面向高铁空调调节的人脸识别系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010131970.0 (22)申请日 2020.02.28 (66)本国优先权数据 201910260860.1 2019.04.02 CN (71)申请人 北京航空航天大学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 张辉施严哲李倬云李家兴 (74)专利代理机构 北京永创新实专利事务所 11121 代理人 祗志洁 (51)Int.Cl. G06K 9/00(2006.01) G06K 9/62(2006.01) B61D 27/00(2006.01) 。

2、(54)发明名称 一种面向高铁空调调节的人脸识别系统 (57)摘要 本发明公开了一种面向高铁空调调节的人 脸识别系统， 通过安装在高铁车厢中的摄像头拍 摄车厢内乘客的图像， 通过计算机从图像中识别 人脸， 提取人脸部的关键特征， 统计各区域内的 乘客数量和乘客类别， 然后依据预先建立的温度 场模型获取区域所需要的风量， 发送调节风阀开 度和温度的控制信号给智能风阀， 进行车厢内空 调自动调节。 本发明改变传统高铁空调系统依据 温度传感器调节的方式， 考虑了乘客的数量变化 和不同类别， 对空调实现较为精确的区域温度调 节， 从而达到节能和舒适的目的。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 。

3、111325174 A 2020.06.23 CN 111325174 A 1.一种面向高铁空调调节的人脸识别系统， 其特征在于， 包括： 安装在高铁车厢中的摄像头， 用于拍摄车厢内乘客的图像； 摄像头所拍摄的图像传输 给计算机； 计算机中设置有人脸特征提取模块、 乘客类别确认模块、 乘客数量统计模块和控制器 设置模块； 其中， 人脸特征提取模块利用训练好的HOG模型识别人脸， 提取人脸部的关键特 征； HOG代表方向梯度直方图； 乘客类别确认模块将提取的人脸特征输入训练好的SVM模型， 输出乘客的类别给控制器设置模块； SVM代表支持向量机； 所述的乘客的类别的标签包括性 别标签和年龄标签；。

4、 乘客数量统计模块根据人脸特征提取模块所识别的不同人脸数量， 统 计区域内的乘客数量输出给控制器设置模块； 控制器设置模块根据区域内的乘客类别和乘 客数量， 依据预先建立的温度场模型获取区域所需要的风量， 然后发送调节风阀开度和温 度的控制信号给智能风阀； 安装在车厢内的智能风阀， 依据接收到的控制信号， 调节风阀开度和温度。 2.根据权利要求1所述的面向高铁空调调节的人脸识别系统， 其特征在于， 所述的乘客 类别确认模块， 预先预先采集乘客的样本数据(性别， 年龄， 偏好温度)， 统计不同性别和年 龄段对应的舒适温度， 根据性别和年龄段为乘客分类。 3.根据权利要求1或2所述的面向高铁空调调。

5、节的人脸识别系统， 其特征在于， 所述的 控制器设置模块， 预先建立高铁车厢的温度场模型， 模拟不同乘客数量分布时在不同温度 下所需的风量； 在建立好温度场模型后， 根据乘客类别和数量对应找到在设置的舒适温度 下的风量。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111325174 A 2 一种面向高铁空调调节的人脸识别系统 技术领域 0001 本发明涉及一种基于机器学习的人脸识别系统， 应用于高铁空调调节。 背景技术 0002 传统的高铁空调系统使用温度传感器， 利用温度传感器的反馈调节冷暖风流的比 例， 从而实现车厢的温度调节。 高铁空调会根据季节不同、 车外温度不同适当调整空调的 “设计温度” 。

6、， 但由于车厢多、 人员分布不均匀， 人员类别多， 很难做到节能与舒适。 在乘客分 布少的区域， 空调仍然按照设定参数运行， 对于乘客中的老人、 小孩， 空调温度往往过低影 响这类乘客舒适度。 发明内容 0003 针对目前高铁空调系统的调节方式为温度传感器调节， 没有考虑乘客的数量变化 和区别乘客类别， 造成能源浪费和舒适度不够的问题， 本方明在高铁空调系统中加入摄像 头， 使用基于机器学习的人脸识别系统确定乘客的信息， 针对乘客的分布和类别进行检测， 确定空调调节， 从而实现较为精确的空调调节功能， 达到节能和舒适的目的。 0004 本发明提供了一种面向高铁空调调节的人脸识别系统， 包括： 。

7、0005 安装在高铁车厢中的摄像头， 用于拍摄车厢内乘客的图像； 摄像头所拍摄的图像 传输给计算机； 0006 计算机中设置有人脸特征提取模块、 乘客类别确认模块、 乘客数量统计模块和控 制器设置模块； 其中， 人脸特征提取模块利用训练好的HOG模型识别人脸， 提取人脸部的关 键特征； HOG代表方向梯度直方图； 乘客类别确认模块将提取的人脸特征输入训练好的SVM 模型， 输出乘客的类别给控制器设置模块； SVM代表支持向量机； 所述的乘客的类别的标签 包括性别标签和年龄标签； 乘客数量统计模块根据人脸特征提取模块所识别的不同人脸数 量， 统计区域内的乘客数量输出给控制器设置模块； 控制器设置。

8、模块根据区域内的乘客类 别和乘客数量， 依据预先建立的温度场模型获取区域所需要的风量， 然后发送调节风阀开 度和温度的控制信号给智能风阀； 0007 安装在车厢内的智能风阀， 依据接收到的控制信号， 调节风阀开度和温度。 0008 本发明与现有技术相比， 具有以下优势和积极效果： 0009 (1)本发明考虑乘客数量变化和类别不同， 进行调节空调温度， 达到节能并增强舒 适度； 0010 (2)本发明采用HOG模型提取人脸部位， 快速准确调节空调风阀， 控制高铁车厢温 度； 可在高铁空调系统中进行较为精细的局部调节， 实现节能和舒适的目的。 附图说明 0011 图1是本发明的面向高铁空调调节的人。

9、脸识别系统的工作流程图； 0012 图2是本发明中进行HOG特征提取的示意图。 说明书 1/3 页 3 CN 111325174 A 3 具体实施方式 0013 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明， 下面结合附图对本发明作进一 步的详细和深入描述。 0014 针对高铁车厢内乘客分布不均匀和乘客类别不同的特点， 本发明提供了一种面向 高铁空调调节的基于机器学习的人脸识别系统， 采用HOG(方向梯度直方图)特征和SVM(支 持向量机)分类器将乘客的数量与类别进行统计， 对不同的区域实现针对性送风， 实现较为 精确的自动调节功能。 0015 本发明的面向高铁空调调节的人脸识别系统， 在现有高。

10、铁空调系统的基础上加入 摄像头， 采集乘客的图像， 将采集的图像输入计算机中； 在计算机上使用Python语言和dlib 库中的机器学习模型创建人脸识别系统， 利用人脸识别系统将拍摄的图像进行识别， 转化 得到车厢内实时乘坐情况和乘客类别信息； 基于所建立的高铁车厢的温度场模型， 得到所 需要的风量与温度参数， 传给控制器； 在每一个空调出风口处设置可控制空调风量的智能 风阀， 通过控制器独立控制每个空调出风口处的智能风阀的开度和设定的温度， 从而达到 空调系统的优化。 0016 如图1所示， 为本发明的面向高铁空调调节的人脸识别系统的工作流程。 本发明解 决了传统空调系统造成的能源浪费和特殊。

11、类别乘客舒适度不高的问题。 下面说明本发明系 统的实现。 0017 在高铁车厢合适位置安装摄像头使之能够采集到车厢内乘客的信息。 摄像头与计 算机连接， 将拍摄的图像发送给计算机。 0018 计算机中设置有人脸特征提取模块、 乘客类别确认模块、 乘客数量统计模块和控 制器设置模块。 0019 计算机中的人脸特征提取模块对图像进行人脸识别， 提取人脸特征。 本发明实施 例中， 利用Python中的opencv和dlib库得到摄像头拍摄的图像， 将图像画面灰度化， 并且对 每一个像素， 找出并比较当前像素和直接围绕它的像素的深度， 通过梯度信息来描述图像 的特征， 重复这个过程直到所有梯度生成完成。

12、。 如图2所示， 采用HOG模型提取人脸部特征的 过程： 从图像中截取人脸， 将人脸图像分割成一些小方块， 在每个方块中， 计算出每个主方 向上有多少个梯度并且用指向性最强那个方向的箭头来代替原来的方块； 最终把整张图片 表示为HOG形式， 以捕获图像的主要特征。 人脸特征提取模块利用训练好的HOG模型识别人 脸， 提取人脸部的关键特征。 0020 计算机中的乘客类别确认模块将提取的人脸特征输入训练好的SVM模型， 输出得 到乘客的类别。 乘客的类别的标签一般包括性别标签和年龄标签。 根据标签可知乘客是男 性还是女性、 是否是老人、 是否是小孩等。 在实施时可预先采集乘客的样本数据(性别， 年。

13、 龄， 偏好温度)， 统计不同性别和年龄段， 以对应的舒适温度。 根据性别和年龄段设置乘客类 别标签， 然后利用采集的样本数据来训练SVM模型， SVM模型的输出为相应的标签。 0021 计算机中的乘客数量统计模块根据人脸特征提取模块所识别的不同人脸数量， 统 计区域内的乘客数量。 0022 计算机中的控制器设置模块根据乘客类别确认模块输出的乘客类别和乘客数量 统计模块输出的各区域内的乘客数量， 依据预先建立的温度场模型获取各区域所需要的风 量， 然后发送调节风阀开度和温度的控制信号给智能风阀。 温度场模型是根据计算流体动 说明书 2/3 页 4 CN 111325174 A 4 力学的方法建立的高铁车厢的温度场模型， 模拟不同乘客分布时在不同温度下所需的风 量。 在建立好温度场模型后， 根据乘客类别和数量对应找到在设置的舒适温度下的风量。 0023 本发明实施例中智能风阀是可以独立控制开度的风阀， 设置在每排座位的座椅 处， 在接收到控制器设置模块发送来的控制信号后， 调节风阀开度和温度， 从而实现高铁空 调智能调节。 说明书 3/3 页 5 CN 111325174 A 5 图1 图2 说明书附图 1/1 页 6 CN 111325174 A 6 。