹配，则人脸识别模块104在接收到人脸识别指令后，将手势数据s1所在的人体数据中的人脸数据r1与预存的人脸模板数据进行匹配，预存的人脸模板数据可以包括多个用户的人脸。

处理与控制模块106，用于按照执行指令执行预控制信号对应的操作。

例如，若预控制信号对应的操作为按照正常速度开门，则处理与控制模块106在接收到执行指令后，控制门禁控制器实现正常速度开门的操作；若预控制信号对应的操作为按照比正常速度更快的速度开门，则处理与控制模块106在接收到执行指令后，控制门禁控制器实现快速开门的操作。

根据本发明实施例提供的智能门禁系统，该智能门禁系统包括：人体数据采集模块、手势识别模块、人脸识别模块和处理与控制模块；其中，人体数据采集模块，用于当至少一个用户与数据采集设备之间的距离小于或者等于预设第一距离时，通过数据采集设备采集得到一个或多个用户的人体数据；手势识别模块，用于将采集到的用户的人体数据中的手势数据与预存的手势模板数据进行匹配，若至少一个手势数据与预存的手势模板数据匹配，则向处理与控制模块发送对应的预控制信号，并向人脸识别模块发送人脸识别指令；人脸识别模块，用于按照人脸识别指令，将手势数据匹配的人体数据中的人脸数据与预存的人脸模板数据进行匹配，若人脸数据与预存的人脸模板数据匹配，则向处理与控制模块发送执行指令；处理与控制模块，用于按照执行指令执行预控制信号对应的操作。

本发明实施例通过人体数据采集模块采集一个或多个用户的人体数据，并利用手势识别模块和人脸识别模块对一个或多个用户的人体数据进行识别，与传统的门禁系统只能对单个用户进行识别相比，提高了用户验证的效率。

本发明实施例先通过手势识别模块进行人体数据的粗略识别，再通过人脸识别模块进行人体数据的精确识别，利用两级识别方式提高了用户验证的准确率和精度。

本发明实施例在用户与数据采集设备之间的距离小于或者等于预设第一距离时即可采集人体数据，该预设第一距离可以设置为3.5米左右，与传统的门禁系统只能在用户与数据采集设备接触或者距离较近时采集人体数据相比，优化了用户的使用体验。

本发明实施例基于手势识别和人脸识别两种识别方式对用户进行验证，避免了用户直接接触门禁系统的硬件设备，如数据采集设备，降低了门禁系统的硬件设备的故障率和维修成本。

实施例二

图2示出了根据本发明实施例二的一种智能门禁系统的结构示意图。

本实施例在于强调与上述实施例的不同之处，相同之处可以参照上述实施例中的介绍和说明，在此不再赘述。

参照图2，本实施例的智能门禁系统包括：人体数据采集模块200、手势识别模块202、人脸识别模块204、处理与控制模块206、数据库存储与更新模块208、显示模块210、通信模块212、语音模块214、报警模块216和电源模块218。

本实施例中，人体数据采集模块200分别在建立模板数据库阶段和智能门禁系统识别阶段采集用户的人体数据。

(一)、建立模板数据库阶段

人体数据采集模块200采用数据采集设备(如Kinect传感器)建立用户的人脸模板数据库和手势模板数据库。

考虑到现有二维彩色图像数据的缺陷，本实施例的智能门禁系统采用深度图像和RGB图像相结合进行用户身份验证，即需要人体数据采集模块200采集一个或多个用户的用户人脸的深度图像和RGB图像，以及用户手势的深度图像和RGB图像，并分别提取用户人脸的深度图像和RGB图像，以及用户手势的深度图像和RGB图像的特征来建立用户的人脸模板数据库和手势模板数据库，进而充分利用人体的二维彩色信息和三维信息进行用户身份识别来提高识别精度。采集的人脸数据(用户人脸的深度图像和RGB图像)用于对用户身份的精确识别；而采集的手势数据(用户手势的深度图像和RGB图像)有两个作用：一是用于对用户身份的粗略识别；二是根据用户手势的不同来设置不同的功能，如不同的手势可以按照不同的速度开门或者关门。当根据手势数据设置不同的开门的速度时，可以预先设置几个档次的开门的速度，如设定为2个档次：快速开门和正常速度开门，相应的定义两种手势分别作为快速开门和正常速度开门的标识，假设快速开门的手势为单手胸前握拳；正常速度开门的手势为单手胸前胜利手势(即手的中指和食指伸直、其余手指弯曲)。如果用户做出以上任意一种手势，则判断该用户有可能是允许通行的用户，并进行下一步精确识别，即后续的人脸识别，并根据用户的手势确定正常速度开门还是快速开门。如果用户没有做出上述两种手势中的任何一种手势，则用户不是允许通行的用户，不需要进行开门操作。

(二)、智能门禁系统识别阶段

例如，当用户距离数据采集设备3.5米左右时，人体数据采集模块200采集用户的人体数据。本实施例改变了需要近距离采集人体数据的要求，扩大了采集人体数据的距离，可以同时采集多个用户的人体数据。

手势识别模块202将人体数据的手势数据与预存的手势模板数据进行匹配，若手势数据与手势模板数据匹配，如手势数据是胸前握拳手势，则向处理与控制模块206发送准备快速开门的预控制信号；又如手势数据是胸前胜利手势，则向处理与控制模块206发送准备正常速度开门的预控制信号；若手势数据与手势模板数据不匹配，则向处理与控制模块206发送不予开门且不需进行人脸识别的信号。

仍以手势模板数据包括两种手势为例进行介绍，手势模板数据包括第一手势模板数据和第二手势模板数据。当人体数据采集模块200采集一个或多个用户的人体数据时，手势识别模块202将一个或多个用户的人体数据中的手势数据与第一手势模板数据或第二手势模板数据进行匹配，若至少一个手势数据与第一手势模板数据匹配，则向处理与控制模块206发送第一预控制信号，并向人脸识别模块204发送人脸识别指令；若至少一个手势数据与第二手势模板数据匹配，则向处理与控制模块206发送第二预控制信号，并向人脸识别模块204发送人脸识别指令。其中，第一预控制信号与第一手势模板数据具有对应关系，第二预控制信号与第二手势模板数据具有对应关系。

人脸识别模块204在接收到手势识别模块202发送的人脸识别指令或者人脸识别信号后，将人体数据的人脸数据与预存的人脸模板数据进行匹配，该人脸数据与手势识别模块202识别匹配的手势数据属于同一个用户，若人脸数据与预存的人脸模板数据匹配，则向处理与控制模块206发送执行指令，若人脸数据与预存的人脸模板数据不匹配，则当人脸数据对应的用户与门(或与数据采集设备)之间的距离小于或者等于预设第二距离时，向处理与控制模块206发送报警信号。

其中，预设第二距离可以小于预设第一距离，例如，预设第二距离可以为0.5米，本实施例对预设第二距离的数值和单位不做限制。

需要说明的是，若手势识别模块202判断手势数据s1与手势模板数据匹配，手势数据s1和人脸数据r1均属于用户y1，则人脸识别模块204将人脸数据r1与用户y1的人脸模板数据进行匹配。

处理与控制模块206在接收到人脸识别模块204发送的执行指令后，执行手势识别模块202发送的预控制信号对应的操作。

数据库存储与更新模块208用于将提取到的用户人脸的特征数据、用户手势的特征数据和相应的手势类别数据存储至智能门禁系统数据库中；其中，人脸模板数据包括用户人脸的特征数据，手势模板数据包括用户手势的特征数据和相应的手势类别数据。

考虑到人脸特征随着年龄或季节的变化会有微小的变化，因此，数据库存储与更新模块208，还用于对智能门禁系统数据库中的预设时间段的同一用户的用户人脸的特征数据进行计算得到该时间段内该用户的用户人脸的平均特征数据，并将该用户的人脸模板数据更新为平均特征数据。其中，预设时间段可以为一个月，本实施例对预设时间段的时间长短不做限制。

显示模块210，用于显示手势图像、人脸图像和智能门禁系统的操作界面。

通信模块212，用于智能门禁系统与门禁控制器通信。

语音模块214，用于处理访客与后台管理人员的通话。

报警模块216，用于根据处理与控制模块206发送的报警信号进行报警。

为了提高智能门禁系统的智能性，当有人强行进入，或存在人为原因对报警信号进行屏蔽和破坏时，报警模块216可以发出报警声，并通知管理人员及时处理，提高了智能门禁系统的安全性和实用性，使智能门禁系统更加智能化和人性化。

电源模块218，用于为智能门禁系统提供电源保障，可以是UPS电源。

基于上述对本实施例的智能门禁系统的介绍，根据本实施例的一种智能门禁系统的原理图如图3所示，该智能门禁系统可以包括服务器、手势识别模块、人脸识别模块、交换机、门禁控制器和电源。其中，服务器为智能门禁系统的手势识别模块和人脸识别模块提供高效率的运算能力。交换机为智能门禁系统提供快速安全的通信保障。电源为智能门禁系统的正常运行提供能源保障，可以为UPS电源。在行人与数据采集传感器的距离由远及近的过程中，当达到一定距离，如3.5米左右时，数据采集传感器开始采集所有行人的人体数据，手势识别模块对人体数据中的手势数据进行识别。若数据采集传感器采集到的手势数据与数据库中的手势模板数据匹配，包括两种情况：一种是手势数据表示胸前握拳手势，则手势识别模块通过交换机和3G网络向门禁控制器发送快速开门的信号，并通知人脸识别模块启动人脸识别程序，进行精确身份识别；另一种是手势数据表示胸前胜利手势，则手势识别模块通过交换机和3G网络向门禁控制器发送正常速度开门的信号，并通知人脸识别模块启动人脸识别程序，进行精确身份识别。若数据采集传感器采集到的手势数据与数据库中的手势模板数据不匹配，则手势识别模块通过交换机和3G网络向门禁控制器发送不予开门的信号。

若数据采集传感器采集到的手势数据与数据库中的手势模板数据匹配，表示行人通过手势验证，则人脸识别模块开启人脸识别过程，将通过手势验证的行人的人脸数据与数据库中人脸模板数据进行匹配，若数据采集传感器采集到的人脸数据与数据库中的人脸模板数据匹配，则人脸识别模块通过交换机和3G网络向门禁控制器发送快速开门或者正常速度开门的执行指令；若数据采集传感器采集到的人脸数据与数据库中的人脸模板数据不匹配，则人脸识别模块通过交换机和3G网络向门禁控制器发送不予开门的信号。如果行人继续向门前进，与门近距离接触时，则人脸识别模块通过交换机和3G网络向门禁控制器发送警报信号，启动异常报警功能。

需要说明的是，上述的3G网络还可以利用其它网络进行替代，如4G网络或者WiFi网络等，本实施例对交换机与门禁控制器之间的网络不做限制。

根据本实施例提供的智能门禁系统，通过人体数据采集模块采集一个或多个用户的人体数据，并利用手势识别模块和人脸识别模块对采集到的用户的人体数据进行识别，与传统的门禁系统只能对单个用户进行识别相比，提高了用户验证的效率。

本实施例先通过手势识别模块进行人体数据的粗略识别，再通过人脸识别模块进行人体数据的精确识别，利用两级识别方式提高了用户验证的准确率和精度。

本实施例在用户与数据采集设备之间的距离小于或者等于预设第一距离时即可采集人体数据，该预设第一距离可以设置为3.5米左右，与传统的门禁系统只能在用户与数据采集设备接触或者距离较近时采集人体数据相比，优化了用户的使用体验。

本实施例基于手势识别和人脸识别两种识别方式对用户进行验证，避免了用户直接接触门禁系统的硬件设备，如数据采集设备，降低了门禁系统的硬件设备的故障率和维修成本。

本实施例可以通过识别用户的不同手势，进而执行不同的操作或功能，如控制开门的速度，满足了用户对开门速度的不同需求，优化了用户的使用体验。

本实施例通过报警模块进行报警，可以将报警信息发送给管理人员，提升了智能门禁系统的安全性和实用性。

本实施例可以定期对数据库中的人脸模板数据进行更新，提高了人脸数据识别的准确率，避免了人脸特征随时间而改变导致的人脸数据识别准确率低的问题。

实施例三

图4示出了根据本发明实施例三的一种智能门禁控制方法的步骤流程图。

本实施例提供的智能门禁控制方法包括如下步骤：

步骤S400、当至少一个用户与数据采集设备之间的距离小于或者等于预设第一距离时，通过数据采集设备采集得到一个或多个用户的人体数据。

步骤S402、将采集到的用户的人体数据中的手势数据与预存的手势模板数据进行匹配，若至少一个手势数据与预存的手势模板数据匹配，则执行步骤S404；若所有手势数据与预存的手势模板数据均不匹配，则本次流程结束。

本实施例以预存的手势模板数据包括第一手势模板数据和第二手势数据为例进行说明，本步骤S402具体可以为：将采集到的用户的人体数据中的手势数据与预存的第一手势模板数据或预存的第二手势模板数据进行匹配，若至少一个手势数据与预存的第一手势模板数据匹配，则执行步骤S404发送第一预控制信号，并发送人脸识别指令；若至少一个手势数据与预存的第二手势模板数据匹配，则执行步骤S404发送第二预控制信号，并发送人脸识别指令。

本实施例中，数据采集设备采集一个或多个用户的用户人脸的深度图像和RGB图像，并对用户人脸的深度图像和RGB图像进行特征提取，得到一个或多个用户的用户人脸的特征数据，用户人脸的特征数据即人脸模板数据。

步骤S404、发送对应的预控制信号，并发送人脸识别指令。

本步骤S404中对应的预控制信号为与手势模板数据对应的预控制信号。

步骤S406、按照人脸识别指令，将手势数据匹配的人体数据中的人脸数据与预存的人脸模板数据进行匹配，若人脸数据与预存的人脸模板数据匹配，则执行步骤S408；若人脸数据与预存的人脸模板数据不匹配，则本次流程结束，发送预控制信号清除指令。

本实施例中，数据采集设备采集一个或多个用户的用户手势的深度图像和RGB图像，并对用户手势的深度图像和RGB图像进行特征提取，得到一个或多个用户的用户手势的特征数据和相应的手势类别数据，用户手势的特征数据和相应的手势类别数据构成手势模板数据。

步骤S408、发送执行指令。

步骤S410、按照执行指令执行预控制信号对应的操作。

本实施例中的一个或多个用户的用户人脸的特征数据、用户手势的特征数据和相应的手势类别数据可以预先存储在数据库中，并且对数据库中的人脸模板数据进行定期更新，例如，对预设时间段的同一用户的用户人脸的特征数据进行计算得到该时间段内该用户的用户人脸的平均特征数据，并将该用户的人脸模板数据更新为平均特征数据。

本实施例的智能门禁系统控制方法可以采用前述多个实施例中相应的智能门禁系统实现，并具有相应的系统实施例的有益效果，在此不再赘述。

需要指出，根据实施的需要，可将本发明实施例中描述的各个部件/步骤拆分为更多部件/步骤，也可将两个或多个部件/步骤或者部件/步骤的部分操作组合成新的部件/步骤，以实现本发明实施例的目的。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。

以上实施方式仅用于说明本发明实施例，而并非对本发明实施例的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明实施例的范畴，本发明实施例的专利保护范围应由权利要求限定。