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CN110188724A - 基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法及系统 - Google Patents

基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法及系统，方法包括：采集图像信息，获取图像信息中的运动物体图像，并将其作为感兴趣区域；将所述感兴趣区域输入至预先建立的卷积神经网络模型，对所述图像信息按预先设置的目标分类进行多目标并行检测；获取并行检测结果，所述检测结果至少包括人体头部位置信息和安全帽的位置信息；根据所述并行检测结果对采集图像信息中的人员佩戴安全帽情况进行判断，当判定存在人员未佩戴安全帽时，发出报警信息；本发明能够持续有效的监控指定区域，防止人员未佩戴安全帽造成安全事故，代替人工进行智能分析处理并实时地发出报警信号，提高安防视频监控的通用性、稳定性和准确性不高的问题。

Description

基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法及系统
技术领域
本发明涉及计算机应用领域，尤其涉及一种基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法及系统。
背景技术
随着安防监控摄像头的普及，各种不同场景下的识别需求也应运而生，尤其是针对人员安全方面的识别需求。对于工地、工厂以及其他特定场合，要求相关工作人员及外来访客必须佩戴安全帽，则需要通过安防监控摄像头对该类区域进行24小时地实时监控，如果有人体进入该区域且没有正确佩戴安全帽则及时提醒或者发出报警信号。
传统的安防视频监控手段是采用人工的方式对大批量的监控视频进行辨别，但这种方式难以24小时连续工作，且容易发生漏看的情况。针对这一问题，现有的监控方式大部分是通过人体识别加上安全帽识别的串行方式进行的安全帽佩戴判断，即先识别画面中有无人体，将人体部分的图像裁剪出来，再对上述裁剪后的图像判断是否存在安全帽。此类串行识别方式的最大局限是如果第一步人体识别出现问题，则后续安全帽识别操作则无法进行。在现实场景中，人体在视频画面中容易被遮挡，且图像采集装置的角度也对人体识别的精度有很大影响，容易造成误识别和漏检。因此，这种串行方法的通用性、稳定性和准确性不高。因此，需要一种新的监控方式，以提高安防视频监控的通用性、稳定性和准确性不高的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法及系统，以解决上述技术问题。
本发明提供的基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法，包括：
采集图像信息，获取图像信息中的运动物体图像，并将其作为感兴趣区域；
将所述感兴趣区域输入至预先建立的卷积神经网络模型，对所述图像信息按预先设置的目标分类进行多目标并行检测；
获取并行检测结果，所述检测结果至少包括人体头部位置信息和安全帽的位置信息；
根据所述并行检测结果对采集图像信息中的人员佩戴安全帽情况进行判断，当判定存在人员未佩戴安全帽时，发出报警信息。
可选的，所述目标分类至少包括人体头部和安全帽；
当检测到的感兴趣区域只有人体头部时，判定存在人员未佩戴安全帽；
当检测到的感兴趣区域只有安全帽时，判定安全帽被正确佩戴；
当检测到的感兴趣区域同时存在人体头部和安全帽时，根据人体头部位置信息和安全帽的位置信息，判断安全帽是否被正确佩戴。
可选的，当检测到的感兴趣区域同时存在人体头部和安全帽时，根据人体头部位置信息和安全帽的位置信息，获取人体头部和安全帽的位置关系，以及人体头部和安全帽的中心点距离，当安全帽的位置位于人体头部上方，且二者的中心点距离不超过预设的距离阈值时，则判定安全帽被正确佩戴，否则，则判定安全帽未被正确佩戴。
可选的，根据采集的图像信息，获取连续帧图像，获取当前帧图像和前帧图像中每个像素点的差值，将所述差值与预设的阈值进行比较，当所述差值超过预设的阈值范围时，将对应的像素点作为前景图像，否则，则作为背景图像，通过所述前景图像获取所述图像信息中的运动物体图像。
可选的，所述检测结果还包括目标的置信度，所述目标置信度至少包括人体头部的置信度和安全帽的置信度，预先设置置信度阈值，当检测结果中的目标的置信度大于预设的置信度阈值时，则将其作为可信结果，否则，则将其作为不可信结果，并进行忽略处理。
可选的，当判定安全帽被正确佩戴后，对处于安全帽的位置信息区域内的图像进行颜色识别，获取检测目标的安全帽的颜色。
本发明还提供一种基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的系统，包括：
图像采集模块，用于采集图像信息；
图像处理模块，用于获取图像信息中的运动物体图像，并将其作为感兴趣区域；
卷积神经网络模型，用于对所述图像信息按预先设置的目标分类进行多目标并行检测，获取并行检测结果，所述检测结果至少包括人体头部位置信息和安全帽的位置信息；
判定模块，用于根据所述并行检测结果对采集图像信息中的人员佩戴安全帽情况进行判断；
报警模块，用于当判定存在人员未佩戴安全帽时，发出报警信息。
可选的，还包括：
颜色识别模块，用于当判定安全帽被正确佩戴后，对处于安全帽的位置信息区域内的图像进行颜色识别，获取检测目标的安全帽的颜色；
统计模块，用于统计图像信息中佩戴安全帽的人员的数量。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法。
本发明还提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如上述任一项所述方法。
本发明的有益效果：本发明中的基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法及系统，实现了监控视频中危险区域的智能化报警，能够持续有效的监控指定区域，防止人员未佩戴安全帽造成安全事故；本发明能够二十四小时不间断地对安防监控视频进行智能视觉识别和识别分析，针对视频图像能够拍摄到的区域，代替人工进行智能分析处理并实时地发出报警信号，提高安防视频监控的通用性、稳定性和准确性不高的问题。
附图说明
图1是本发明实施例中基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法的流程示意图。
图2是本发明实施例中基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的系统的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。
如图1所示，本实施例中的基于深度学习算法的安全帽定位与颜色识别方法，包括：
采集图像信息，获取图像信息中的运动物体图像，并将其作为感兴趣区域；
将所述感兴趣区域输入至预先建立的卷积神经网络模型，对所述图像信息按预先设置的目标分类进行多目标并行检测；
获取并行检测结果，所述检测结果至少包括人体头部位置信息和安全帽的位置信息；
根据所述并行检测结果对采集图像信息中的人员佩戴安全帽情况进行判断，当判定存在人员未佩戴安全帽时，发出报警信息。
在本实施例中，可以通过监控摄像头等图像采集装置对需要进行监控的区域，例如安防或工地工厂等场景进行图像采集，获取对应的实时图像信息，首先，识别实时视频图像中有变化的部分，即运动的物体；如果视频图像中出现了运动的物体，则针对该部分图像，利用基于深度学习算法的卷积神经网络模型，进行人头部的目标检测和安全帽的目标检测；再根据人头部的目标检测和安全帽的目标检测的识别结果，从逻辑上判断人员佩戴安全帽的情况；如果检测到未佩戴安全帽的人员，则发出报警信息；如果检测到正确佩戴安全帽的人员，则通过图像识别算法，识别安全帽的颜色，并进行相应的人员佩戴安全帽的统计。
在本实施例中，将所述感兴趣区域输入至预先建立的卷积神经网络模型，对所述图像信息按预先设置的目标分类进行多目标并行检测，即同时识别图像的感兴趣区域内是否存在人头部或者安全帽。如果仅识别到人头部未识别到安全帽，则说明感兴趣区域内有人未佩戴安全帽；如果同时识别到人头部和安全帽，则根据人体头部位置信息和安全帽的位置信息，判断安全帽是否被正确佩戴；因为安全帽被正确佩戴后会遮挡人头部，如果仅识别到安全帽，则说明安全帽被正确佩戴，通过这种方式智能地识别视频图像中人员佩戴安全帽的情况，并根据结果进行相应的统计分析。
在另一实施例中，也可以结合人脸识别或物理识别等技术，判断未戴安全帽人员的身份，也可以结合定位技术，预先在安全帽上设置身份识别装置和定位装置，在检测到未戴安全帽人员后，对其进行身份识别和定位，也可以将安全帽与移动通信装置绑定，通过移动通信装置对未佩戴或未正确佩戴安全帽的人员进行报警提醒。
在本实施例中，可选的，感兴趣区域可以利用“前后景分割”算法来获取，即计算“当前帧”图像的每个像素点与基于KNN(k-nearest neighbor)算法自适应更新的“背景帧”图像的相应像素点的差值，如果该差值超过设定的阈值，则视该像素点为前景图像，反之，则设为背景图像。通过上述算法，提取出图像中的运动物体区域，将该区域设置为图像的ROI(region of interest，感兴趣区域)，便于后续图像识别处理。
在本实施例中，当检测到的感兴趣区域同时存在人体头部和安全帽时，根据人体头部位置信息和安全帽的位置信息，获取人体头部和安全帽的位置关系，以及人体头部和安全帽的中心点距离，当安全帽的位置位于人体头部上方，且二者的中心点距离不超过预设的距离阈值时，则判定安全帽被正确佩戴，否则，则判定安全帽未被正确佩戴。可选的，本实施例利用基于深度学习算法的卷积神经网络模型，针对感兴趣区域，进行人头部和安全帽两个类别的多分类目标检测，获取图像中人头部和安全帽的位置信息和置信度，每个人头部或者安全帽部分有其对应的位置信息和置信度。设置指定的置信度阈值，当检测出来的目标的置信度大于置信度阈值时，则视为人头部或安全帽，反之，则忽略该目标。对于检测出来的人头部和安全帽的位置信息，通过逻辑判断该人员是否佩戴安全帽，可分为以下三种情况：一、感兴趣区域中仅识别到安全帽，则视为有人员佩戴安全帽；二、感兴趣区域中仅识别到人头部，则视为有人员未佩戴安全帽；三、感兴趣区域中既识别到安全帽又识别到人头部，则计算安全帽位置信息与人头部位置信息的位置关系和中心点距离，如果安全帽位置位于人头部位置上方且中心点距离不超过设定的距离阈值，则视为人员正确佩戴安全帽，反之，则视为未正确佩戴安全帽。
在本实施例中，当判定安全帽被正确佩戴后，对处于安全帽的位置信息区域内的图像进行颜色识别，获取检测目标的安全帽的颜色。可选的，例如某个监控区域内的安全帽只有有红、黄、蓝、白四种颜色，如果人员正确佩戴安全帽，可以通过HSV图像识别算法识别安全帽的颜色，即计算安全帽位置信息区域内图像的HSV值，与红、黄、蓝、白四种颜色的HSV值做比对，如果HSV值的差值小于阈值，则判定安全帽颜色为红、黄、蓝或白，并统计画面中佩戴安全帽的人员个数。
如图2所示，相应的，本实施例还提供一种基于深度学习算法的安全帽定位与颜色识别系统，包括：
图像采集模块，用于采集图像信息；
图像处理模块，用于获取图像信息中的运动物体图像，并将其作为感兴趣区域；
卷积神经网络模型，用于对所述图像信息按预先设置的目标分类进行多目标并行检测，获取并行检测结果，所述检测结果至少包括人体头部位置信息和安全帽的位置信息；
判定模块，用于根据所述并行检测结果对采集图像信息中的人员佩戴安全帽情况进行判断；
报警模块，用于当判定存在人员未佩戴安全帽时，发出报警信息。
颜色识别模块，用于当判定安全帽被正确佩戴后，对处于安全帽的位置信息区域内的图像进行颜色识别，获取检测目标的安全帽的颜色；
统计模块，用于统计图像信息中佩戴安全帽的人员的数量。
本实施例通过人头部和安全帽的并行多目标识别可以有效的解决串行方法中存在的稳定性和准确性的问题。从算法通用性来说，无论图像采集装置的角度如何(俯视或者仰视)，人头部和安全帽的特征十分明显，可以被有效识别出来；从判断逻辑来说，如果仅识别到人头部未识别到安全帽，则说明有人未佩戴安全帽；如果同时识别到人头部和安全帽，则通过其位置关系判断安全帽是否被正确佩戴；因为安全帽被正确佩戴后会遮挡人头部，如果仅识别到安全帽，则说明安全帽被正确佩戴。上述判断逻辑比串行方法中针对人体图像的上半部分识别是否存在安全帽更加严谨，如果有人将安全帽拿在手上或者扛在肩上，也能有限被识别出未正确佩戴安全帽。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本实施例中的任一项方法。
本实施例还提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行本实施例中任一项方法。
本实施例中的计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本实施例提供的电子终端，包括处理器、存储器、收发器和通信接口，存储器和通信接口与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使电子终端执行如上方法的各个步骤。
在本实施例中，存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
在上述实施例中，说明书对“本实施例”、“一实施例”、“另一实施例”、或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。“本实施例”、“一实施例”、“另一实施例”的多次出现不一定全部都指代相同的实施例。如果说明书描述了部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性不是必须被包括的。如果说明书或权利要求提及“一”元件，并非表示仅有一个元件。如果说明书或权利要求提及“一另外的”元件，并不排除存在多于一个的另外的元件。
在上述实施例中，尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变形对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法，其特征在于，包括：
采集图像信息，获取图像信息中的运动物体图像，并将其作为感兴趣区域；
将所述感兴趣区域输入至预先建立的卷积神经网络模型，对所述图像信息按预先设置的目标分类进行多目标并行检测；
获取并行检测结果，所述检测结果至少包括人体头部位置信息和安全帽的位置信息；
根据所述并行检测结果对采集图像信息中的人员佩戴安全帽情况进行判断，当判定存在人员未佩戴安全帽时，发出报警信息。
2.根据权利要求1所述的基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法，其特征在于，所述目标分类至少包括人体头部和安全帽；
当检测到的感兴趣区域只有人体头部时，判定存在人员未佩戴安全帽；
当检测到的感兴趣区域只有安全帽时，判定安全帽被正确佩戴；
当检测到的感兴趣区域同时存在人体头部和安全帽时，根据人体头部位置信息和安全帽的位置信息，判断安全帽是否被正确佩戴。
3.根据权利要求2所述的基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法，其特征在于，当检测到的感兴趣区域同时存在人体头部和安全帽时，根据人体头部位置信息和安全帽的位置信息，获取人体头部和安全帽的位置关系，以及人体头部和安全帽的中心点距离，当安全帽的位置位于人体头部上方，且二者的中心点距离不超过预设的距离阈值时，则判定安全帽被正确佩戴，否则，则判定安全帽未被正确佩戴。
4.根据权利要求1所述的基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法，其特征在于，根据采集的图像信息，获取连续帧图像，获取当前帧图像和前帧图像中每个像素点的差值，将所述差值与预设的阈值进行比较，当所述差值超过预设的阈值范围时，将对应的像素点作为前景图像，否则，则作为背景图像，通过所述前景图像获取所述图像信息中的运动物体图像。
5.根据权利要求1所述的基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法，其特征在于，所述检测结果还包括目标的置信度，所述目标置信度至少包括人体头部的置信度和安全帽的置信度，预先设置置信度阈值，当检测结果中的目标的置信度大于预设的置信度阈值时，则将其作为可信结果，否则，则将其作为不可信结果，并进行忽略处理。
6.根据权利要求3所述的基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的方法，其特征在于，当判定安全帽被正确佩戴后，对处于安全帽的位置信息区域内的图像进行颜色识别，获取检测目标的安全帽的颜色。
7.一种基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的系统，其特征在于，包括：
图像采集模块，用于采集图像信息；
图像处理模块，用于获取图像信息中的运动物体图像，并将其作为感兴趣区域；
卷积神经网络模型，用于对所述图像信息按预先设置的目标分类进行多目标并行检测，获取并行检测结果，所述检测结果至少包括人体头部位置信息和安全帽的位置信息；
判定模块，用于根据所述并行检测结果对采集图像信息中的人员佩戴安全帽情况进行判断；
报警模块，用于当判定存在人员未佩戴安全帽时，发出报警信息。
8.根据权利要求7所述的基于深度学习的安全帽定位与颜色识别的系统，其特征在于：还包括：
颜色识别模块，用于当判定安全帽被正确佩戴后，对处于安全帽的位置信息区域内的图像进行颜色识别，获取检测目标的安全帽的颜色；
统计模块，用于统计图像信息中佩戴安全帽的人员的数量。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述方法。
10.一种电子终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如权利要求1至6中任一项所述方法。
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