一種智能門禁系統及控制方法與流程

本發明實施例涉及人工智能技術領域，尤其涉及一種智能門禁系統及控制方法。

背景技術：

門禁系統是對出入口通道進行管制的系統，門禁系統是實現重要部門出入口安全防范管理的有效措施，門禁系統適用各種機要部門，如銀行、賓館、車場管理、機房、軍械庫、機要室、辦公間、智能化小區、工廠等。在工作環境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發揮著較大的作用。

隨著社會經濟的繁榮發展，各行業人流量不斷增大，如何對進入口的人流快速、精確的進行管制，以及自動、準確、方便地記錄人員進出信息是門禁系統急需解決的問題。

現有的門禁系統主要通過近距離的指紋識別、人臉識別、密碼驗證或卡片驗證等方式進行安全驗證，驗證條件比較苛刻，且每次只能對單個用戶進行驗證，門禁系統的工作效率低下。此外，頻繁地對門禁系統的硬件設備，如指紋識別器進行觸摸操作也大大增加了門禁系統的硬件設備損壞的可能性，提高了門禁系統的維護成本。

技術實現要素：

本發明實施例提供了一種智能門禁系統及控制方法，以解決現有的門禁系統的驗證條件苛刻，且每次只能對單個用戶進行驗證，工作效率低下，以及門禁系統的硬件設備損壞率高和維護成本高的問題。

根據本發明實施例的一方面，提供了一種智能門禁系統，包括：人體數據采集模塊、手勢識別模塊、人臉識別模塊和處理與控制模塊；

所述人體數據采集模塊，用于當至少一個用戶與數據采集設備之間的距離小于或者等于預設第一距離時，通過所述數據采集設備采集得到一個或多個用戶的人體數據；

所述手勢識別模塊，用于將一個或多個用戶的人體數據中的手勢數據與預存的手勢模板數據進行匹配，若至少一個手勢數據與預存的手勢模板數據匹配，則向所述處理與控制模塊發送對應的預控制信號，并向所述人臉識別模塊發送人臉識別指令；

所述人臉識別模塊，用于按照所述人臉識別指令，將手勢數據匹配的人體數據中的人臉數據與預存的人臉模板數據進行匹配，若所述人臉數據與預存的人臉模板數據匹配，則向所述處理與控制模塊發送執行指令；

所述處理與控制模塊，用于按照所述執行指令執行所述預控制信號對應的操作。

根據本發明實施例的另一方面，還提供了一種智能門禁控制方法，包括：

當至少一個用戶與數據采集設備之間的距離小于或者等于預設第一距離時，通過所述數據采集設備采集得到一個或多個用戶的人體數據；

將采集到的人體數據中的手勢數據與預存的手勢模板數據進行匹配，若至少一個手勢數據與預存的手勢模板數據匹配，則發送對應的預控制信號，并發送人臉識別指令；

按照所述人臉識別指令，將手勢數據匹配的人體數據中的人臉數據與預存的人臉模板數據進行匹配，若所述人臉數據與預存的人臉模板數據匹配，則發送執行指令；

按照所述執行指令執行所述預控制信號對應的操作。

根據本發明實施例提供的智能門禁系統及控制方法，該智能門禁系統包括：人體數據采集模塊、手勢識別模塊、人臉識別模塊和處理與控制模塊；其中，人體數據采集模塊，用于當至少一個用戶與數據采集設備之間的距離小于或者等于預設第一距離時，通過數據采集設備采集得到一個或多個用戶的人體數據；手勢識別模塊，用于將采集到的人體數據中的手勢數據與預存的手勢模板數據進行匹配，若至少一個手勢數據與預存的手勢模板數據匹配，則向處理與控制模塊發送對應的預控制信號，并向人臉識別模塊發送人臉識別指令；人臉識別模塊，用于按照人臉識別指令，將手勢數據匹配的人體數據中的人臉數據與預存的人臉模板數據進行匹配，若人臉數據與預存的人臉模板數據匹配，則向處理與控制模塊發送執行指令；處理與控制模塊，用于按照執行指令執行預控制信號對應的操作。

本發明實施例通過人體數據采集模塊采集一個或多個用戶的人體數據，并利用手勢識別模塊和人臉識別模塊對采集到的用戶的人體數據進行識別，與傳統的門禁系統只能對單個用戶進行識別相比，提高了用戶驗證的效率。

本發明實施例先通過手勢識別模塊進行人體數據的粗略識別，再通過人臉識別模塊進行人體數據的精確識別，利用兩級識別方式提高了用戶驗證的準確率和精度。

本發明實施例在用戶與數據采集設備之間的距離小于或者等于預設第一距離時即可采集人體數據，該預設第一距離可以設置為3.5米左右，與傳統的門禁系統只能在用戶與數據采集設備接觸或者距離較近時采集人體數據相比，優化了用戶的使用體驗。

本發明實施例基于手勢識別和人臉識別兩種識別方式對用戶進行驗證，避免了用戶直接接觸門禁系統的硬件設備，如數據采集設備，降低了門禁系統的硬件設備的故障率和維修成本。

附圖說明

圖1是本發明實施例一的一種智能門禁系統的結構示意圖；

圖2是本發明實施例二的一種智能門禁系統的結構示意圖；

圖3是本發明實施例二的一種智能門禁系統的原理圖；

圖4是本發明實施例三的一種智能門禁系統控制方法的步驟流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖(若干附圖中相同的標號表示相同的元素)和實施例，對本發明實施例的具體實施方式作進一步詳細說明。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

本領域技術人員可以理解，本發明實施例中的“第一”、“第二”等術語僅用于區別不同步驟、設備或模塊等，既不代表任何特定技術含義，也不表示它們之間的必然邏輯順序。

實施例一

圖1示出了根據本發明實施例一的一種智能門禁系統的結構示意圖。

參照圖1，本實施例的智能門禁系統包括：人體數據采集模塊100、手勢識別模塊102、人臉識別模塊104和處理與控制模塊106。

人體數據采集模塊100，用于當至少一個用戶與數據采集設備之間的距離小于或者等于預設第一距離時，通過數據采集設備采集得到一個或多個用戶的人體數據。

其中，數據采集設備可以為現有的價格低廉、捕捉精度適中的傳感器，如Kinect傳感器(一種體感傳感器)等。本實施例對數據采集設備的類型和型號不做具體限制。

預設第一距離可以設定為3.5米，還可根據實際情況，如數據采集設備的工作參數、用戶量等進行設定，本實施例對預設第一距離的具體數值和單位不做限制。

在實際實施過程中，本實施例中的人體數據采集模塊100可以通過一個數據采集設備，如Kinect傳感器同時采集多個用戶的人體數據。人體數據可以包括手勢數據和人臉數據，可以對采集到的人體數據進行分割，分別得到手勢數據和人臉數據。本實施例中，對采集到的人體數據進行分割所用的技術手段可以為常用的數據分割技術手段，本實施例對數據分割的具體執行過程不做限制。

手勢識別模塊102，用于將采集到的用戶的人體數據中的手勢數據與預存的手勢模板數據進行匹配，若至少一個手勢數據與預存的手勢模板數據匹配，則向處理與控制模塊106發送對應的預控制信號，并向人臉識別模塊104發送人臉識別指令。

本實施例中，預存的手勢模板數據可以包括多種手勢，每種手勢可以對應不同的預控制信號。例如，手勢識別模塊102將采集到的用戶的人體數據中的手勢數據與預存的手勢模板數據進行匹配，若手勢數據s1與預存的手勢模板數據中的手勢h1匹配，則向處理與控制模塊106發送與手勢h1對應的預控制信號。

手勢識別模塊102向人臉識別模塊104發送人臉識別指令，通知人臉識別模塊104執行后續的人臉識別操作。

人臉識別模塊104，用于按照人臉識別指令，將手勢數據匹配的人體數據中的人臉數據與預存的人臉模板數據進行匹配，若人臉數據與預存的人臉模板數據匹配，則向處理與控制模塊106發送執行指令。

例如，手勢識別模塊102在對手勢數據與預存的手勢模板數據進行匹配的過程中，手勢數據s1與預存的手勢模板數據中的手勢h1匹配，則人臉識別模塊104在接收到人臉識別指令后，將手勢數據s1所在的人體數據中的人臉數據r1與預存的人臉模板數據進行匹配，預存的人臉模板數據可以包括多個用戶的人臉。

處理與控制模塊106，用于按照執行指令執行預控制信號對應的操作。

例如，若預控制信號對應的操作為按照正常速度開門，則處理與控制模塊106在接收到執行指令后，控制門禁控制器實現正常速度開門的操作；若預控制信號對應的操作為按照比正常速度更快的速度開門，則處理與控制模塊106在接收到執行指令后，控制門禁控制器實現快速開門的操作。

根據本發明實施例提供的智能門禁系統，該智能門禁系統包括：人體數據采集模塊、手勢識別模塊、人臉識別模塊和處理與控制模塊；其中，人體數據采集模塊，用于當至少一個用戶與數據采集設備之間的距離小于或者等于預設第一距離時，通過數據采集設備采集得到一個或多個用戶的人體數據；手勢識別模塊，用于將采集到的用戶的人體數據中的手勢數據與預存的手勢模板數據進行匹配，若至少一個手勢數據與預存的手勢模板數據匹配，則向處理與控制模塊發送對應的預控制信號，并向人臉識別模塊發送人臉識別指令；人臉識別模塊，用于按照人臉識別指令，將手勢數據匹配的人體數據中的人臉數據與預存的人臉模板數據進行匹配，若人臉數據與預存的人臉模板數據匹配，則向處理與控制模塊發送執行指令；處理與控制模塊，用于按照執行指令執行預控制信號對應的操作。

本發明實施例通過人體數據采集模塊采集一個或多個用戶的人體數據，并利用手勢識別模塊和人臉識別模塊對一個或多個用戶的人體數據進行識別，與傳統的門禁系統只能對單個用戶進行識別相比，提高了用戶驗證的效率。

本發明實施例先通過手勢識別模塊進行人體數據的粗略識別，再通過人臉識別模塊進行人體數據的精確識別，利用兩級識別方式提高了用戶驗證的準確率和精度。

本發明實施例在用戶與數據采集設備之間的距離小于或者等于預設第一距離時即可采集人體數據，該預設第一距離可以設置為3.5米左右，與傳統的門禁系統只能在用戶與數據采集設備接觸或者距離較近時采集人體數據相比，優化了用戶的使用體驗。

本發明實施例基于手勢識別和人臉識別兩種識別方式對用戶進行驗證，避免了用戶直接接觸門禁系統的硬件設備，如數據采集設備，降低了門禁系統的硬件設備的故障率和維修成本。

實施例二

圖2示出了根據本發明實施例二的一種智能門禁系統的結構示意圖。

本實施例在于強調與上述實施例的不同之處，相同之處可以參照上述實施例中的介紹和說明，在此不再贅述。

參照圖2，本實施例的智能門禁系統包括：人體數據采集模塊200、手勢識別模塊202、人臉識別模塊204、處理與控制模塊206、數據庫存儲與更新模塊208、顯示模塊210、通信模塊212、語音模塊214、報警模塊216和電源模塊218。

本實施例中，人體數據采集模塊200分別在建立模板數據庫階段和智能門禁系統識別階段采集用戶的人體數據。

(一)、建立模板數據庫階段

人體數據采集模塊200采用數據采集設備(如Kinect傳感器)建立用戶的人臉模板數據庫和手勢模板數據庫。

考慮到現有二維彩色圖像數據的缺陷，本實施例的智能門禁系統采用深度圖像和RGB圖像相結合進行用戶身份驗證，即需要人體數據采集模塊200采集一個或多個用戶的用戶人臉的深度圖像和RGB圖像，以及用戶手勢的深度圖像和RGB圖像，并分別提取用戶人臉的深度圖像和RGB圖像，以及用戶手勢的深度圖像和RGB圖像的特征來建立用戶的人臉模板數據庫和手勢模板數據庫，進而充分利用人體的二維彩色信息和三維信息進行用戶身份識別來提高識別精度。采集的人臉數據(用戶人臉的深度圖像和RGB圖像)用于對用戶身份的精確識別；而采集的手勢數據(用戶手勢的深度圖像和RGB圖像)有兩個作用：一是用于對用戶身份的粗略識別；二是根據用戶手勢的不同來設置不同的功能，如不同的手勢可以按照不同的速度開門或者關門。當根據手勢數據設置不同的開門的速度時，可以預先設置幾個檔次的開門的速度，如設定為2個檔次：快速開門和正常速度開門，相應的定義兩種手勢分別作為快速開門和正常速度開門的標識，假設快速開門的手勢為單手胸前握拳；正常速度開門的手勢為單手胸前勝利手勢(即手的中指和食指伸直、其余手指彎曲)。如果用戶做出以上任意一種手勢，則判斷該用戶有可能是允許通行的用戶，并進行下一步精確識別，即后續的人臉識別，并根據用戶的手勢確定正常速度開門還是快速開門。如果用戶沒有做出上述兩種手勢中的任何一種手勢，則用戶不是允許通行的用戶，不需要進行開門操作。

(二)、智能門禁系統識別階段

例如，當用戶距離數據采集設備3.5米左右時，人體數據采集模塊200采集用戶的人體數據。本實施例改變了需要近距離采集人體數據的要求，擴大了采集人體數據的距離，可以同時采集多個用戶的人體數據。

手勢識別模塊202將人體數據的手勢數據與預存的手勢模板數據進行匹配，若手勢數據與手勢模板數據匹配，如手勢數據是胸前握拳手勢，則向處理與控制模塊206發送準備快速開門的預控制信號；又如手勢數據是胸前勝利手勢，則向處理與控制模塊206發送準備正常速度開門的預控制信號；若手勢數據與手勢模板數據不匹配，則向處理與控制模塊206發送不予開門且不需進行人臉識別的信號。

仍以手勢模板數據包括兩種手勢為例進行介紹，手勢模板數據包括第一手勢模板數據和第二手勢模板數據。當人體數據采集模塊200采集一個或多個用戶的人體數據時，手勢識別模塊202將一個或多個用戶的人體數據中的手勢數據與第一手勢模板數據或第二手勢模板數據進行匹配，若至少一個手勢數據與第一手勢模板數據匹配，則向處理與控制模塊206發送第一預控制信號，并向人臉識別模塊204發送人臉識別指令；若至少一個手勢數據與第二手勢模板數據匹配，則向處理與控制模塊206發送第二預控制信號，并向人臉識別模塊204發送人臉識別指令。其中，第一預控制信號與第一手勢模板數據具有對應關系，第二預控制信號與第二手勢模板數據具有對應關系。

人臉識別模塊204在接收到手勢識別模塊202發送的人臉識別指令或者人臉識別信號后，將人體數據的人臉數據與預存的人臉模板數據進行匹配，該人臉數據與手勢識別模塊202識別匹配的手勢數據屬于同一個用戶，若人臉數據與預存的人臉模板數據匹配，則向處理與控制模塊206發送執行指令，若人臉數據與預存的人臉模板數據不匹配，則當人臉數據對應的用戶與門(或與數據采集設備)之間的距離小于或者等于預設第二距離時，向處理與控制模塊206發送報警信號。

其中，預設第二距離可以小于預設第一距離，例如，預設第二距離可以為0.5米，本實施例對預設第二距離的數值和單位不做限制。

需要說明的是，若手勢識別模塊202判斷手勢數據s1與手勢模板數據匹配，手勢數據s1和人臉數據r1均屬于用戶y1，則人臉識別模塊204將人臉數據r1與用戶y1的人臉模板數據進行匹配。

處理與控制模塊206在接收到人臉識別模塊204發送的執行指令后，執行手勢識別模塊202發送的預控制信號對應的操作。

數據庫存儲與更新模塊208用于將提取到的用戶人臉的特征數據、用戶手勢的特征數據和相應的手勢類別數據存儲至智能門禁系統數據庫中；其中，人臉模板數據包括用戶人臉的特征數據，手勢模板數據包括用戶手勢的特征數據和相應的手勢類別數據。

考慮到人臉特征隨著年齡或季節的變化會有微小的變化，因此，數據庫存儲與更新模塊208，還用于對智能門禁系統數據庫中的預設時間段的同一用戶的用戶人臉的特征數據進行計算得到該時間段內該用戶的用戶人臉的平均特征數據，并將該用戶的人臉模板數據更新為平均特征數據。其中，預設時間段可以為一個月，本實施例對預設時間段的時間長短不做限制。

顯示模塊210，用于顯示手勢圖像、人臉圖像和智能門禁系統的操作界面。

通信模塊212，用于智能門禁系統與門禁控制器通信。

語音模塊214，用于處理訪客與后臺管理人員的通話。

報警模塊216，用于根據處理與控制模塊206發送的報警信號進行報警。

為了提高智能門禁系統的智能性，當有人強行進入，或存在人為原因對報警信號進行屏蔽和破壞時，報警模塊216可以發出報警聲，并通知管理人員及時處理，提高了智能門禁系統的安全性和實用性，使智能門禁系統更加智能化和人性化。

電源模塊218，用于為智能門禁系統提供電源保障，可以是UPS電源。

基于上述對本實施例的智能門禁系統的介紹，根據本實施例的一種智能門禁系統的原理圖如圖3所示，該智能門禁系統可以包括服務器、手勢識別模塊、人臉識別模塊、交換機、門禁控制器和電源。其中，服務器為智能門禁系統的手勢識別模塊和人臉識別模塊提供高效率的運算能力。交換機為智能門禁系統提供快速安全的通信保障。電源為智能門禁系統的正常運行提供能源保障，可以為UPS電源。在行人與數據采集傳感器的距離由遠及近的過程中，當達到一定距離，如3.5米左右時，數據采集傳感器開始采集所有行人的人體數據，手勢識別模塊對人體數據中的手勢數據進行識別。若數據采集傳感器采集到的手勢數據與數據庫中的手勢模板數據匹配，包括兩種情況：一種是手勢數據表示胸前握拳手勢，則手勢識別模塊通過交換機和3G網絡向門禁控制器發送快速開門的信號，并通知人臉識別模塊啟動人臉識別程序，進行精確身份識別；另一種是手勢數據表示胸前勝利手勢，則手勢識別模塊通過交換機和3G網絡向門禁控制器發送正常速度開門的信號，并通知人臉識別模塊啟動人臉識別程序，進行精確身份識別。若數據采集傳感器采集到的手勢數據與數據庫中的手勢模板數據不匹配，則手勢識別模塊通過交換機和3G網絡向門禁控制器發送不予開門的信號。

若數據采集傳感器采集到的手勢數據與數據庫中的手勢模板數據匹配，表示行人通過手勢驗證，則人臉識別模塊開啟人臉識別過程，將通過手勢驗證的行人的人臉數據與數據庫中人臉模板數據進行匹配，若數據采集傳感器采集到的人臉數據與數據庫中的人臉模板數據匹配，則人臉識別模塊通過交換機和3G網絡向門禁控制器發送快速開門或者正常速度開門的執行指令；若數據采集傳感器采集到的人臉數據與數據庫中的人臉模板數據不匹配，則人臉識別模塊通過交換機和3G網絡向門禁控制器發送不予開門的信號。如果行人繼續向門前進，與門近距離接觸時，則人臉識別模塊通過交換機和3G網絡向門禁控制器發送警報信號，啟動異常報警功能。

需要說明的是，上述的3G網絡還可以利用其它網絡進行替代，如4G網絡或者WiFi網絡等，本實施例對交換機與門禁控制器之間的網絡不做限制。

根據本實施例提供的智能門禁系統，通過人體數據采集模塊采集一個或多個用戶的人體數據，并利用手勢識別模塊和人臉識別模塊對采集到的用戶的人體數據進行識別，與傳統的門禁系統只能對單個用戶進行識別相比，提高了用戶驗證的效率。

本實施例先通過手勢識別模塊進行人體數據的粗略識別，再通過人臉識別模塊進行人體數據的精確識別，利用兩級識別方式提高了用戶驗證的準確率和精度。

本實施例在用戶與數據采集設備之間的距離小于或者等于預設第一距離時即可采集人體數據，該預設第一距離可以設置為3.5米左右，與傳統的門禁系統只能在用戶與數據采集設備接觸或者距離較近時采集人體數據相比，優化了用戶的使用體驗。

本實施例基于手勢識別和人臉識別兩種識別方式對用戶進行驗證，避免了用戶直接接觸門禁系統的硬件設備，如數據采集設備，降低了門禁系統的硬件設備的故障率和維修成本。

本實施例可以通過識別用戶的不同手勢，進而執行不同的操作或功能，如控制開門的速度，滿足了用戶對開門速度的不同需求，優化了用戶的使用體驗。

本實施例通過報警模塊進行報警，可以將報警信息發送給管理人員，提升了智能門禁系統的安全性和實用性。

本實施例可以定期對數據庫中的人臉模板數據進行更新，提高了人臉數據識別的準確率，避免了人臉特征隨時間而改變導致的人臉數據識別準確率低的問題。

實施例三

圖4示出了根據本發明實施例三的一種智能門禁控制方法的步驟流程圖。

本實施例提供的智能門禁控制方法包括如下步驟：

步驟S400、當至少一個用戶與數據采集設備之間的距離小于或者等于預設第一距離時，通過數據采集設備采集得到一個或多個用戶的人體數據。

步驟S402、將采集到的用戶的人體數據中的手勢數據與預存的手勢模板數據進行匹配，若至少一個手勢數據與預存的手勢模板數據匹配，則執行步驟S404；若所有手勢數據與預存的手勢模板數據均不匹配，則本次流程結束。

本實施例以預存的手勢模板數據包括第一手勢模板數據和第二手勢數據為例進行說明，本步驟S402具體可以為：將采集到的用戶的人體數據中的手勢數據與預存的第一手勢模板數據或預存的第二手勢模板數據進行匹配，若至少一個手勢數據與預存的第一手勢模板數據匹配，則執行步驟S404發送第一預控制信號，并發送人臉識別指令；若至少一個手勢數據與預存的第二手勢模板數據匹配，則執行步驟S404發送第二預控制信號，并發送人臉識別指令。

本實施例中，數據采集設備采集一個或多個用戶的用戶人臉的深度圖像和RGB圖像，并對用戶人臉的深度圖像和RGB圖像進行特征提取，得到一個或多個用戶的用戶人臉的特征數據，用戶人臉的特征數據即人臉模板數據。

步驟S404、發送對應的預控制信號，并發送人臉識別指令。

本步驟S404中對應的預控制信號為與手勢模板數據對應的預控制信號。

步驟S406、按照人臉識別指令，將手勢數據匹配的人體數據中的人臉數據與預存的人臉模板數據進行匹配，若人臉數據與預存的人臉模板數據匹配，則執行步驟S408；若人臉數據與預存的人臉模板數據不匹配，則本次流程結束，發送預控制信號清除指令。

本實施例中，數據采集設備采集一個或多個用戶的用戶手勢的深度圖像和RGB圖像，并對用戶手勢的深度圖像和RGB圖像進行特征提取，得到一個或多個用戶的用戶手勢的特征數據和相應的手勢類別數據，用戶手勢的特征數據和相應的手勢類別數據構成手勢模板數據。

步驟S408、發送執行指令。

步驟S410、按照執行指令執行預控制信號對應的操作。

本實施例中的一個或多個用戶的用戶人臉的特征數據、用戶手勢的特征數據和相應的手勢類別數據可以預先存儲在數據庫中，并且對數據庫中的人臉模板數據進行定期更新，例如，對預設時間段的同一用戶的用戶人臉的特征數據進行計算得到該時間段內該用戶的用戶人臉的平均特征數據，并將該用戶的人臉模板數據更新為平均特征數據。

本實施例的智能門禁系統控制方法可以采用前述多個實施例中相應的智能門禁系統實現，并具有相應的系統實施例的有益效果，在此不再贅述。

需要指出，根據實施的需要，可將本發明實施例中描述的各個部件/步驟拆分為更多部件/步驟，也可將兩個或多個部件/步驟或者部件/步驟的部分操作組合成新的部件/步驟，以實現本發明實施例的目的。

本領域普通技術人員可以意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及方法步驟，能夠以電子硬件、或者計算機軟件和電子硬件的結合來實現。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明實施例的范圍。

以上實施方式僅用于說明本發明實施例，而并非對本發明實施例的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明實施例的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發明實施例的范疇，本發明實施例的專利保護范圍應由權利要求限定。