本发明是申请号为201710376485.8、申请日为2017年5月25日、发明名称为“基于图像处理的控制方法”的专利的分案申请。
本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于图像处理的控制方法。
背景技术：
闸门作为一种通道管理设备，最本质的功能是通过拦阻和放行实现一次只通过一人，其应用对象是行人(包括携带的行李和自行车等)，应用场合是出入口，但作为智能化通道管理系统的一部分，闸门可以与其他系统配合用于不同的特殊场合，从而发挥更大的作用。
目前闸门配套的系统最常见的是门禁系统和票务系统。
门禁系统中，最早的拦阻方式是电控门，但门无法有效实现一次只通过一人，并且由于结构和形态的限制，使用场合比较有限；改用闸门可以解决这些问题，尤其在建筑物或者封闭地理区域的出入口，非常适合用闸门作为门禁系统的拦阻机构。如智能楼宇、政府机关、企业园区、小区、厂区、监狱等。
票务系统的检票部分与闸门的关系更是密不可分，只要是非人工的自动检票，就离不开闸门。其中最典型的2个应用类型就是轨道交通和电子门票。轨道交通包括地铁、高铁等，已经不再将闸门看作一个独立的产品，而是划归到自动检票机的一部分；电子门票主要指各种付费参观娱乐的场合所用的入口自动检票，包括景区、游乐场、体育馆、滑雪场、娱乐场馆等。
但是，现有技术中闸门控制系统还存在一定的隐患，仍给一些想逃票的人留下了逃票空间，例如通过从闸门上方跨过、快速通过闸门等方式，给闸门对应的经营者造成了一定的经济损失。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于图像处理的控制方法，能够在接收到允许通行信号以及人员通过信号且接收到开关状态检测设备发出的关闭状态时，控制闸门机构快速打开，用于在接收到非法用户信号以及人员通过信号且接收到开关状态检测设备发出的打开状态时，控制闸门机构快速关闭。
根据本发明的一方面，提供了一种基于图像处理的控制方法，该方法包括：
1)提供一种基于图像处理的闸门自控平台，包括闸门开关、语音报警设备、发光设备、闸门机构、碰撞检测设备和主控设备，所述主控设备分别与所述闸门开关、所述语音报警设备、所述发光设备以及所述碰撞检测设备连接，所述闸门开关与所述闸门机构连接，用于控制所述闸门机构的打开或关闭，所述碰撞检测设备设置在所述闸门机构上，用于检测在所述闸门机构上是否存在碰撞行为，在存在碰撞行为时，发出碰撞生成信号，否则，发出无碰撞信号；
其中，所述主控设备在接收到所述碰撞生成信号时，分别向所述语音报警设备和所述发光设备发出报警驱动信号；
2)运行所述自控平台。
更具体地，在所述基于图像处理的闸门自控平台中：所述碰撞检测设备包括压力传感器和at89c51控制芯片，所述压力传感器设置在所述闸门机构上，用于检测并输出在所述闸门机构上产生的碰撞力数值；
其中，所述at89c51控制芯片与所述压力传感器连接，用于在接收到的碰撞力数值大于等于预设力度阈值时，发出碰撞生成信号，在接收到的碰撞力数值小于预设力度阈值时，发出无碰撞信号。
更具体地，在所述基于图像处理的闸门自控平台中，还包括：flash存储设备，设置在闸门机构内部，与所述碰撞检测设备的at89c51控制芯片连接，用于预先存储所述预设力度阈值。
更具体地，在所述基于图像处理的闸门自控平台中，还包括：通行权限控制设备，包括卡槽、信息读取设备和权限分析设备，所述卡槽用于通行者放置通行卡，所述信息读取设备用于对所述通行卡上的信息进行读取以获得通行者信息，所述权限分析设备与所述信息读取设备连接，用于对所述通行者信息进行验证，并在验证通过时，发出允许通行信号，否则，发出非法用户信号。
更具体地，在所述基于图像处理的闸门自控平台中，还包括：
开关状态检测设备，设置在所述闸门机构上，用于检测所述闸门机构当前的状态是打开状态还是关闭状态；
图像捕获设备，设置在所述闸门开关前方，且到排队等候线的距离与到所述闸门开关的距离相等，用于对所述排队等候线和所述闸门开关中间的场景进行图像数据捕获以输出中间场景图像；
信号分析设备，用于接收中间场景图像，基于中间场景图像的各个像素点的像素值确定中间场景图像像素值的均方差以作为目标均方差输出；
噪声分析设备，用于接收中间场景图像，对中间场景图像进行噪声分析，以获得噪声幅值最大的主噪声信号和噪声幅值次大的次噪声信号，基于主噪声信号、次噪声信号以及中间场景图像确定中间场景图像的信噪比以作为目标信噪比输出；
滤波切换设备，分别与信号分析设备以及噪声分析设备连接，用于接收目标均方差和目标信噪比，并在目标信噪比小于等于预设信噪比阈值且目标均方差大于等于预设均方差阈值时，发出第一切换信号，在目标信噪比小于等于预设信噪比阈值且目标均方差小于预设均方差阈值时，发出第二切换信号，在目标信噪比大于预设信噪比阈值且目标均方差大于等于预设均方差阈值时，发出第三切换信号，还在目标信噪比大于预设信噪比阈值且目标均方差小于预设均方差阈值时，发出第四切换信号；
卡尔曼滤波设备，与滤波切换设备连接，用于在接收到第四切换信号时，对中间场景图像进行卡尔曼滤波处理以获得目标滤波图像；
自适应小波滤波设备，与滤波切换设备连接，用于在接收到第一切换信号时，对中间场景图像进行自适应小波滤波处理以获得小波滤波图像，并将小波滤波图像发送给自适应中值滤波设备；还用于在接收到第三切换信号时，对中间场景图像进行自适应小波滤波处理以直接获得目标滤波图像；
自适应中值滤波设备，与滤波切换设备连接，用于在接收到第一切换信号时，从自适应小波滤波设备处接收小波滤波图像，对小波滤波图像进行自适应中值滤波处理以获得目标滤波图像；还用于在接收到第二切换信号时，对中间场景图像进行自适应中值滤波处理以直接获得目标滤波图像；
目标识别设备，与卡尔曼滤波设备、自适应小波滤波设备和自适应中值滤波设备分别连接，用于接收目标滤波图像，对目标滤波图像进行人体目标识别，并在识别到人体目标时，发出人员通过信号；
异常控制设备，分别与所述开关状态检测设备、所述目标识别设备以及所述闸门机构连接，用于在接收到所述允许通行信号以及所述人员通过信号且接收到所述开关状态检测设备发出的关闭状态时，控制闸门机构快速打开，用于在接收到所述非法用户信号以及所述人员通过信号且接收到所述开关状态检测设备发出的打开状态时，控制闸门机构快速关闭；
其中，自适应中值滤波设备执行的自适应中值滤波处理包括：针对接收到的图像的每一个像素，采用各种滤波窗口对该像素以该像素为中心进行对应的各种像素块的获取，确定每一种像素块中的灰度值方差，选择灰度值方差最小的对应滤波窗口作为目标滤波窗口对该像素的像素值进行中值滤波以获得其滤波像素值，基于接收到的图像的所有像素的滤波像素值获取自适应中值滤波设备输出的滤波图像；
其中，自适应小波滤波设备执行的自适应小波滤波处理包括：对接收到的图像进行小波分解以获得ll、lh、hl和hh四个子带，确定hh子带的均值，基于该均值计算小波收缩的最优阈值，基于小波收缩的最优阈值进行图像的小波重构以获取自适应小波滤波设备输出的滤波图像；
其中，所述闸门开关还与所述通行权限控制设备连接，用于在接收到所述允许通行信号时，控制所述闸门机构打开，在接收到所述非法用户信号时，控制所述闸门机构关闭。
更具体地，在所述基于图像处理的闸门自控平台中：
卡尔曼滤波设备在接收到第四切换信号时，从省电模式进入工作模式，在接收到第一切换信号、第二切换信号或第三切换信号时，从工作模式进入省电模式；
自适应小波滤波设备在接收到第一切换信号或第三切换信号时，从省电模式进入工作模式，在接收到第二切换信号或第四切换信号时，从工作模式进入省电模式；
自适应中值滤波设备在接收到第一切换信号或第二切换信号时，从省电模式进入工作模式，在接收到第三切换信号或第四切换信号时，从工作模式进入省电模式。
更具体地，在所述基于图像处理的闸门自控平台中：所述闸门开关打开所述闸门机构的速度慢于所述异常控制设备打开所述闸门机构的速度；所述闸门开关关闭所述闸门机构的速度慢于所述异常控制设备关闭所述闸门机构的速度。
更具体地，在所述基于图像处理的闸门自控平台中：所述语音报警设备包括语音播放芯片和双声道扬声器，所述语音播放芯片与所述双声道扬声器连接，用于在接收到所述报警驱动信号时，通过所述双声道扬声器播放相应的语音报警文件。
更具体地，在所述基于图像处理的闸门自控平台中：所述发光设备在接收到所述报警驱动信号时，以预设发光频率发出红光以进行报警。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的基于图像处理的闸门自控平台的结构方框图。
附图标记：1闸门开关；2语音报警设备；3发光设备；4闸门机构；5碰撞检测设备；6主控设备
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的实施方案进行详细说明。
闸门的基本组成部分包括箱体、拦阻体、机芯、控制模块和辅助模块。
箱体用于保护机芯、控制模块等内部部件，并起到支撑作用。
箱体的主体材质通常采用304或316的不锈钢，辅助材质包括有机玻璃、钢化玻璃、树脂、石材或木材等。选材一般需考虑坚固、美观、不易变形，防刮防划痕，防锈防腐蚀，较易加工固定。
拦阻体用于在不允许行人通过的时候起拦阻作用，允许行人通过时会打开放行。一般以门或拦杆的形式实现。
拦阻体的选材一般需考虑坚固，能承受一定的冲击力，但自身的冲击力对人不能有伤害，重量尽量小，美观，防锈防腐蚀，易于加工固定，损坏后不伤人。
机芯是由各种机械部件组成的一个整体(包括驱动电机、减速机等)，利用机械原理控制拦阻体的开启和关闭动作。
影响机芯性能和使用寿命的关键因素包括机械部件的加工工艺和材质，以及最重要的驱动电机和相配套的减速机。
驱动电机通常采用直流有刷电机或直流无刷电机。直流有刷电机成本较低，控制技术比较简单，因此被国内闸门厂商广泛采用，但其中的碳刷属于易损耗件，需要定期维护和更换。直流无刷电机无碳刷，不存在此损耗，使用寿命也较长。如果希望提高机芯的性能和使用寿命，那么采用性能更好、使用寿命更长的直流无刷电机是不错的选择，尤其是欧洲一线品牌的直流无刷电机，其可靠性和耐久性都是普通电机所无法达到的，但成本很高，控制技术也很复杂。
控制模块是利用微处理器技术实现各种电气部件和驱动电机的控制。
微处理器一般采用单片机，但如果控制系统比较复杂，或是需要与很多其他系统(包括票务系统、门禁系统等)集成时，并且对响应时间要求很高的情况下，需要采用性能更高的arm处理器甚至cortex处理器。
简单控制电路一般由主控板、电机控制板及辅助控制板即可实现，复杂控制电路(如地铁检票机)则需要配置专门的工控机来实现。
辅助模块包括led指示模块、计数模块、行人检测模块、报警模块、权限输入模块、语音提示模块等。
led指示模块：一般由led点阵或led显示屏组成，用于指示闸门的通行状态和方向，有的还包含文字或图案等提示信息和欢迎信息等。
计数模块：用于记录通行人数，可通过led数码管或显示屏显示出来，可以清零和设置计数上限。
行人检测模块：用于识别行人的通行状态，判断行人是否合法通行，并且可以判断行人是否处于拦阻体运动范围内，以保护行人的人身安全。检测模块的性能非常关键，影响到闸门的有效性和安全性，主要由硬件--传感器和软件--识别算法这两个因素决定。传感器一般采用红外光电开关(比较常见)或红外光幕，红外光电开关又分为成对使用的对射式(比较常见)和单个使用的反射式；高端闸门会采用10对以上进口红外光电开关，特殊场合会采用高性能红外光幕或其他特殊的传感器。另外识别算法也很重要，不同行人的身高、步距、速度各不相同，携带行李的尺寸和位置也多种多样，还要考虑到多人连续通过前后间距(防尾随)，有些场合还要考虑骑自行车通行的情况，高端闸门厂商一般会根据大量的实验数据建立相应的数学模型，自行开发识别算法，可以有效识别行人、行李和自行车等常见的通行目标，并且防尾随距离可以达到20mm以内，该指标同时取决于传感器识别精度和算法，普通闸门防尾随距离只能达到100mm。
报警模块：闸门在各种非正常使用状况下会触发报警，用于提示或警告行人、管理者和维修者，这些状况包括非法通行、闸门异常、上电自检等，报警方式包括蜂鸣(比较常见)、灯光、语音等(可以综合使用)。
权限输入模块：行人在通行之前需要让闸门“知道”自己是否具备合法通行的权限，即“输入”权限让闸门判断是否可以放行。输入方式有很多种，如非接触式ic卡刷卡方式、生物识别、输入密码、投币等，简单的有直接按钮通行。该模块一般与门禁系统或票务系统相结合。在自由通行的场合则无需此模块。
语音提示模块：这里的语音提示与前面的报警模块中的语音报警不同，主要是用于辅助提示行人相关的信息，如提示通行门票的类型、欢迎信息等。该模块不太常用，需要用户向厂商定制。
当前的闸门控制系统还不够完善，在某些极端情况下，人们仍能够在不刷卡的情况下顺利通行，这违反了闸门设计者的意愿。为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于图像处理的控制方法，用于解决上述技术问题。
本发明提供一种基于图像处理的控制方法，该方法包括：1)提供一种基于图像处理的闸门自控平台；2)运行所述自控平台。图1为根据本发明实施方案示出的基于图像处理的闸门自控平台的结构方框图，所述平台包括闸门开关、语音报警设备、发光设备、闸门机构、碰撞检测设备和主控设备，所述主控设备分别与所述闸门开关、所述语音报警设备、所述发光设备以及所述碰撞检测设备连接，所述闸门开关与所述闸门机构连接，用于控制所述闸门机构的打开或关闭，所述碰撞检测设备设置在所述闸门机构上，用于检测在所述闸门机构上是否存在碰撞行为，在存在碰撞行为时，发出碰撞生成信号，否则，发出无碰撞信号；
其中，所述主控设备在接收到所述碰撞生成信号时，分别向所述语音报警设备和所述发光设备发出报警驱动信号。
接着，继续对本发明的基于图像处理的闸门自控平台的具体结构进行进一步的说明。
在所述基于图像处理的闸门自控平台中：
所述碰撞检测设备包括压力传感器和at89c51控制芯片，所述压力传感器设置在所述闸门机构上，用于检测并输出在所述闸门机构上产生的碰撞力数值；
其中，所述at89c51控制芯片与所述压力传感器连接，用于在接收到的碰撞力数值大于等于预设力度阈值时，发出碰撞生成信号，在接收到的碰撞力数值小于预设力度阈值时，发出无碰撞信号。
在所述基于图像处理的闸门自控平台中，还包括：
flash存储设备，设置在闸门机构内部，与所述碰撞检测设备的at89c51控制芯片连接，用于预先存储所述预设力度阈值。
在所述基于图像处理的闸门自控平台中，还包括：
通行权限控制设备，包括卡槽、信息读取设备和权限分析设备，所述卡槽用于通行者放置通行卡，所述信息读取设备用于对所述通行卡上的信息进行读取以获得通行者信息，所述权限分析设备与所述信息读取设备连接，用于对所述通行者信息进行验证，并在验证通过时，发出允许通行信号，否则，发出非法用户信号。
在所述基于图像处理的闸门自控平台中，还包括：
开关状态检测设备，设置在所述闸门机构上，用于检测所述闸门机构当前的状态是打开状态还是关闭状态；
图像捕获设备，设置在所述闸门开关前方，且到排队等候线的距离与到所述闸门开关的距离相等，用于对所述排队等候线和所述闸门开关中间的场景进行图像数据捕获以输出中间场景图像；
信号分析设备，用于接收中间场景图像，基于中间场景图像的各个像素点的像素值确定中间场景图像像素值的均方差以作为目标均方差输出；
噪声分析设备，用于接收中间场景图像，对中间场景图像进行噪声分析，以获得噪声幅值最大的主噪声信号和噪声幅值次大的次噪声信号，基于主噪声信号、次噪声信号以及中间场景图像确定中间场景图像的信噪比以作为目标信噪比输出；
滤波切换设备，分别与信号分析设备以及噪声分析设备连接，用于接收目标均方差和目标信噪比，并在目标信噪比小于等于预设信噪比阈值且目标均方差大于等于预设均方差阈值时，发出第一切换信号，在目标信噪比小于等于预设信噪比阈值且目标均方差小于预设均方差阈值时，发出第二切换信号，在目标信噪比大于预设信噪比阈值且目标均方差大于等于预设均方差阈值时，发出第三切换信号，还在目标信噪比大于预设信噪比阈值且目标均方差小于预设均方差阈值时，发出第四切换信号；
卡尔曼滤波设备，与滤波切换设备连接，用于在接收到第四切换信号时，对中间场景图像进行卡尔曼滤波处理以获得目标滤波图像；
自适应小波滤波设备，与滤波切换设备连接，用于在接收到第一切换信号时，对中间场景图像进行自适应小波滤波处理以获得小波滤波图像，并将小波滤波图像发送给自适应中值滤波设备；还用于在接收到第三切换信号时，对中间场景图像进行自适应小波滤波处理以直接获得目标滤波图像；
自适应中值滤波设备，与滤波切换设备连接，用于在接收到第一切换信号时，从自适应小波滤波设备处接收小波滤波图像，对小波滤波图像进行自适应中值滤波处理以获得目标滤波图像；还用于在接收到第二切换信号时，对中间场景图像进行自适应中值滤波处理以直接获得目标滤波图像；
目标识别设备，与卡尔曼滤波设备、自适应小波滤波设备和自适应中值滤波设备分别连接，用于接收目标滤波图像，对目标滤波图像进行人体目标识别，并在识别到人体目标时，发出人员通过信号；
异常控制设备，分别与所述开关状态检测设备、所述目标识别设备以及所述闸门机构连接，用于在接收到所述允许通行信号以及所述人员通过信号且接收到所述开关状态检测设备发出的关闭状态时，控制闸门机构快速打开，用于在接收到所述非法用户信号以及所述人员通过信号且接收到所述开关状态检测设备发出的打开状态时，控制闸门机构快速关闭；
其中，自适应中值滤波设备执行的自适应中值滤波处理包括：针对接收到的图像的每一个像素，采用各种滤波窗口对该像素以该像素为中心进行对应的各种像素块的获取，确定每一种像素块中的灰度值方差，选择灰度值方差最小的对应滤波窗口作为目标滤波窗口对该像素的像素值进行中值滤波以获得其滤波像素值，基于接收到的图像的所有像素的滤波像素值获取自适应中值滤波设备输出的滤波图像；
其中，自适应小波滤波设备执行的自适应小波滤波处理包括：对接收到的图像进行小波分解以获得ll、lh、hl和hh四个子带，确定hh子带的均值，基于该均值计算小波收缩的最优阈值，基于小波收缩的最优阈值进行图像的小波重构以获取自适应小波滤波设备输出的滤波图像；
其中，所述闸门开关还与所述通行权限控制设备连接，用于在接收到所述允许通行信号时，控制所述闸门机构打开，在接收到所述非法用户信号时，控制所述闸门机构关闭。
在所述基于图像处理的闸门自控平台中：
卡尔曼滤波设备在接收到第四切换信号时，从省电模式进入工作模式，在接收到第一切换信号、第二切换信号或第三切换信号时，从工作模式进入省电模式；
自适应小波滤波设备在接收到第一切换信号或第三切换信号时，从省电模式进入工作模式，在接收到第二切换信号或第四切换信号时，从工作模式进入省电模式；
自适应中值滤波设备在接收到第一切换信号或第二切换信号时，从省电模式进入工作模式，在接收到第三切换信号或第四切换信号时，从工作模式进入省电模式。
在所述基于图像处理的闸门自控平台中：
所述闸门开关打开所述闸门机构的速度慢于所述异常控制设备打开所述闸门机构的速度；所述闸门开关关闭所述闸门机构的速度慢于所述异常控制设备关闭所述闸门机构的速度。
在所述基于图像处理的闸门自控平台中：
所述语音报警设备包括语音播放芯片和双声道扬声器，所述语音播放芯片与所述双声道扬声器连接，用于在接收到所述报警驱动信号时，通过所述双声道扬声器播放相应的语音报警文件。
在所述基于图像处理的闸门自控平台中：
所述发光设备在接收到所述报警驱动信号时，以预设发光频率发出红光以进行报警。
另外，中值滤波对脉冲噪声有良好的滤除作用，特别是在滤除噪声的同时，能够保护信号的边缘，使之不被模糊。这些优良特性是线性滤波方法所不具有的。此外，中值滤波的算法比较简单，也易于用硬件实现。所以，中值滤波方法一经提出后，便在数字信号处理领域得到重要的应用。
中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，中值滤波的基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。方法是用某种结构的二维滑动模板，将板内像素按照像素值的大小进行排序，生成单调上升(或下降)的二维数据序列。二维中值滤波输出为g(x,y)＝med{f(x-k,y-l),(k,l∈w)}，其中，f(x,y)，g(x,y)分别为原始图像和处理后图像。w为二维模板，通常为3*3，5*5区域，也可以是不同的形状，如线状，圆形，十字形，圆环形等。
采用本发明的基于图像处理的闸门自控平台，针对现有技术中闸门控制系统仍存在逃票空间的技术问题，通过改造现有技术中的闸门控制系统，增加了多个检测设备以及定制的高精度的图像处理设备以检测逃票的极端情况的出现，并采取相应的措施，从而规范了人们的通行，保证了闸门运营商的经济利益不受侵犯。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。