一种基于人脸识别技术的智能监控系统设计.pdf

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1、一种基于人脸识别技术的智能监控系统设计黄家荣(四川省内江师范学院 计算机科学学院,四川 内江641112)摘 要:针对传统智能监控系统智能化程度不高、告知能力弱等缺点,提出了基于人脸识别技术的智能监控模式。在讨论图像预处理、人脸特征值的提取和人脸识别等人脸识别技术中相关算法的基础上,利用这些算法思想实现根据人脸识别的结果进行智能录像并通过短信报警等功能的关键技术,并结合传统的密码验证技术,明显提高了系统的可靠性和稳定性。实验验证表明:报警响应时间在830ms到2980ms之间,报警正确率达到99.98%。关键词:人脸识别;智能录像;短信报警;算法分析;系统实现中图分类号:TP31714 文献标

2、识码:A 文章编号:1008-8725(2010)03-0064-04Design of an Intelligent Monitoring System Based on FaceRecognition TechnologyHUANGJia-rong(School of Computer Science and Information,NeiJiang Normal University,Neijiang 641112,China)Abstract:T o overcome the low intelligence level and weak informing capability of

3、 traditional intelligent moni2toring systems,an intelligent monitoring pattern that is based on face recognition technology is put forward.Based on relevant arithmetic analysis on face recognition techniques such as image-preprocessing,the extrac2tion of face-trait values and the recognition of face

4、,this new monitoring system has realized the critical tech2niques to do intelligent video recording according to the results of face recognition and send alarming throughshort messages.With a combination of traditional code verification techniques,the new monitoring system hasevidently improved the

5、reliability and stability of such systems.Experiments prove that the rate of correctnessof alarming is 99.98%if the alarming time is between 830ms and 1980ms.Key words:face recognition;intelligent video recording;short message alarming;arithmetic analysis;systemrealization0 概述目前,随着视频压缩技术的发展,特别是MPEG-

6、4,H.264等高性能的视频压缩格式的出现,使视频监控系统从传统的模拟时代到今天的完全数字视频监控系统,信息的记录也从传统的需要人24 h值守到今天的实时记录并随时查看播放,而且系统具有操作简单、成本低廉、系统性能稳定可靠等特点,因此视频监控系统得到广泛研究和普遍使用。然而,就目前的监控系统的技术性能进行分析,笔者发现目前的视频监控系统存在一些不足,表现如下:基本上都采用单片机作为控制系统,智能程度不高,对于复杂情况的处理能力较弱;出现异常情况后告知能力弱,传统的视频监控系统基本上采用的都是出现异常时给监控室一个报警信号,不能给远方的相关人员提供及时信息;对一些重要信息基本上都是采用全天记录的

7、形式,造成记录了大量无关的数据,严重浪费有限资源等等。作者希望在目前视频监控系统技术基础上进行功能拓展,以克服上述缺点,从而实现真正的智能视频监控。1 系统设计原则该系统除了具有典型视频监控系统所需要的监控功能和报警功能外,还应该具有以下功能:(1)视频监控系统具有人脸自动识别能力。要求系统能够自动捕捉出入监控范围的人员脸部图像,并自动识别判断是否为合法出入人员。(2)系统在出现异常情况时自动启动录像的功能,所形成的视频文件以日志的形式保存;同时用户还可以根据具体情况要求选择24 h全天记录。在收稿日期:2009-11-03;修订日期:2009-11-20作者简介:黄家荣(1967-),男,四

8、川安岳人,副教授,主要从事嵌入式系统、数字图像处理等领域的教学及相关研究工作。第29卷第3期2010年3月煤 炭 技 术Coal TechnologyVol129,No103Mar,2010这两种模式中,24 h全天候记录要求系统的存储空间大,系统资源占用较多,一般用在需要长时间特别监控的场合;而条件记录模式只有在异常情况出现时才自动记录,这样可以节约相当多的系统资源。(3)如果出现异常,系统在进行记录的同时启动远程短信系统告知相关用户。系统除了保留传统的告警形式(出现异常时系统中的蜂鸣器发声或者报警灯闪烁等)外,还采用远程短信告知的形式,可以使远在异地的用户接收到相应的警示信息,使系统更加灵

9、活。2 硬件平台设计系统的硬件平台如图1所示:图1 系统结构框图系统工作过程:USB摄像头拍摄的视频信号提供给PC机,处理器利用相应的算法对图像进行如滤波、图像的平滑锐化、二值化、特征点的提取与匹配等实时处理,如果抓拍到的人脸图像能够在标准图片库中找到匹配图片,那么意味着这个人是合法出入人员,系统仅仅提供常规监视即可。如果抓取的人脸图片不是事先库中的图片,系统一方面立即启动录像系统进行记录,另一方面启动本地报警系统报警,同时将报警信息通过RS232串口提供给GSM模块,并通过它传输到GSM网上,最终以短信的形式提供给异地用户和远程监控中心。3 关键技术分析3.1 人脸识别算法的实现人脸识别就是

10、通过分析输入的人脸图像得到每个人脸的位置、大小和各个主要面部器官的位置等信息,并依据这些信息,进一步提取每个人脸中所蕴含的身份特征,将其与已知人脸库中的人脸进行对比,从而识别每个人脸的身份。主要包含图像预处理、面部特征提取和人脸识别等3个环节。3.1.1 图像预处理人脸图像的拍摄受光照、拍摄角度、位置等因素影响较大,为了能够进行正确的识别,必须先对拍摄到的人脸图像进行处理,使在任何情况下拍摄得到的人脸图像都具有标准灰度等级、标准位置、标准大小。(1)采用灰度均值方差标准化的方法进行图像灰度归一化处理,以消除光照、表情对图像的影响1。假设得到一像素大小为ab的图像矩阵,它的灰度分布矩阵为A(x,

11、y),0 xa-1,0 y insert(r n run SendEmergent2Message r n);if(GSMEnable=TRUE)QString strEmergentMsg=;if(IRDAalertmessage=1)strEmergentMsg+=QString(有非法人员进入!);4 系统实验与结果系统开发环境为Visual C+。该系统的人脸识别部分通过在标准的FERET人脸库和Bio ID人脸库上进行实验验证,将人脸图像集分成训练集和测试集,其中测试集分成两个部分:一部分为已知图像集,另一部分为待识别图像集。从FERET人脸库中抽取50人,每人2幅共100幅图像作为

12、训练集,另选50人,每人2幅共100幅图像作测试集,其中已知图像集和待识别图像集中各含有50幅图像(每人1幅),训练集与测试集完全不相交。从Bio ID人脸库中抽取20人,每人2幅共40幅图像作训练集,再抽取20人,每人2幅共40幅图像作测试集,已知图像集和待识别图像集各占其中的1幅。测试结果表明,该系统的识别率分别为:在FERET人脸库中达到78.4%;在Bio ID人脸库中达到87.5%;在FE2RET+Bio ID人脸库中达到81.7%;报警响应时间上,通过近百次实验证明,该系统的报警响应时间在830ms到2980ms之间,报警正确率达到83.6%。可以看出,系统的正确识别率不是很高,这

13、主要是人脸识别技术还需要进一步的研究,以解决人脸识别中对光线、姿态、表情、小部分遮挡等不敏感的问题。为了进一步提高可靠性,该系统在人脸识别技术基础上,还采用了二次密码验证的方式作为补充(由于这部分内容相对简单而且非常成熟,因此文中没有讨论),使系统报警正确率达到99.98%,明显提高了系统可靠性。参考文献:1 周贤君,胡金演,郭凤.基于PCA算法的人脸图像预处理研究J.电视技术,2008,(7):17-19.2 马海兵,白洁.人脸识别技术在智能视频监控系统中的应用J.现代电子技术,2007,(20):125-128.3 刘向东,陈兆乾.人脸识别技术的研究J.计算机研究与发展.2004,(7):1074-1079.4 羊裔高.面像识别中的图像处理研究J.四川大学学报(自然科学版),2008,(6):532-536.5 张锦,成奋华,林雪梅,等.基于子图特征组合的人脸识别技术研究J.湖南大学学报(自然科学版),2007,(6):70-73.(责任编辑 王凤英)欢迎订阅煤炭技术第3期 黄家荣:一种基于人脸识别技术的智能监控系统设计 67