一种非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统、方法

技术领域

本申请涉及生理参数检测的领域，尤其是涉及一种非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统、方法。

背景技术

心率、呼吸以及体温作为重要人体体征参数，如何通过非接触式的测量方式实现这两个参数的准确测量一直是生物医学工程及仪器领域研究的热点之一，在疫情防控工作中，心率、呼吸以及体温同样也作为重要参考的指标。

相关技术中，由于防控疫情的需要，企业、公司上班打卡签到一般采用指纹识别的方式，但防控期间还需要配备人力资源对进入公司的员工进行体温检测。

针对上述中的相关技术，发明人认为，心率、呼吸也是防控疫情中需要检测的生理指标，人为的进行体温、心率和呼吸检测既不方便，又容易出现检测误差，不利于疫情防控工作。

发明内容

为了提高对公司疫情防控的效果，本申请提供一种非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统、方法。

一方面，本申请提供的一种非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统采用如下的技术方案：

一种非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统，包括图像获取模块、心率检测模块、呼吸检测模块、体温检测模块、控制模块以及警报模块；

所述图像获取模块用于获取被测者的人脸图像或视频；

所述心率检测模块用于获取所述图像获取模块拍摄的人脸视频并计算得到被测者的心率检测值；

所述呼吸检测模块用于检测被测者的呼吸情况并计算得到被测值的呼吸频率检测值；

所述体温检测模块用于获取所述图像获取模块拍摄的图像或视频并计算得到人脸温度检测值；

所述控制模块用于分别获取所述心率检测值、所述呼吸频率检测值、所述人脸温度检测值，在所述心率检测值、所述呼吸频率检测值、所述人脸温度检测值大于对应预设值的情况下，所述控制模块控制所述警报模块作出警报。

通过采用上述技术方案，本申请通过获取被测者的人脸图像，分别通过心率检测模块、呼吸检测模块、体温检测模块检测得到心率检测值、呼吸频率检测值和温度检测值，代替了人为的检测各项生理数据，一方面提高了各项生理数据的检测效率，另一方面减小生理数据检测误差，有利于疫情防控工作。

可选的，还包括口罩端以及口罩检测模块；所述口罩端包括口罩；

所述口罩检测模块包括检测单元、处理单元和网络单元；

所述检测单元包括设置于所述口罩内侧边缘上的若干用于检测口罩是否与皮肤贴合的感应器；

所述处理单元连接有每个所述感应器，用于获取每个感应器的感应情况，并通过所述网络单元与所述控制模块数据连接。

通过采用上述技术方案，在疫情防控环境下，口罩的佩戴至关重要，本申请在检测生理数据的基础上还设置有口罩检测模块，用于检测被测者是否佩戴了口罩，提高对口罩佩戴检查便捷程度；

本申请口罩与控制模块网络连接，并在口罩内侧的边缘上设置了若干用于检测口罩是否与皮肤贴合的感应器，通过感应器的感应输出来判断口罩是否佩戴，提高是否佩戴口罩的判断的准确性。

可选的，所述感应器包括排列于口罩上下两内侧上的第一感应器和排列于口罩内侧左右两内侧上的第二感应器。

通过采用上述技术方案，出于实际口罩佩戴的情况考虑，口罩上下两个内侧与人脸一般能够很好的贴合，但由于每个人的脸型不同，口罩左右两个内侧无法与人脸完全贴合；本申请在口罩内侧划分为两类感应器，第一感应器设置于口罩上下两内侧上，第二感应器设置于左右两内侧上，分别针对两种感应器感应到与皮肤贴合数量判断口罩是否佩戴，提高判断的准确性。

可选的，所述检测单元还包括设置于所述口罩内侧的亮度传感器，所述处理单元连接有所述亮度传感器、获取所述亮度传感器的输出并通过所述网络单元将亮度传感器的输出发送至所述控制模块。

通过采用上述技术方案，在口罩佩戴的情况下，口罩内部由于被口罩面料层所遮挡，口罩内部亮度有所变暗，通过亮度传感器检测口罩内的亮度情况配合第一感应器、第二感应器检测是否与皮肤接触，能够更近一步的检测口罩是否佩戴的准确性。

可选的，所述呼吸模块包括嵌设在所述口罩中的气压传感器，所述气压传感器用于检测口罩内部的气压变化并输出，所述气压传感器连接有所述处理单元，所述处理单元通过所述网络单元将气压变化输出发送至所述控制模块。

通过采用上述技术方案，被测者佩戴口罩的情况下，由于呼吸作用，在口罩内部的气压随着呼吸作用一增一减的变化，通过气压增减变化计算出被测者的呼吸情况，有利于对被测者呼吸情况的检测。

可选的，还包括人脸识别模块，所述人脸识别模块用于获取所述图像获取模块拍摄的图像或视频并判断是否为公司员工，在判断为公司员工的情况下，所述人脸识别模块还用于触发所述心率检测模块、呼吸检测模块、体温检测模块对所述心率检测值、所述呼吸频率检测值、所述人脸温度检测值的检测。

通过采用上述技术方案，通过人脸识别模块检测被测者是否被公司员工，可作为公司被的非接触式考勤工具，避免了如指纹考勤等造成间接接触的问题产生，有利于疫情防控；

在识别为公司员工之后触发所述心率检测模块、呼吸检测模块、体温检测模块对所述心率检测值、所述呼吸频率检测值、所述人脸温度检测值的检测，防止模块一直处于工作状态而造成不必要的能耗。

可选的，所述人脸识别模块还包括显示单元、拟合单元，显示单元用于显示图像获取模块到的图像或视频，所述拟合单元用于作为被测者的头像采集的标准位置，在所述拟合单元与头像位置符合之后输出触发人脸识别模块对是否为公司员工的指令。

通过采用上述技术方案，被测者通过拟合单元达到图像采集的标准位置，从而使得图像获取模块采集到较佳的图像，提高后续判断的准确性。

可选的，所述体温检测模块包括热成像单元，所述热成像单元用于将所述图像获取模块拍摄的人脸图像或视频转化为热成像图像或直接获取人脸图像或视频并转化为热成像图像。

通过采用上述技术方案，通过热成像技术达到检测被测者体温的效果，以方面是提高了检测的效果，另一方面非接触式的形式避免了人与人或人与物之间的触碰，有利于疫情防控工作。

另一方面，本申请提供的一种非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别的方法采用如下的技术方案：

包括：

图像获取模块获取被测者的人脸图像或视频；

心率检测模块获取所述图像获取模块拍摄的人脸视频并计算得到被测者的心率检测值；

呼吸检测模块检测被测者的呼吸情况并计算得到被测值的呼吸频率检测值；

体温检测模块获取所述图像获取模块拍摄的图像或视频并计算得到人脸温度检测值；

控制模块分别获取所述心率检测值、所述呼吸频率检测值、所述人脸温度检测值，所述心率检测值、所述呼吸频率检测值、所述人脸温度检测值达到对应预设值的情况下，控制模块作出执行指令，警报模块作出警报响应。

通过采用上述技术方案，本申请通过获取被测者的人脸图像，分别通过心率检测模块、呼吸检测模块、体温检测模块检测得到心率检测值、呼吸频率检测值和温度检测值，代替了人为的检测各项生理数据，提高了各项生理数据的检测效率。

可选的，还包括是否佩戴口罩的识别步骤：

亮度传感器检测口罩内亮度，并输出亮度检测信号；

每个感应器检测口罩是否与皮肤贴合，每个第一感应器输出第一检测信号，每个第二感应器输出第二检测信号；

处理单元获取亮度检测信号、第一检测信号以及第二检测信号，执行判断：

若第一信号检测信号低于第一预设值，且表示为与皮肤贴合的第一检测信号占比第一检测信号总数大于第一占比阈值、表示与皮肤贴合的第二检测信号占比第二检测信号总数大于第二占比阈值，处理单元输出佩戴口罩的信号；

若上述判断条件不成立则处理单元输出未佩戴口罩的信号。

通过采用上述技术方案，本申请出于实际口罩佩戴的情况考虑，口罩上下两个内侧与人脸一般能够很好的贴合，但由于每个人的脸型不同，口罩左右两个内侧无法与人脸完全贴合；本申请在口罩内侧划分为两类感应器，第一感应器设置于口罩上下两内侧上，第二感应器设置于左右两内侧上，分别针对两种感应器感应到与皮肤贴合数量判断口罩是否佩戴，提高判断的准确性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本申请通过获取被测者的人脸图像，分别通过心率检测模块、呼吸检测模块、体温检测模块检测得到心率检测值、呼吸频率检测值和温度检测值，代替了人为的检测各项生理数据，一方面提高了各项生理数据的检测效率，另一方面减小生理数据检测误差，有利于疫情防控工作。

2、在疫情防控环境下，口罩的佩戴至关重要，本申请在检测生理数据的基础上还设置有口罩检测模块，用于检测被测者是否佩戴了口罩，提高对口罩佩戴检查便捷程度；

本申请口罩与控制模块网络连接，并在口罩内侧的边缘上设置了若干用于检测口罩是否与皮肤贴合的感应器，通过感应器的感应输出来判断口罩是否佩戴，提高是否佩戴口罩的判断的准确性。

3、出于实际口罩佩戴的情况考虑，口罩上下两个内侧与人脸一般能够很好的贴合，但由于每个人的脸型不同，口罩左右两个内侧无法与人脸完全贴合；本申请在口罩内侧划分为两类感应器，第一感应器设置于口罩上下两内侧上，第二感应器设置于左右两内侧上，分别针对两种感应器感应到与皮肤贴合数量判断口罩是否佩戴，提高判断的准确性。

4、在口罩佩戴的情况下，口罩内部由于被口罩面料层所遮挡，口罩内部亮度有所变暗，通过亮度传感器检测口罩内的亮度情况配合第一感应器、第二感应器检测是否与皮肤接触，能够更近一步的检测口罩是否佩戴的准确性。

附图说明

图1是本申请所述非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统模块示意图。

图2是本申请非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统的口罩端示意图。

图3是本申请非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统的检测模块示意图。

图4是本申请非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统的体温检测模块示意图。

图5是本申请非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别方法流程图。

附图标记说明：100、口罩；101、第一感应器；102、第二感应器。

具体实施方式

以下结合附图1--5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统、方法。

如图1所示，一种非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统，包括图像获取模块、心率检测模块、呼吸检测模块、体温检测模块、人脸识别模块、控制模块、警报模块和口罩端以及口罩检测模块。

口罩端是指口罩100。

图像获取模块用于采集被测者的人脸图像或视频，可采用照相机或摄像机以进行人脸图像、视频采集。

人脸识别模块包括显示单元、拟合单元、判断单元以及执行单元；

显示单元获取图像获取模块所采集到的实时图像或视频并显示在显示器上，用于向被测者作出反馈。

拟合单元是指显示器上显示的人脸轮廓曲UI界面，用于作为头像采集的标准位置，在被测者人脸与人脸轮廓UI相符合的情况下触发判断模块判断人脸是否为本公司员工，在判断为本公司员工的情况下，执行单元作出指令：发出判断是否佩戴口罩100的检测。

其中还包括公司员工的佩戴口罩100的人脸图像数据库，通过与人脸图像数据库之间相似度对比进行人脸识别；判断模块与执行模块可采用CPU、MCU或FPGA等具有数据处理、控制能力的处理芯片，本实施例中采用为MCU。

其中，人脸识别模块还可用于公司打卡考勤，对是否为本公司员工的判断，判断成功的情况下记录人员识别成功时间及姓名，用于作为考勤记录。

如图2所示，口罩检测模块包括检测单元、处理单元和网络单元；

检测单元包括设置于口罩100内侧边缘上的感应器和口罩100内侧上的亮度传感器；

其中感应器包括第一感应器101和第二感应器102，第一感应器101均匀设置于口罩100内上下两侧，第二感应器102均匀设置于口罩100内左右两侧，每个侧边的第一感应器101的数量在8--10个之间，每个侧边的第二感应器102的数量在6-8个之间。第一感应器101与第二感应均为人体触摸感应器，人体触摸感应器在与人体接触或不接触的情况下输出表示与人体接触的信号和表示与人体不接触的信号，例如电容式触摸感应器。

亮度传感器是指能感受光亮度并转换成可用输出信号的传感器，例如可采用光敏电阻。

处理单元获取每个第一感应器101、第二感应器102的输出信号，并通过表示与人体接触的信号的占比判断口罩100与皮肤的贴合情况，并通过网络单元将口罩100与皮肤直接的贴合情况发送至控制模块。

同时，处理单元获取亮度传感器的输出信号，并将亮度传感器的输出信通过网络单元发送至控制模块。

其中处理单元可以采用数据处理、控制能力的微型处理芯片，可拆卸的固定于口罩100的外表面上，微型处理芯片与感应器之间的布线沿着嵌设于口罩100过滤层中并位于口罩100边缘上，以免减小口罩100的防护效果；至于可拆卸的微型芯片可以采用卡扣或胶粘与口罩100上，在装配时微处理器的引脚与感应器之间对应点触，当然，还需电源为微处理芯片供电，例如，可采用纽扣电池。

网络单元是指搭载于微处理芯片上的串口WiFi模块或移动数据网络模块。

心率检测模块包括第一获取单元、第一处理单元。

第一获取单元获取图像获取模块采集到的图像或视频；

如图3、4所示，第一处理单元通过图像的图像数据计算得到心率检测值，例如，授权公告号为CN105997035B的发明专利所公开的心率测量方法；可采用该申请中的方式进行心率的检测，以及设置有与该申请中方法所配套的硬件系统设施，本实施例中不再累述。第一处理单元可采取具有数据处理功能的处理芯片，例如CPU，第一获取单元即为CPU用于获取相关的i/o接口。

第一处理单元将心率检测值发送至控制模块。

呼吸检测模块包括第一感应单元、第二处理单元；

第一感应单元包括设置于口罩100内侧气压传感器，气压传感器用于感应口罩100内侧的气压变化情况，并输出到第二处理单元；

第二处理单元获取气压传感器的输出，通过气压的变化频率推测得到被测者的每分钟呼吸频率，即得到呼吸频率检测值，通过单位气压变化频率计算每分钟的呼吸频率的过程步骤为常规计算手段，不再本实施例中给出，并通过网络单元发送到控制模块，其中，第二处理单元可以与口罩检测模块中的处理单元为同一处理器。

体温检测模块包括热成像单元、第三处理单元；

热成像单元是指红外热成像摄像机，可将被测者的人脸形成热成像图像，第三处理单元计算热成像上局部的温度，采集所有局部温度的最高温度，即得到人脸温度检测值，输出；

第三处理单元获取热成像图像；通过热成像图像计算人脸的局部温度，并输出到控制模块。第三处理单元同样可采取具有数据处理功能的处理芯片，例如CPU，MCU等。

其中，也可省略热成像单元，利用第三处理单元将图像获取模块获取到的人脸图像进行图像处理转化为热成像，并计算每个局部的温度，相关图像处理技术为领域内常规技术，本实施例中不再累述。

控制模块接收心率检测模块输出的心率检测值、呼吸检测模块输出的呼吸频率检测值和体温检测模块输出的人脸温度检测值，分别与对应的心率预设值、呼吸频率预设值以及人脸温度预设值进行对比，在检测值高于对应预设值的情况下，控制模块作出指令，控制警报模块响应。控制模块可采用CPU、MCU或FPGA等具有数据处理、控制能力的处理芯片，本实施例中采取CPU。其中控制模块上也应当搭载有网络单元用于与口罩检测模块之间数据互传，或与口罩检测模块之间位于同一WiFi网络中。

同时，在判断为未佩戴口罩100的情况下，控制模块作出指令，控制警报模块响应。

警报模块包括显示器上UI提示界面，在各项检测值符合预设值的情况下，通过显示器显示绿色的反馈字样；反之，显示红色的反馈字样。其中，显示器还用于显示各项检测值的显示。

本实施例还公开一种非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别的方法，包括：如图5所示，

图像获取模块采集被测者的人脸图像或视频；

S100首先进行人脸识别：

被测者人脸与在显示器上的人脸轮廓曲进行拟合，使得被测者人脸位于标准位置上；对标准位置上的人脸图像采集，人脸识别模块的判断单元通过与公司员工的佩戴口罩100的人脸图像数据库中的图像进行相似度计算，相似度计算为图像处理领域中的常规技术，得到判断结果：若判断为公司员工，则人脸识别通过，对应身份签到打卡并触发口罩检测模块对被测者是否佩戴口罩100进行检测；若判断为不是公司员工，则人脸识别不通过，签到打卡失败。

S200识别是否佩戴口罩100：

亮度传感器检测口罩100内亮度，输出亮度检测信号；

第一感应器101、第二感应器102感应是否与皮肤接触，每个第一感应器101输出有第一检测信号，每个第二感应器102输出有第二检测信号；

第一检测信号包括有表示与皮肤接触的检测信号和表示不与皮肤接触的检测信号；第二检测信号同样包括有包括有表示与皮肤接触的检测信号和表示不与皮肤接触的检测信号；

由于本实施例中第一感应器101与第二感应器102均为电容式触摸感应器，在与皮肤接触的情况下电容发生变化，从而形成表示与皮肤接触的检测信号和表示表示不与皮肤接触的检测信号。

处理单元获取亮度传感器的亮度检测信号；

处理单元获取第一检测信号、第二检测信号；

处理单元执行判断1和2：

1：亮度检测信号低于第一预设值；

2：第一检测信号中，表示与皮肤贴合的第一检测信号占比第一检测信号总数大于第一占比阈值，且表示与皮肤贴合的第二检测信号占比第二检测信号总数大于第二占比阈值；

若判断1且2同时满足，则处理单元判断为佩戴口罩100；若不同时满足，则处理单元判断为未佩戴口罩100或未正确佩戴口罩100。

其中，第一预设值、第一占比阈值、第二占比阈值可预先设定并烧录至执行程序中，出于实际口罩100佩戴的情况考虑，口罩100上下两个内侧与人脸一般能够很好的贴合，但由于每个人的脸型不同，口罩100左右两个内侧无法与人脸完全贴合，第一占比阈值可设定在70%-100%之间；第二占比阈值设定在50%-100%之间。

其中，人脸识别通过触发控制模块接收处理单元发送的数据；

在判断为佩戴口罩100的情况下，处理单元通过网络单元向控制模块输出佩戴口罩100的信号。

控制模块向心率检测模块、呼吸检测模块、体温检测模块发送检测指令。

第一处理单元、第二处理单元、第三处理单元接收到检测指令，触发心率检测、呼吸检测和体温检测。

S300心率检测模块利用图像数据计算得到心率检测值；

例如，授权公告号为CN105997035B的发明专利所公开的心率测量方法；可采用该申请中的方式进行心率的检测，以及设置有与该申请中方法所配套的硬件系统设施。

S400呼吸检测模块检测呼吸频率检测值：

气压传感器用于感应口罩100内侧的气压变化情况，并输出到第二处理单元；

第二处理单元获取气压传感器的输出，通过气压的变化频率推测得到被测者的每分钟呼吸频率，即得到呼吸频率检测值。

S500体温检测模块检测人脸温度检测值：

第三处理单元计算热成像上局部的温度，采集所有局部温度的最高温度，即得到人脸温度检测值。

S600控制模块接收心率检测模块输出的心率检测值、呼吸检测模块输出的呼吸频率检测值和体温检测模块输出的人脸温度检测值，分别与对应的心率预设值、呼吸频率预设值以及人脸温度预设值进行对比，在检测值高于对应预设值的情况下，控制模块作出指令，控制警报模块响应。其中，心率预设值、呼吸频率预设值以及人脸温度预设值可通过程序预先设置。

本申请实施例一种非接触式测心率、呼吸及体温的人脸识别系统的实施原理为：

获取被测者的人脸图像，首先进行人脸识别，判断是否为本公司员工，实现考勤打卡，在判断为公司员工之后判断是否佩戴口罩100，在判断为佩戴口罩100的情况下，触发心率检测模块、呼吸检测模块、体温检测模块进行工作，分别通过心率检测模块、呼吸检测模块、体温检测模块检测得到心率检测值、呼吸频率检测值和温度检测值，分别与对应的心率预设值、呼吸频率预设值以及人脸温度预设值进行对比，在检测值高于对应预设值的情况下，控制模块作出指令，控制警报模块响应。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。