基于人臉識別控制的直流電磁繼電器裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電氣控制系統技術領域，涉及一種基于人臉識別控制的直流電磁繼電 器裝置，本發明還涉及該直流電磁繼電器裝置的控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著信息技術向生活服務各方面滲透，工業互聯網、云計算、大數據與互聯網新技 術之間的不斷的融合應用，再加上物聯網的興起促使工業走向智能化，電力用戶對電氣設 備的需求也逐步趨向智能化的方展。傳統的電磁繼電器通常應用于自動控制電路中，使用 較小的電流和電壓控制具有較大電流和較高電壓的電氣設備。若將傳統的電磁繼電器開關 用來控制電氣方面的特種設備或高危設備，很容易造成非專業人員的非法操作，導致對電 氣設備的損害，甚至有可能使整個電氣系統癱瘓。傳統的電磁繼電器開關用于控制特種設 備或高危設備存在的不安全和不可靠的問題。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種基于人臉識別控制的直流電磁繼電器裝置，能夠通過 識別授權用戶實時面部圖像的方法達到控制直流電磁繼電器電路的通斷的目的，并且能夠 簡單、快速、安全、可靠、智能的控制電氣設備。
[0004] 本發明采用的技術方案是，一種基于人臉識別控制的直流電磁繼電器裝置，包括 人臉識別模塊、電源開關控制器、語音播報器、直流電磁繼電器、液晶顯示器，人臉識別模塊 分別與液晶顯示器、電源開關控制模塊及語音播報器連接，電源開關控制模塊與直流電磁 繼電器的低壓控制電路連接，當人臉識別模塊識別到用戶人臉時會在液晶顯示器上實時顯 示出用戶的人臉圖像，如果人臉識別模塊識別成功后電源開關控制模塊會輸出24V直流電 壓供給直流電磁繼電器的低壓控制電路。
[0005] 本發明的另一目的是，提供上述基于人臉識別控制的直流電磁繼電器裝置的控制 方法。
[0006] 本發明的另一技術方案是，基于人臉識別控制的直流電磁繼電器裝置的控制方 法，具體按照以下步驟實施：
[0007] 步驟1，對采集到的人臉圖像進行預處理，采用Haar小波基函數計算圖像的矩形特 征并構造分類器，對人臉進行檢測，
[0008] 步驟2,經過對強分類器輸出的特征人臉向量R(D)預處理后，再利用Angle Contex 矩陣對特征向量R(D)進行相似人臉匹配，提高人臉識別精度，事先建立授權用戶的人臉數 據庫，然后對提取到的人臉特征利用Angle Contex矩陣進行計算它與建立的授權人臉數據 庫的相似度，判斷是否為授權用戶人臉。
[0009] 本發明的特點還在于，
[0010] 步驟1的具體步驟是：
[0011] 步驟1.1，矩形特征值為黑色區域中所有像素灰度值之和與白色區域中所有像素 灰度值之和的差值，采用了一種類似于Haar小波基函數的矩形特征，檢測窗口中的矩形特 征值，矩形特征值可以通過積分圖像像素的灰度值來計算，積分圖像中坐標為(X，Y)像素的 灰度值等于原圖像上對應位置左上側所有像素灰度值的累加；
[0012]積分圖像的計算公式如下：
[0014] Ι(Χ，Υ)為積分后的圖像，i(x，y)為原圖像，
[0015] 步驟1.2,把求得像素點的積分圖像I(X，Y)作為一個序列，組成該圖的積分圖矩 陣，根據積分圖矩陣找到矩陣特征值的集合D，
[0016] D={ai,a2,a3,a4,........am} (1-2)
[0017] 步驟1.3,在矩形窗口中，構建多級分類器得到最優閾值的分類函數，對矩陣特征 值進行最有利的分類，
[0018] 步驟1.4,在檢測到的人臉區域內利用灰度二值化和積分投影法進行眼睛定位；以 眼睛坐標為基準點，通過平移、旋轉使兩只眼睛處于同一水平線，通過縮放變換對人臉圖像 進行尺寸大小統一，對人臉圖像進行灰度規范化，通過直方圖均衡化、圖像平滑、灰度歸一 化等計算人臉輪廓內區域灰度的均值和均方差，對整幅人臉圖像進行灰度變換，凸顯人臉 主要面部特征。
[0019] 步驟1.3的具體步驟為：
[0020] 步驟1.3.1，構造訓練樣本集L:
[0021] L={(Di,Ki),(D2,K2),......(Dm, Km)} (1-3)
[0022] 其中D表示樣本的矩陣特征向量，K表示訓練結果，m為訓練總樣本數，m = 1,2 ,
3,.......η；
[0023] 步驟1.3.2，樣本L的初始概率分布為樣本權重：
[0024] η表示訓練樣本數，分類器的迭代次數為t = l，2,3,4.......T，T為任意正整數，計 算歸一化樣本的權值：
[0026] 其中 j = l，2,3,.......η;
[0027] 步驟1.3.3,對每個樣本的矩陣特征向量D調用弱學習算法，訓練一個弱分類器Hj (Dm)，并計算該分類器的錯誤率ξ」
[0029]其中Θ」是弱分類器的閾值，仍為分類器的偏置，控制不等式的方向，為特征矩陣 的特征值，
[0031] 步驟1.3.4,選擇具有最小錯誤率|*對應的弱分類器Ht(Dm)作為最佳分類器，即
[0032] Ct=minCj (1-7)
[0033] 步驟1.3.5，按照最佳分類器重新調整樣本權重為：
[0035]其中第m個樣本判斷正確則em = 0反之em=l.這樣可以增大分類器錯誤樣本權重， 降低分類正確樣本的權重，下一次迭代時弱分類器的選擇就會重視上一次錯誤分類錯誤的 樣本，
[0037] 為最佳分類器重新調整樣本權重的系數；
[0038] 步驟1.3.6，生成強分類器：
[0040]
則分類器輸出結果為1，則認為該檢測窗口可能為人臉區 域，R(D)為輸出的特征人臉向量；
[0041] 利用構造的多級分類器可以排除大多數非人臉區域，檢測出幾乎可能的人臉區 域;如果每一級分類器輸出為1，則認為該檢測窗口可能為人臉區域，將檢測的窗口輸入到 下一級分類器繼續進行判斷，否則，在該級將檢測窗口作為非人臉區域排除掉。
[0042] 步驟2具體為：
[0043] 在提取人臉特征的時候，屬于同一部分的人臉特征點距離是相同的，而人臉的差 異主要表現在人臉各部分輪廓線曲率、角度的不同，可以用8度作為人臉特征平均距離的劃 分，將以基準點為坐標原點的平面劃分45個區域，生成Angle Contex矩陣，計算落入各個區 域的其他離散點的個數，
[0044] 具體按照以下步驟實施：
[0045] 步驟2.1，經過強分類器得到的特征人臉上，以鼻尖、嘴角中點、下巴尖、左眉毛、左 眼角、左嘴角、右眉毛、右眼角、右嘴角為9個特征基準點選定每一個基準點，以8度角度為劃 分間隔選取45個區域(bin)，這樣就可得到9*45個Angle Contex矩陣，
[0046] 步驟2.2,利用角度直方圖相交法和得到的9*45個Angle Contex矩陣計算待匹配 人臉和目標用戶人臉的相似度，計算公式如下：
[0049] P(s，v)為兩個特征向量的相交距離，M(R，R'）為兩個直方圖中每個劃分區域(bin) 所占9*45總區域(bin)像素的比，
[0050] 其中，Ri,g表示待匹配人臉的Angle Contex矩陣，R'1>g表示目標用戶人臉的Angle Contex矩陣，1 = 1，2,......，9表示9個特征基準點；g= 1，2，3，4，5，6，· · ·，44，45表示以8度 角度為劃分間隔選取45個區域；
[0051 ]步驟2.3，計算M(R，R '）的值會在0~1之間，取M(R，R '）最大值就為匹配度最高的相 似人臉，
[0052]步驟2.4，當相似人臉匹配成功后，語音播報器3會播報"識別成功"的語音，否則， 語音播報器3會播報"識別錯誤"的語音，
[0053]其中人臉相似度匹配，在得到的特征人臉圖像上，以鼻尖、嘴角中點、下巴尖、左眉 毛、左眼角、左嘴角、右眉毛、右眼角、右嘴角為9個特征基準點，在經過強分類器得到的特征 人臉圖像上選定每一個基準點，以8度角度為劃分間隔選取45個區域(bin)，這樣就可得到 9*45個Angle Contex矩陣，盡可能多區域劃分提高匹配精度。
[0054] 本發明的有益效果是，與現有的系統相比，實施本發明所用到的設備較少，結構簡 單，成本低廉，方法的可行性和安全性較高。能充分利用人臉識別技術與直流電磁繼電器的 結合，有效的控制電氣系統中的特種設備或高危設備，避免非法用戶的不正當操作，對于工 業實施智能化具有遠大意義，采用人臉識別技術對電氣設備使用用戶進行身份識別，賦予 用戶身份權限來遠程控制直流電磁繼電器的控制回路，從而達到授權用戶對特種設備或高 危設備的操作控制。
【附圖說明】
[0055] 圖1是本發明的一種基于人臉識別控制的直流電磁繼電器的結構示意圖；
[0056] 圖2是本發明的一種基于人臉識別控制的直流電磁繼電器中的電源開關