基于RFID信息與視頻圖像的人員識別的研究

王軍　陳翠琴

摘 要：基于RFID技術識別人員的管理系統，都存在一個不可回避的問題，就是人員不帶卡或者一人多卡怎么辦。通過將RFID識別的人員的特征信息，與通過攝像頭對出入口RFID可識別區域進行連續視頻圖像抓拍、圖像處理、人員識別后的特征比對等步驟，來鑒別RFID識別人員的真實性。對于特征不匹配的對象，可輸出報警信息和保存現場視頻圖像留底。

關鍵詞：RFID技術；圖像處理；人員識別；特征比對

中圖分類號：TN965 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）03-00-02

0 引 言

隨著物聯網技術特別是RFID技術的不斷發展和日益成熟，基于RFID技術的人員識別系統得到了廣泛應用。然而，基于RFID技術的人員識別系統，因為人員與物品不同，會存在忘記帶卡或有意無意一人帶多卡的情況，從而導致應用系統出現較大偏差。

為解決這個問題，本文利用RFID技術和圖像處理技術相結合的方法，將個人的外貌特征信息如身高、體重等存儲在RFID卡中，在人員（卡片）進入識別區域時，除了RFID閱讀器讀取人員的相關信息（含特征信息）外，同時會通過攝像頭抓取連續的多幀區域畫面，對畫面中的目標進行靜態和動態分析，將得到的特征信息與RFID卡的信息進行比對（包含多對多比較），從而識別出畫面中目標所對應的RFID人員。為了提高系統的準確性，系統還可以做到自學習和自適應功能。

本文所述的將RFID技術和視頻圖像相結合的研究，對輔助現實生活中類似居民小區門衛的工作，具有重大意義。一般情況下，如果門衛對進出的每個人都進行檢查，即麻煩又顯得不近人情，容易產生矛盾；如果不進行檢查，門衛就形同虛設，起不到保護居民安全的作用。如果運用該技術，則只有在出現異常情況時才需要人為盤查一下，即省事又不容易產生不必要的麻煩。

1 RFID信息的讀取

RFID技術是一種非接觸式自動識別技術，它由電子標簽、讀寫器（識讀器）、天線三部分組成。電子標簽也可叫做RFID卡，是由IC芯片和無線通信天線組成的超微型模塊電路，常嵌入到標簽中，稱為電子標簽。其內置的IC芯片用于存儲數據，射頻天線用于和讀寫器進行通信。系統工作時，讀寫器發出查詢（能量）信號，電子標簽（無源）收到查詢（能量）信號后將其一部分整流為直流電源供電子標簽內的電路工作，另一部分能量信號被電子標簽內保存的數據信息調制后反射回讀寫器。

讀寫器用于讀取或寫入電子標簽上的信息，同時接受來自于主機系統的控制指令，是RFID系統信息控制和處理中心。

天線的作用是在電子標簽和讀寫器間傳遞射頻信號（能量和數據）。

RFID讀取信息的過程如下：由讀寫器通過發射天線發送特定頻率的射頻信號；當電子標簽進入發射天線有效工作區域時產生感應電流，從而獲得能量而被激活，使電子標簽將自身編碼信息通過內置射頻天線發送出去；讀寫器的接收天線接收到從電子標簽發送來的調制信號，傳送到信號處理模塊，經解調和解碼后將有效信息送至主機系統進行相關處理。

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；為了取得監控區域的全景圖像，攝像頭的架設高度h不低于2米，攝像頭的入射角度θ宜保持在30°～60°，這樣抓拍的圖像對于減輕遮擋的影響比較理想；監控區域不宜太小，應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。否則可能會漏掉檢測對象。

3 圖像的初步處理

首先，需要檢測圖像范圍內是否有運動目標。同時，為了消除外部環境如天氣變化、光照條件變化的影響，我們采用“參考幀幀差法”來對圖像進行初步處理。具體做法是：

（1）設置一個參考幀圖像B（X，Y），保存的內容是最新的沒有運動目標的背景圖像。幀差法是將當前幀圖像fk（X，Y）與參考幀圖像B（X，Y）進行比較：對應點的灰度值相減，小于零的取絕對值；然后使用動態閾值T對差分圖像Dk（X，Y）進行二值化處理，得到二值圖像Rk（X，Y）。

如果差分圖像中白點所占的面積很小（根據圖像區域面積、圖像分辨率和最小運動物體投影面積綜合計算得出），則沒有運動物體，將當前幀保存為參考幀；否則，提取圖像中的運動區域做進一步處理。

（2）動態閾值的計算方法是取差分圖像中像素值出現最多那個值。這樣可以減輕連續有運動物體而環境均勻變化情況下的影響。

（3）如果長時間有運動物體，勢必造成參考幀更新不及時，影響處理效果。因此需要設置一個輔助參考幀，可以用當前幀中非運動區域的原始圖像內容，對輔助參考幀進行更新，直到輔助參考幀全部內容都更新到之后，將該輔助參考幀拷貝作為最新的參考幀。

其次，對二值圖像Rk（X，Y）進行人體形狀特別修復處理：

（1）如果是進入監控區域的，在沒有完整拍攝到整個人體的時候，去掉該部分人體圖像，留待后續幀進行處理；如果是離開監控區域，則應該是已經處理過了，直接去掉該部分人體圖像。

（2）對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域出現空心現象，則對缺少的部分進行平滑填充。

（3）最終得到只包含人體形狀內容的圖像。

第三，在人體形狀內容無遮擋的情況下，根據投影變換原理，同一個人位于監控區域的不同位置，拍攝到的人體圖像的尺寸是不同的，需要根據攝像頭架設位置與監控區域的相對位置進行透視矯正計算。將計算出來的與位置無關的目標個體的大小和形狀等特征值，與RFID卡閱讀到的相應特征值進行匹配，可以確定該目標個體的身份。如果匹配不成功，則在原圖像上對該目標個體進行標注后保存該圖像為待處理有問題場景圖像，可以發出報警信號讓值班人員當場進行核實，也可以供事后對圖像中目標個體進行人為辨識。同時，根據對目標個體在連續多幀中位置的跟蹤，進而得出該目標個體的移動方向（進或出等）。

第四，如果人體形狀內容有遮擋，則可以對部分輪廓比較明顯（輪廓匹配度大于60%）的形狀按正常身高比例進行分離和補充，計算出其位置無關的目標個體的大小和形狀等特征值，后續處理同上面的第三；對于部分輪廓匹配差的形狀，可以暫時不處理，等待后續幀進行處理（可能會隨著移動而發生變化）；如果多幀都無法有效處理，則進行標注保存和請求人工處理。

4 結 語

為了解決RFID技術對人員管理過程中可能出現的人卡不對應（包括不帶卡或一人多卡）的問題，提出了一種利用攝像頭對監控區域（RFID有效識別范圍內）連續抓拍的視頻圖像進行處理，重點分析人體圖像的大小和形狀等特征信息，同RFID讀取的特征信息進行模式匹配，以達到識別人員和驗證人員真實性的目的。

本文對于人員較多有遮擋情況下的處理不是很理想，需要做進一步研究。

參考文獻

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