基于OpenCV的兒童票身高識(shí)別

彭安娜，崔建一，張育瑋

（遼寧科技大學(xué)電信學(xué)院，遼寧 114051）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，無人化成為了各個(gè)行業(yè)的發(fā)展方向。但在兒童票身高檢測(cè)領(lǐng)域依舊使用人工的方式，為提高效率、減少勞動(dòng)量和運(yùn)營成本，本文介紹了一種可以應(yīng)用于兒童票身高識(shí)別的方法，可以取代人工，達(dá)到判斷兒童身高是否符合要求的目的，本方案雖然比不上人工的精準(zhǔn)度，也無法達(dá)到百分之百的識(shí)別成功率，但綜合分析來看，在兒童票使用頻繁的地方，此方案是更加劃算的。

1 實(shí)現(xiàn)高效的兒童票檢驗(yàn)

根據(jù)國家相關(guān)法律規(guī)定，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的兒童可在很多場合使用兒童票，享受相關(guān)的優(yōu)惠政策，目前，不論是火車兒童票、飛機(jī)兒童票還是景區(qū)兒童門票都是以身高為標(biāo)準(zhǔn)，一般為1.5米以下可享受兒童票優(yōu)惠。

視覺識(shí)別技術(shù)現(xiàn)在十分流行，被廣泛地應(yīng)用于生活的方方面面。近年來，火車站、機(jī)場以及部分景區(qū)都在門口使用上了視覺識(shí)別技術(shù)，人們買票之后，只需要刷票的同時(shí)掃描一下面部，即可完成檢票工作，代替了之前的人工檢票，既節(jié)省了人工又提高了效率。但是，在兒童票檢票時(shí)，由于要檢驗(yàn)兒童是否符合身高標(biāo)準(zhǔn)，所以還是需要人工來測(cè)量身高，十分麻煩。所以，本文從這個(gè)問題入手，制作一個(gè)身高檢測(cè)系統(tǒng)，可快速檢測(cè)出被測(cè)人的身高，使檢票環(huán)節(jié)做到完全的去人工化，在人流量較大時(shí)，該系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯，不但可以節(jié)省大量時(shí)間，同時(shí)還可以排除安全隱患，避免擁堵導(dǎo)致的不良事件發(fā)生。使檢票流程高效快速，同時(shí)也可減少人力資源的浪費(fèi)，節(jié)約運(yùn)營成本。

2 使用方法

OpenCV是一個(gè)開源的計(jì)算機(jī)視覺開發(fā)包，它的優(yōu)點(diǎn)在于擁有覆蓋了機(jī)器視覺的大多應(yīng)用領(lǐng)域的圖像處理函數(shù)。它的算法都經(jīng)過了很好的優(yōu)化［1］。基于OpenCV來實(shí)現(xiàn)兒童票身高識(shí)別，具有成熟可靠的原理基礎(chǔ)。

本方案使用Python下載OpenCV庫供編程使用，共兩套程序，使用時(shí)固定距離放置攝像機(jī)，連接電腦，兒童進(jìn)入通道之后，第一套程序啟動(dòng)攝像機(jī)開始錄像，將視頻傳送給電腦；第二套程序啟動(dòng)，電腦識(shí)別視頻中的動(dòng)態(tài)兒童，將圖像轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)像素點(diǎn)，待兒童在固定位置站好后，截取關(guān)鍵幀，測(cè)量最上方像素點(diǎn)與最下方像素點(diǎn)的距離，乘上對(duì)應(yīng)的比例尺，將得到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，既完成了判斷過程，符合標(biāo)準(zhǔn)則無反應(yīng)，不符合標(biāo)準(zhǔn)，則通過語音提醒，之后立馬等待下一個(gè)目標(biāo)，繼續(xù)下一次動(dòng)態(tài)識(shí)別。

在此實(shí)驗(yàn)過程中，運(yùn)用的核心技術(shù)便是幀間差分法。幀間差分法主要應(yīng)用場景為檢測(cè)目標(biāo)是相對(duì)固定的，而運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置是處于變化的情況下。在該前提下，讓相鄰兩個(gè)視頻幀進(jìn)行相減，在理想狀態(tài)下，背景部分差值為0，而運(yùn)動(dòng)區(qū)域的差值不為零。這時(shí)候選取一個(gè)合適的閾值把視頻幀的背景過濾掉，從而提取到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)［2］。

基于OpenCV的兒童票身高識(shí)別具體流程如下：

第一步，進(jìn)行圖像預(yù)處理。基于OpenCV的兒童票身高識(shí)別，致力于便捷可靠。在實(shí)踐運(yùn)用中，取景攝像頭為固定的，被檢測(cè)兒童處于固定距離外。固定的取景位和角度可避免圖像傾斜帶來的誤差。取到圖像后，通過預(yù)處理突出重點(diǎn)，抑制背景的干擾。預(yù)處理操作包括圖像灰度化、邊緣檢測(cè)、二值化和傾斜校正［3］，因?yàn)閮和囝B皮好動(dòng)，可能給圖像帶來影響，所以傾斜校正是必不可少的一步。如圖1所示。

圖1 圖像預(yù)處理

第二步，尋找關(guān)鍵幀并求正外接矩形。兒童到達(dá)目標(biāo)位置后站定，幀間分差背景部分差值變?yōu)?，截取關(guān)鍵幀。接下來求得人體正外接矩形。人體正外接矩形為平行于x，y軸的規(guī)矩圖形，進(jìn)而可得到人體高度像素［4］。如圖2所示。

圖2 人體正外接矩形

第三步，進(jìn)行比例換算。根據(jù)處理器屏幕分辨率和屏幕尺寸，可得到PPI（每英寸像素的個(gè)數(shù)），已知攝像頭焦距和物距，可將得到的人體身高像素?fù)Q算為實(shí)際身高。實(shí)際身高為（人體身高像素/PPI×25.4）×比例尺。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)程序進(jìn)行了多次模擬實(shí)驗(yàn)，不斷地優(yōu)化改進(jìn)，基本可以滿足實(shí)際的要求，可以證明，此方法可行性高，后期將針對(duì)兒童進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，爭取可以早日將本方案投入到實(shí)際生產(chǎn)生活中。

身高識(shí)別技術(shù)目前還存在著許多問題，首先，對(duì)于視覺識(shí)別技術(shù)來說，不可能有百分百的成功率，識(shí)別過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)識(shí)別異常的現(xiàn)象，我們只能降低失敗率，無法保證失敗率徹底清零。在實(shí)驗(yàn)過程中，為了追求結(jié)果的理想化和數(shù)據(jù)的最小誤差，實(shí)驗(yàn)環(huán)境整潔，背景為白墻。而在實(shí)際運(yùn)用中，檢票環(huán)境是雜亂的，除了被檢測(cè)兒童以外，還有許多干擾元素，都會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果造成影響。其次，我們服務(wù)的對(duì)象是兒童，兒童的自主能力較差，可能會(huì)出現(xiàn)不配合機(jī)器識(shí)別的情況，如果在識(shí)別過程中，兒童出現(xiàn)跑、跳等動(dòng)作，機(jī)器識(shí)別的準(zhǔn)確率與成功率都會(huì)大幅下降。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目基于OpenCV對(duì)動(dòng)態(tài)的人體進(jìn)行像素幀識(shí)別，計(jì)算身高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)趨于信息化，效率為生產(chǎn)發(fā)展的一大重點(diǎn)。火車站、地鐵站等人流量巨大的區(qū)域，為了避免擁堵，對(duì)效率的要求更加嚴(yán)格。在不久的將來，兒童票身高識(shí)別機(jī)器的出現(xiàn)是必然的。