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          基于圖像識別技術(shù)的地鐵站智能閘機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          作者:楊鵬,胡立夫(沈陽航空航天大學(xué)自動化學(xué)院,沈陽 110136) 時間:2023-03-28 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:針對地鐵站常規(guī)檢查方式效率低、成本高、疫情防范措施不夠全面等問題,研究設(shè)計(jì)了一種新型的智能防疫閘機(jī)。利用紅外傳感器、深度攝像頭等器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的紅外測溫、圖像識別和實(shí)時視頻傳輸?shù)墓δ?,通過樹莓派與STM32F103單片機(jī)分別完成系統(tǒng)的軟硬件控制,在保證系統(tǒng)穩(wěn)健性的同時提高地鐵出行的交通出行效率。

          自新冠疫情爆發(fā)以來,疫情已經(jīng)給民生、經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易和出行產(chǎn)生了巨大影響。目前,我國已經(jīng)成功地戰(zhàn)勝疫情,并恢復(fù)了公交、地鐵等交通工具的正常使用。但為了更好地防范疫情、守護(hù)這來之不易的成果,國家對各種交通運(yùn)輸場所都制定了相關(guān)的防疫規(guī)定。如何在疫情防控期間做好常態(tài)化交通出行的同時,保障出行乘客的安全是當(dāng)下至關(guān)重要的任務(wù)。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202303/444971.htm

          地鐵是居民的重要出行工具,也是疫情防控的重點(diǎn)場所。對于地鐵站這種客流量大的交通場所,如果僅靠人工對乘客進(jìn)行測溫、驗(yàn)碼等工作不僅會耗費(fèi)大量的人力,還可能發(fā)生漏檢、誤檢等情況。因此人工檢測的方式仍有一定的缺陷和不足,需要設(shè)計(jì)出一種高效智能的安全檢測防疫系統(tǒng)。

          1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

          本文設(shè)計(jì)了一種可以自動測溫、口罩識別、健康碼核驗(yàn)、實(shí)時等多種功能的地鐵站智能閘機(jī)系統(tǒng)。其主控設(shè)備為樹莓派、硬件核心為STM32F103 單片機(jī),系統(tǒng)通過HC-SR04 傳感器與GY-906 傳感器分別進(jìn)行測距和測溫,通過深度攝像頭進(jìn)行,將接收到的信息通過STM32F013 單片機(jī)發(fā)送給樹莓派,樹莓派經(jīng)過分析和計(jì)算后判斷乘客的信息是否異常后進(jìn)行決策。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

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          圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

          2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

          本文結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)各個傳感器檢測的精度,的最佳范圍以及出入乘客的舒適度,設(shè)計(jì)了長1.3 m,寬0.3 m,高為1 m,通道寬度為0.55 m 的閘機(jī)系統(tǒng)。其系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

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          圖2 閘機(jī)立體結(jié)構(gòu)圖

          2.1 系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

          閘機(jī)系統(tǒng)包含顯示屏、紅外溫度傳感器等多個硬件設(shè)備,本文采用了CAN總線的接線方式連接系統(tǒng)的硬件設(shè)備。CAN 總線的接線方式不僅可以減少單片機(jī)I/O口的使用數(shù)量,簡化通行邏輯控制板的設(shè)計(jì),還可以優(yōu)化閘機(jī)內(nèi)部的線路布局,降低系統(tǒng)運(yùn)行所出現(xiàn)的故障率。其中閘機(jī)CAN總線的節(jié)點(diǎn)及控制面板設(shè)計(jì)如圖3 所示。

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          圖3 CAN總線接線板設(shè)計(jì)

          3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

          3.1 主控模塊設(shè)計(jì)

          防疫檢測識別電路最為主要的是核心控制模塊,電路采用STM32F103 單片機(jī)與樹莓派4b 作為核心控制單元。STM32F103 單片機(jī)具有高頻穩(wěn)定的特點(diǎn),擁有8 位CPU,在系統(tǒng)內(nèi)部具有可編程Flash 且操作簡單,可高效完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的距離檢測、溫度檢測;樹莓派4b 是一種64 位可編程控制器,4 核CPU 且工作頻率為1.5 GHz,不僅具有高效的運(yùn)行速度,還可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多變的控制,從而輕松完成系統(tǒng)中復(fù)雜的圖像處理任務(wù)。

          3.2 紅外測溫電路設(shè)計(jì)

          基于疫情防控的安全原則,本文采用非接觸式的測溫方式對出入地鐵站內(nèi)的乘客進(jìn)行測溫。系統(tǒng)紅外測溫電路采用GY-906 模塊作為紅外測溫傳感器。該模塊可以通過光電探測器將聚集的紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,電信號?jīng)過放大器和信號處理電路,按照儀器內(nèi)的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值,從而檢測出進(jìn)出地鐵站乘客的溫度值。其具體電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

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          圖4 紅外測溫電路圖

          3.3 電路設(shè)計(jì)

          為確保系統(tǒng)圖像識別的精度,本文采用深度攝像頭進(jìn)行圖像的采集。深度攝像頭在完成對目標(biāo)圖像的分割、標(biāo)記、識別、跟蹤等傳統(tǒng)功能的同時,還能快速地完成對目標(biāo)的識別與跟蹤任務(wù)。電路使用樹莓派與深度攝像頭進(jìn)行連接,攝像頭將采集到的圖像通過USB 傳輸給樹莓派,由樹莓派進(jìn)行一系列的分析和判斷后完成圖像的識別任務(wù),其電路設(shè)計(jì)如圖5 所示。

          圖5 圖像識別設(shè)計(jì)電路圖

          4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

          本文從口罩識別、健康碼核驗(yàn)、實(shí)時3 個方面展開具體研究,將其設(shè)計(jì)成3 個不同的子系統(tǒng)進(jìn)行工作,高效完成地鐵站內(nèi)復(fù)雜的檢測任務(wù)。

          4.1 口罩識別軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          乘客是否佩戴口罩不僅對乘客個人的安全防護(hù)具有重要的作用,對地鐵站內(nèi)的疫情防控也具有十分重要的戰(zhàn)略意義。如何構(gòu)建足夠豐富的數(shù)據(jù)集樣本、建立更為精確的口罩識別算法就變得尤為重要。

          本項(xiàng)目口罩識別算法主要是通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn),根據(jù)人體膚色的聚類特性提取出圖像中的特定區(qū)域,通過Open CV 中的級聯(lián)分類器進(jìn)行分類和判斷,確定出人的眼部區(qū)域,在人眼上下特定距離處選取特征點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算,并結(jié)合口罩人臉的數(shù)據(jù)集進(jìn)行比對和分析,最終判斷乘客是否佩戴口罩,其程序設(shè)計(jì)流程如圖6 所示。

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          圖6 口罩識別程序設(shè)計(jì)流程

          4.2 健康碼核驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          的地鐵交通中,健康碼作為當(dāng)前出行所必需的工具,不僅可以使工作人員掌握每一位乘客的健康信息和行程安全,還可以讓整個地鐵的交通安全得到保障。

          在健康碼核驗(yàn)系統(tǒng)中,首先需要完成健康碼的識別工作。健康碼屬于QR二維碼,根據(jù)其位置探測圖形的模塊寬度為1:1:3:1:1在任意情況下是不變的性質(zhì)獲取QR二維碼符號的4個頂點(diǎn),完成健康碼的8位譯碼過程,在譯碼結(jié)束后還需對健康碼進(jìn)行顏色識別和實(shí)時信息的提取,對健康碼異常的乘客及時進(jìn)行登記和隔離,保障使出行乘客的安全。健康碼核驗(yàn)程序流程如圖7所示。

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          圖7 健康碼核驗(yàn)程序設(shè)計(jì)流程圖

          4.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          為方便工作人員的監(jiān)督和使用,確保地鐵站內(nèi)的安全,本文設(shè)計(jì)了實(shí)時視頻傳輸和異常數(shù)據(jù)處理等功能。系統(tǒng)將樹莓派和工作人員的電腦網(wǎng)絡(luò)連接至同一局域網(wǎng)下,并以樹莓派為發(fā)送端、電腦主機(jī)為接收端,通過UDP傳輸協(xié)議將發(fā)送端采集的動態(tài)視頻流實(shí)時發(fā)送到接收端,使工作人員更好地了解地鐵內(nèi)的人流信息和系統(tǒng)的工作情況。實(shí)時視頻傳輸程序流程如圖8所示。

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          圖8 實(shí)時視頻傳輸程序流程圖

          5 實(shí)驗(yàn)與性能分析

          本項(xiàng)目系統(tǒng)調(diào)試為軟件方案測試,通過對紅外測溫、口罩識別、健康碼核驗(yàn)以及實(shí)時視頻傳輸?shù)裙δ艿臏y試和分析來驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可行性。

          5.1 紅外測溫模塊測試

          測溫模塊通過HC-SR04 超聲波傳感器和GY-906紅外傳感器完成系統(tǒng)的測溫功能,當(dāng)超聲波傳感器檢測到乘客出現(xiàn)在設(shè)定的距離范圍內(nèi),紅外傳感器開始采集乘客的和紅外輻射,并將采集到的信息通過單片機(jī)I/O口進(jìn)行線性電壓傳輸,單片機(jī)通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)接收,經(jīng)過內(nèi)部的ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換功能將接收到的電壓值轉(zhuǎn)換成乘客實(shí)際的溫度值,紅外測溫結(jié)果如圖9所示。

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          圖9 紅外測溫結(jié)果圖

          5.2 口罩識別效果測試

          針對地鐵站內(nèi)乘客口罩的佩戴情況,本項(xiàng)目使用樹莓派調(diào)用Open CV庫完成口罩識別功能。樹莓派打開深度攝像頭獲取乘客面部圖像,調(diào)用Open CV 庫進(jìn)行識別和計(jì)算,提取出人臉的特征區(qū)域,并結(jié)合人臉面部數(shù)據(jù)庫中的圖像進(jìn)行分析和比對,最終確定出乘客是否佩戴口罩,口罩識別測試結(jié)果分別如圖10和圖11所示。

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          圖10 未戴口罩時測試結(jié)果

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          圖11 戴口罩時測試結(jié)果

          5.3 健康碼核驗(yàn)效果測試

          與口罩識別過程類似,對于健康碼檢測過程,本項(xiàng)目仍采用Open CV 庫結(jié)合圖像數(shù)據(jù)集的方式進(jìn)行健康碼核驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)成員選用了3 000 張各種不同姿勢下的健康碼作為數(shù)據(jù)集,并將其分成30 份,按每份數(shù)據(jù)7:2:1的比例分為訓(xùn)練集、測試集和驗(yàn)證集,通過人工標(biāo)簽的方式畫出矩形框完成訓(xùn)練。經(jīng)過團(tuán)隊(duì)成員多輪的測試后,發(fā)現(xiàn)該方法可以準(zhǔn)確的測試出乘客門健康碼正常和異常的情況,健康碼綠碼測試效果如圖12 所示。

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          圖12 健康碼綠碼檢測效果

          5.4 實(shí)時視頻傳輸效果測試

          本項(xiàng)目將樹莓派與工作人員的電腦進(jìn)行連接,根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)傳輸中的UDP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時視頻傳輸?shù)墓δ?。通過UDP 協(xié)議發(fā)送和接收測試結(jié)果如圖13 和14 所示。

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          圖13 發(fā)送測試圖

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          圖14 接收測試圖

          6 結(jié)束語

          為確保疫情防控下地鐵乘車的安全以及地鐵的運(yùn)行效率,實(shí)現(xiàn)地鐵口的多項(xiàng)檢測任務(wù),本文設(shè)計(jì)了一種新型的地鐵站智能門閘系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅將人工檢測中的紅外測溫、口罩識別及健康碼檢測等分立的模塊融合到1個系統(tǒng)中,還增加了語音提醒、系統(tǒng)報(bào)警及物聯(lián)網(wǎng)等功能,將整個檢測過程更為人工化和智能化。并且根據(jù)市場調(diào)查和需求分析,目前地鐵站內(nèi)并未有該類綜合性門閘系統(tǒng)投入使用,有著較好的市場發(fā)展前景。隨著日后技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和硬件的完善,此系統(tǒng)可能會被廣泛推行使用。

          參考文獻(xiàn):

          [1] 李成勇,王莎,陳成瑞.基于Open CV的人臉識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].應(yīng)用天地,2021(7):31-35.

          [2] 唐豐收,王志剛,李釩.IP網(wǎng)的實(shí)時視頻傳輸技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2008(3):5-6.

          [3] 黃子豪,孫沐陽,時田野.基于Python與Open CV的人像檢測和識別的研究[J].網(wǎng)絡(luò)信息工程,2021(4):53-59.

          [4] 侯賓,張文志,戴源成,等.基于Open CV的目標(biāo)物體顏色及輪廓的識別方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2014(8):38-43.

          [5] 胡徐勝,陶彬彬,曾勝.基于STM32的測溫與身份識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].天津理工大學(xué)學(xué)報(bào),2021(8):3-5.

          [6] 廖文杰,基于樹莓派的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息與電腦,2021(9):17-23.

          [7] 朱玥,郭依正,詹雪敏.一種基于Open CV的機(jī)器人二維碼識別方法[J].軟件開發(fā),2021(15):3-6.

          [8] 張松林,費(fèi)東.帶溫度檢測的鐵路通行閘機(jī)設(shè)計(jì)[J].鐵路通信信號工程技術(shù),2021,18(2):80-83.

          [9] 許坤,趙亮.基于UDP協(xié)議的可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2019,16(17):4-7.

          (本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年3月期)



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