一种基于图像识别的儿童安全监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像识别和信号处理的儿童安全系统监测方法，属于图像信号应用领 域。
[0002] 相【背景技术】
[0003] 红外线感应器
[0004] 通过红外线反射原理，当人体的手或身体的某一部分在红外线区域内，红外线发 射管发出的红外线由于人体手或身体摭挡反射到红外线接收管，则感应出有人靠近。
[0005] 人脸表情识别系统
[0006] 人脸表情识别系统主要包括三个部分：人脸检测与定位、特征提取及表情分类。建 立一个FER系统，首先要通过外部器件如摄像头等获取图像，在图像中进行人脸检测，确定 输入图像中是否有人脸，在有人脸的情况下确定人脸的位置和大小。这一环节的研究已成 为一个独立的方向；然后对人脸进行特征提取，得到反映表情特征的关键信息。最后对得到 的表情特征向量进行分类，得到表情所属的类别，如AU组合或基本表情类别。
[0007] 哭声监听器
[0008] 采集的儿童哭声通过采样得到实时数字信号，并在固定时间窗内对实时数字信号 中的完整语音段依次进行分帧、加窗处理后提取得到实时特征向量序列；通过对特征向量 序列分析判断儿童是否尖叫大哭。
【发明内容】
[0009] 基于人脸图像识别的基础上，通过人脸表情识别技术提高对儿童安全性的判断， 更进一步的判定儿童的安全性。利用识别结果生成警报实时传送给家长和安全机构，提高 儿童的实时安全性。
[0010] 主要是针对儿童所处环境下，利用红外线感应器对靠近儿童O-Im的范围进行监 测。红外线感应器的检测范围最大大概在IOm内，角度为120度。处于节电的考虑，并且范 围太大监测可疑对象的难度，我们将检测范围设为〇-lm。而三个红外线感应器或者旋转 式红外线感应器则可以实现对儿童周围的全方位监测。当人体的手或身体的某一部分在 红外线区域内，红外线感应器中发射管发出的红外线由于人体手或身体反射到红外线接收 管，则感应出监测区域出现可疑对象。然后则开启安全判定系统，它主要包括三个部分：儿 童哭泣判断模块；图像识别及表情识别模块；警报生成模块。前两者模块同时工作，将数据 传送到警报生成模块完成对安全情况的判定。
[0011] 本安全系统的警报生成是根据系统各个模块的安全级别来产生的，采取安全级别 逐级下降的方式。系统启动初始安全级别为最大，然后经过各模块信息处理的结果，安全级 别也随之而变化。安全级别变化如表1所示：
[0012] 表1模块安全级别对应表
[0013] 说明：结果为"是"表示该阶段判断为不安全状态，"否"表示为本阶段为安全状态。 初始阶段，安全级别为4。
[0014]
[0015] 在儿童哭泣模块，主要装置有麦克风和信号处理模块。若此警告区域内有人体，则 开启麦克风采集语音信号。以SkHZ进行采样，然后通过低通滤波进行降噪、VDA处理后获得 实时数字信号，并在固定时间窗内对实时数字信号中的完整语音段依次进行分帧、加窗处 理后提取得到实时特征向量序列；由于在突然受到惊吓的情况的下，儿童发出的哭声是比 较尖锐的，即基音频率比较高，可以达到IkHZ以上。正常儿童啼哭大概在400HZ以上。通 过制定儿童尖叫哭声的特征向量序列样本数据库，将获得的实时哭声信号的特征向量序列 与之进行相似度计算，若匹配结果比较高，视为有特殊情况，安全级别下降一级。
[0016] 在图像识别及表情识别模块，主要装置有视频摄像机和图片处理模块。若此警告 区域内有人体，就自动开启摄像头采集靠近人体的图像进行分析匹配，并且所采集的图像 可以自动备份到云盘中，防止故意破环本地数据或者数据丢失。
[0017] 对于所采集到的人脸图像首先进行人脸定位和图像的预处理，即将采集到的图像 采用人脸检测算法在图中搜索到人脸的位置，然后将定位好的人脸图像，进行预处理。预 处理即进行灰度校正、噪声过滤等。处理的主要过程包括人脸图像的光线补偿、灰度变换、 直方图均衡化、归一化、几何校正、滤波以及锐化等。
[0018] 预处理之后就进行人脸图像识别，就是将定位和预处理的人脸与数据库中已存的 人脸图像模块进行搜索匹配，这是一个辨认的过程，就是一对多的进行图像匹配的过程。在 搜索匹配之前，我们首先要对预处理后的图像进行人脸图像特征的提取，它是对人脸进行 特征建模的过程。
[0019] 本发明中考虑到识别过程的快速和系统实时性的要求，我们采用的是简单的PCA 特征脸的方法，它是基于代数特征的表征方法，并且利用图像全局信息进行分类识别。采集 的图像和数据库图像模板进行匹配之后，得到的是一系列的相似度得分，可以根据所设置 的阈值来选择获得的识别结果。
[0020] 如果识别结果是人体身份可以确认的，即该人对儿童来说属于熟悉人群之列，则 此时安全级别不变。如果该人的身份无法得到确认，即属于陌生人之列的，安全级别下降一 级。将要继续对人脸图像进行面部表情的识别来判断是否有恶意行为，此时图像经过本地 移动端将图像传输到远程服务器端来进行下一步的判断。
[0021] 面部表情的识别阶段（在服务器端进行），第一步是面部表情特征提取，我们对图 像选取34个基准点，分为提取面部图像的几何特征和cabor小波特征提取两个部分，然后 利用典型相关分析对几何特征和cabor特征进行特征融合，作为表情特征的输入特征，最 后完成表情的分类识别。（针对基本表情或混合表情）根据表情识别的结果，如果所得超过 设定阈值，安全级别下降一级。
[0022] 将儿童哭泣判断模块和图像识别及表情识别模块获得的安全级别下降结果传送 到警报生成模块。设置警报生成模块初始默认的安全级别为4,默认安全级别减去下降安全 级别获得最终安全级别。最后按照不同的安全级别自动生成不同警报，同时将警报发送给 到家长的手机等通讯设备上去或者安全机构。
[0023] 有益效果
[0024] 让家长可以实时获得小孩的安全状况，对于没有自主防护意识的儿童可以产生自 动报警并采取一定警报措施。
【附图说明】
[0025] 附图1是儿童安全监测系统的总体框架图。
【具体实施方式】
[0026] 利用红外线感应器对靠近儿童O-Im的范围进行监测。红外线感应器的检测范围 最大大概在IOm内，角度为120度。处于节电的考虑，并且范围太大监测可疑对象的难度， 我们将检测范围设为〇-lm。而三个红外线感应器或者旋转式红外线感应器则可以实现对儿 童周围的全方位监测。当人体的手或身体的某一部分在红外线区域内，红外线感应器中发 射管发出的红外线由于人体手或身体反射到红外线接收管，则感应出监测区域出现可疑对 象，则开启安全判定系统。
[0027] 在儿童哭泣模块，主要装置有麦克风和信号处理模块。若此警告区域内有人体，则 开启麦克风采集语音信号。以SkHZ进行采样，然后通过低通滤波进行降噪、VDA处理后获 得实时数字信号，并在固定时间窗内对实时数字信号中的完整语音段依次进行分帧、加窗 处理后提取得到实时特征向量序列。通过制定儿童尖叫哭声的特征向量序列样本数据库， 将获得的实时哭声信号的特征向量序列与之进行相似度计算，若匹配结果比较高，视为有 特殊情况，安全级别下降一级。
[0028] 在图像识别及表情识别模块，主要装置有视频摄像机和图片处理模块。若此警告 区域内有人体，就自动开启摄像头采集靠近人体的图像进行分析匹配，对于所采集到的人 脸图像首先进行人脸定位和图像的预处理，之后就进行人脸图像识别，就是将定位和预处 理的人脸与数据库中已存的人脸图像模块进行搜索匹配。
[0029] 面部表情的识别阶段（在服务器端进行），首先是面部表情特征提取，然后利用典 型相关分析对几何特征和cabor特征进行特征融合，作为表情特征的输入特征，最后完成 表情的分类识别。
[0030] 将儿童哭泣判断模块和图像识别及表情识别模块获得的安全级别下降结果传送 到警报生成模块。设置警报生成模块初始默认的安全级别为4,默认安全级别减去下降安全 级别获得最终安全级别。最后按照不同的安全级别自动生成不同警报，同时将警报发送给 到家长的手机等通讯设备上去或者安全机构。
【主权项】
1. 一种儿童安全监测系统，其特征在于结合声音信号和图像处理的相关技术，对儿童 所处的实时环境进行监测，并将安全级别采用分级判断处理，同时将识别结果生成警报实 时传送给家长和安全机构，从而提高儿童的实时安全性。系统主要模块有：2. 根据权利要求1所述的一种儿童安全监测系统，其特征在于对儿童周围一定范围内 采用红外线感应器进行全方位的靠近监测，如发现异常，自动开启安全判定系统。3. 根据权利要求1所述的一种儿童安全监测系统，其特征在于系统开启后将实时采集 儿童的声音信号进行处理，并与已有声音信号样本库比较。4. 根据权利要求1所述的一种儿童安全监测系统，其特征在于采用PCA人脸识别技术， 并进一步采用面部表情识别方法进行安全情况判断。5. 根据权利要求1所述的一种儿童安全监测系统，其特征在于系统将采集的数据实时 备份，防止本地数据的破环或丢失。
【专利摘要】一种儿童安全监测系统，主要是采用GPS/LBS，即卫星定位和基站的智能模式定位技术，监护人可以通过上网或者手机等移动终端查看儿童的实时信息，以确保是否处于安全的区域；一旦离开安全区域就会将信息发送给家长，还包括一些紧急救援，比如有危险或者异常发生时，可以按紧急呼救键并拨打预先设定的手机号。该系统是在基于人脸图像识别的基础上，通过人脸表情识别技术提高对儿童安全性的判断，更进一步的判定儿童的安全性。利用识别结果生成警报实时传送给家长和安全机构，提高儿童的实时安全性。它主要包括三个部分：儿童哭泣判断模块；图像识别及表情识别模块；警报生成模块。前两者模块同时工作，将数据传送到警报生成模块完成对安全情况的判定。
【IPC分类】G06K9/00, G08B21/02
【公开号】CN105046876
【申请号】CN201510437405
【发明人】苏航, 杨艾琳, 张桃, 谢玉婷
【申请人】中山大学深圳研究院
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月23日