基于RFID信息與視頻圖像的人員識(shí)別的研究

引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特別是RFID 技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，基于RFID 技術(shù)的人員識(shí)別系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。然而， 基于RFID 技術(shù)的人員識(shí)別系統(tǒng)，因?yàn)槿藛T與物品不同，會(huì)存在忘記帶卡或有意無(wú)意一人帶多卡的情況，從而導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)較大偏差。

為解決這個(gè)問(wèn)題，本文利用RFID 技術(shù)和圖像處理技術(shù)相結(jié)合的方法，將個(gè)人的外貌特征信息如身高、體重等存儲(chǔ)在 RFID 卡中，在人員（卡片）進(jìn)入識(shí)別區(qū)域時(shí)，除了 RFID 閱讀器讀取人員的相關(guān)信息（含特征信息）外，同時(shí)會(huì)通過(guò)攝像頭抓取連續(xù)的多幀區(qū)域畫(huà)面，對(duì)畫(huà)面中的目標(biāo)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，將得到的特征信息與RFID 卡的信息進(jìn)行比對(duì)（包含多對(duì)多比較），從而識(shí)別出畫(huà)面中目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的 RFID人員。為了提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)還可以做到自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)功能。

本文所述的將RFID 技術(shù)和視頻圖像相結(jié)合的研究，對(duì)輔助現(xiàn)實(shí)生活中類(lèi)似居民小區(qū)門(mén)衛(wèi)的工作，具有重大意義。一般情況下，如果門(mén)衛(wèi)對(duì)進(jìn)出的每個(gè)人都進(jìn)行檢查，即麻煩又顯得不近人情，容易產(chǎn)生矛盾；如果不進(jìn)行檢查，門(mén)衛(wèi)就形同虛設(shè)， 起不到保護(hù)居民安全的作用。如果運(yùn)用該技術(shù)，則只有在出現(xiàn)異常情況時(shí)才需要人為盤(pán)查一下，即省事又不容易產(chǎn)生不必要的麻煩。

1 RFID信息的讀取

RFID 技術(shù)是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器（識(shí)讀器）、天線三部分組成。電子標(biāo)簽也可叫做RFID 卡，是由IC 芯片和無(wú)線通信天線組成的超微型模塊電路， 常嵌入到標(biāo)簽中，稱(chēng)為電子標(biāo)簽。其內(nèi)置的IC 芯片用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，射頻天線用于和讀寫(xiě)器進(jìn)行通信。系統(tǒng)工作時(shí)，讀寫(xiě)器發(fā)出查詢（能量）信號(hào)，電子標(biāo)簽（無(wú)源）收到查詢（能量）信號(hào)后將其一部分整流為直流電源供電子標(biāo)簽內(nèi)的電路工作， 另一部分能量信號(hào)被電子標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)信息調(diào)制后反射回讀寫(xiě)器。

讀寫(xiě)器用于讀取或?qū)懭腚娮訕?biāo)簽上的信息，同時(shí)接受來(lái)自于主機(jī)系統(tǒng)的控制指令，是 RFID 系統(tǒng)信息控制和處理中心。

天線的作用是在電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器間傳遞射頻信號(hào)（能量和數(shù)據(jù)）。

RFID 讀取信息的過(guò)程如下：由讀寫(xiě)器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號(hào) ；當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線有效工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量而被激活，使電子標(biāo)簽將自身編碼信息通過(guò)內(nèi)置射頻天線發(fā)送出去 ；讀寫(xiě)器的接收天線接收到從電子標(biāo)簽發(fā)送來(lái)的調(diào)制信號(hào)，傳送到信號(hào)處理模塊，經(jīng)解調(diào)和解碼后將有效信息送至主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理。

2 圖像的獲取

為了獲得有效的視頻圖像信息和較好的處理效果，可采用 256階灰度模式、最低分辨率 640×480的攝像頭 ；為了取得監(jiān)控區(qū)域的全景圖像，攝像頭的架設(shè)高度 h不低于 2米， 攝像頭的入射角度 θ宜保持在 30°～60°，這樣抓拍的圖像對(duì)于減輕遮擋的影響比較理想 ；監(jiān)控區(qū)域不宜太小，應(yīng)保證能夠拍攝到完整的人體圖像 ；抓拍頻率 f也不需要很高，每秒抓拍 10幀左右即可。否則可能會(huì)漏掉檢測(cè)對(duì)象。

3 圖像的初步處理

首先，需要檢測(cè)圖像范圍內(nèi)是否有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。同時(shí)，為了消除外部環(huán)境如天氣變化、光照條件變化的影響，我們采用“參考幀幀差法”來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行初步處理。具體做法是：

（1）設(shè)置一個(gè)參考幀圖像 B（X，Y），保存的內(nèi)容是最新的沒(méi)有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的背景圖像。幀差法是將當(dāng)前幀圖像 fk（X，Y）與參考幀圖像 B（X，Y）進(jìn)行比較：對(duì)應(yīng)點(diǎn)的灰度值相減，小于零的取絕對(duì)值 ；然后使用動(dòng)態(tài)閾值 T 對(duì)差分圖像 Dk（X，Y）進(jìn)行二值化處理，得到二值圖像 Rk（X，Y）。

如果差分圖像中白點(diǎn)所占的面積很?。ǜ鶕?jù)圖像區(qū)域面積、圖像分辨率和最小運(yùn)動(dòng)物體投影面積綜合計(jì)算得出），則沒(méi)有運(yùn)動(dòng)物體，將當(dāng)前幀保存為參考幀 ；否則，提取圖像中的運(yùn)動(dòng)區(qū)域做進(jìn)一步處理。

(2) 動(dòng)態(tài)閾值的計(jì)算方法是取差分圖像中像素值出現(xiàn)最多那個(gè)值。這樣可以減輕連續(xù)有運(yùn)動(dòng)物體而環(huán)境均勻變化情況下的影響。

(3) 如果長(zhǎng)時(shí)間有運(yùn)動(dòng)物體，勢(shì)必造成參考幀更新不及時(shí)，影響處理效果。因此需要設(shè)置一個(gè)輔助參考幀，可以用當(dāng)前幀中非運(yùn)動(dòng)區(qū)域的原始圖像內(nèi)容，對(duì)輔助參考幀進(jìn)行更新， 直到輔助參考幀全部?jī)?nèi)容都更新到之后，將該輔助參考幀拷貝作為最新的參考幀。

其次，對(duì)二值圖像 Rk（X，Y）進(jìn)行人體形狀特別修復(fù)處理：

(1) 如果是進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域的，在沒(méi)有完整拍攝到整個(gè)人體的時(shí)候，去掉該部分人體圖像，留待后續(xù)幀進(jìn)行處理 ；如果是離開(kāi)監(jiān)控區(qū)域，則應(yīng)該是已經(jīng)處理過(guò)了，直接去掉該部分人體圖像。

(2) 對(duì)于非人體形狀的多余部分（比如可能攜帶的物品等，但要注意區(qū)分重合人體形狀），直接修剪掉 ；如果圖像輪廓不完整或者圖像區(qū)域出現(xiàn)空心現(xiàn)象，則對(duì)缺少的部分進(jìn)行平滑填充。

(3) 最終得到只包含人體形狀內(nèi)容的圖像。

第三，在人體形狀內(nèi)容無(wú)遮擋的情況下，根據(jù)投影變換原理，同一個(gè)人位于監(jiān)控區(qū)域的不同位置，拍攝到的人體圖像的尺寸是不同的，需要根據(jù)攝像頭架設(shè)位置與監(jiān)控區(qū)域的相對(duì)位置進(jìn)行透視矯正計(jì)算。將計(jì)算出來(lái)的與位置無(wú)關(guān)的目標(biāo)個(gè)體的大小和形狀等特征值，與RFID 卡閱讀到的相應(yīng)特征值進(jìn)行匹配，可以確定該目標(biāo)個(gè)體的身份。如果匹配不成功，則在原圖像上對(duì)該目標(biāo)個(gè)體進(jìn)行標(biāo)注后保存該圖像為待處理有問(wèn)題場(chǎng)景圖像，可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)讓值班人員當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行核實(shí)， 也可以供事后對(duì)圖像中目標(biāo)個(gè)體進(jìn)行人為辨識(shí)。同時(shí)，根據(jù)對(duì)目標(biāo)個(gè)體在連續(xù)多幀中位置的跟蹤，進(jìn)而得出該目標(biāo)個(gè)體的移動(dòng)方向（進(jìn)或出等）。

第四，如果人體形狀內(nèi)容有遮擋，則可以對(duì)部分輪廓比較明顯（輪廓匹配度大于 60%）的形狀按正常身高比例進(jìn)行分離和補(bǔ)充，計(jì)算出其位置無(wú)關(guān)的目標(biāo)個(gè)體的大小和形狀等特征值，后續(xù)處理同上面的第三 ；對(duì)于部分輪廓匹配差的形狀， 可以暫時(shí)不處理，等待后續(xù)幀進(jìn)行處理（可能會(huì)隨著移動(dòng)而發(fā)生變化）；如果多幀都無(wú)法有效處理，則進(jìn)行標(biāo)注保存和請(qǐng)求人工處理。

結(jié) 語(yǔ)

為了解決RFID 技術(shù)對(duì)人員管理過(guò)程中可能出現(xiàn)的人卡不對(duì)應(yīng)（包括不帶卡或一人多卡）的問(wèn)題，提出了一種利用攝像頭對(duì)監(jiān)控區(qū)域（RFID 有效識(shí)別范圍內(nèi)）連續(xù)抓拍的視頻圖像進(jìn)行處理，重點(diǎn)分析人體圖像的大小和形狀等特征信息，同RFID 讀取的特征信息進(jìn)行模式匹配，以達(dá)到識(shí)別人員和驗(yàn)證人員真實(shí)性的目的。

本文對(duì)于人員較多有遮擋情況下的處理不是很理想，需要做進(jìn)一步研究。