引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特別是RFID 技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，基于RFID 技術(shù)的人員識別系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。然而， 基于RFID 技術(shù)的人員識別系統(tǒng)，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(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)較大偏差。

為解決這個問題，本文利用RFID 技術(shù)和圖像處理技術(shù)相結(jié)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(jìn)入識別區(qū)域時，除了 RFID 閱讀器讀取人員的相關(guān)信息（含特征信息）外，同時會通過攝像頭抓取連續(xù)的多幀區(qū)域畫面，對畫面中的目標(biāo)進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)分析，將得到的特征信息與RFID 卡的信息進(jìn)行比對（包含多對多比較），從而識別出畫面中目標(biāo)所對應(yīng)的 RFID人員。為了提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)還可以做到自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)功能。

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

1 RFID信息的讀取

RFID 技術(shù)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，它由電子標(biāo)簽、讀寫器（識讀器）、天線三部分組成。電子標(biāo)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(biāo)簽中，稱為電子標(biāo)簽。其內(nèi)置的IC 芯片用于存儲數(shù)據(jù)，射頻天線用于和讀寫器進(jìn)行通信。系統(tǒng)工作時，讀寫器發(fā)出查詢（能量）信號，電子標(biāo)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(biāo)簽內(nèi)的電路工作， 另一部分能量信號被電子標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)信息調(diào)制后反射回讀寫器。

讀寫器用于讀取或?qū)懭腚娮訕?biāo)簽上的信息，同時接受來自于主機(jī)系統(tǒng)的控制指令，是 RFID 系統(tǒng)信息控制和處理中心。

天線的作用是在電子標(biāo)簽和讀寫器間傳遞射頻信號（能量和數(shù)據(jù)）。

RFID 讀取信息的過程如下：由讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號 ；當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線有效工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量而被激活，使電子標(biāo)簽將自身編碼信息通過內(nèi)置射頻天線發(fā)送出去 ；讀寫器的接收天線接收到從電子標(biāo)簽發(fā)送來的調(diào)制信號，傳送到信號處理模塊，經(jīng)解調(diào)和解碼后將有效信息送至主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)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(jiān)控區(qū)域的全景圖像，攝像頭的架設(shè)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(jiān)控區(qū)域不宜太小，應(yīng)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(nèi)是否有運動目標(biāo)。同時，為了消除外部環(huán)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(jìn)行初步處理。具體做法是：

（1）設(shè)置一個參考幀圖像 B（X，Y），保存的內(nèi)容是最新的沒有運動目標(biāo)的背景圖像。幀差法是將當(dāng)前幀圖像 fk（X，Y）與參考幀圖像 B（X，Y）進(jìn)行比較：對應(yīng)點的灰度值相減，小于零的取絕對值 ；然后使用動態(tài)閾值 T 對差分圖像 Dk（X，Y）進(jìn)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(jù)圖像區(qū)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(dāng)前幀保存為參考幀 ；否則，提取圖像中的運動區(qū)域做進(jìn)一步處理。

(2) 動態(tài)閾值的計算方法是取差分圖像中像素值出現(xiàn)最多那個值。這樣可以減輕連續(xù)有運動物體而環(huán)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(shè)置一個輔助參考幀，可以用當(dāng)前幀中非運動區(qū)域的原始圖像內(nèi)容，對輔助參考幀進(jìn)行更新， 直到輔助參考幀全部內(nèi)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(jìn)行人體形狀特別修復(fù)處理：

(1) 如果是進(jìn)入監(jiān)控區(qū)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(xù)幀進(jìn)行處理 ；如果是離開監(jiān)控區(qū)域，則應(yīng)該是已經(jīng)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(qū)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(qū)域出現(xiàn)空心現(xiàn)象，則對缺少的部分進(jìn)行平滑填充。

(3) 最終得到只包含人體形狀內(nèi)容的圖像。

第三，在人體形狀內(nèi)容無遮擋的情況下，根據(jù)投影變換原理，同一個人位于監(jiān)控區(qū)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(jù)攝像頭架設(shè)位置與監(jiān)控區(qū)域的相對位置進(jìn)行透視矯正計算。將計算出來的與位置無關(guān)的目標(biāo)個體的大小和形狀等特征值，與RFID 卡閱讀到的相應(yīng)特征值進(jìn)行匹配，可以確定該目標(biāo)個體的身份。如果匹配不成功，則在原圖像上對該目標(biāo)個體進(jìn)行標(biāo)注后保存該圖像為待處理有問題場景圖像，可以發(fā)出報警信號讓值班人員當(dāng)場進(jìn)行核實， 也可以供事后對圖像中目標(biāo)個體進(jìn)行人為辨識。同時，根據(jù)對目標(biāo)個體在連續(xù)多幀中位置的跟蹤，進(jìn)而得出該目標(biāo)個體的移動方向（進(jìn)或出等）。

第四，如果人體形狀內(nèi)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(jìn)行分離和補(bǔ)充，計算出其位置無關(guān)的目標(biāo)個體的大小和形狀等特征值，后續(xù)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(xù)幀進(jìn)行處理（可能會隨著移動而發(fā)生變化）；如果多幀都無法有效處理，則進(jìn)行標(biāo)注保存和請求人工處理。

結(jié) 語

為了解決RFID 技術(shù)對人員管理過程中可能出現(xiàn)的人卡不對應(yīng)（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(jiān)控區(qū)域（RFID 有效識別范圍內(nèi)）連續(xù)抓拍的視頻圖像進(jìn)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(jìn)行模式匹配，以達(dá)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(jìn)一步研究。