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        現(xiàn)場工人安全識別裝置的研究

        2021-03-07 04:50:13孫長廷杜齊蔡宇
        電子樂園·上旬刊 2021年4期

        孫長廷 杜齊 蔡宇

        摘要:以人為本、生命至上,減少建筑工地安全事故發(fā)生率,能有效保障生命財產(chǎn)安全。以圖像識別技術(shù)為技術(shù)支持,結(jié)合建筑工人智能安全檢測系統(tǒng),創(chuàng)新出一種勞保用品穿戴情況識別裝置。該系統(tǒng)識別率較高、硬件投資低、檢測速度快、準確率高、應用場景廣泛。

        關(guān)鍵詞:施工安全;圖像識別;建筑工人;安全檢查;深度圖像

        1.建筑工人智能安全檢查系統(tǒng)的架構(gòu)

        1.1系統(tǒng)構(gòu)成

        建筑工人智能安全檢查系統(tǒng)的核心硬件為深度攝像頭和計算機(PC),用于圖像采集、加工處理、結(jié)果顯示等。

        1.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

        首先對以下概念進行定義。

        1)需提前整合工人基本信息。同時錄入工作區(qū)域、工作地點、工作時長等信息

        2)安全裝置模型庫:使用3D軟件建立模型庫

        3)行為數(shù)據(jù)庫:將人體簡化為若干點的合集。然后使用專用相機捕捉各點,錄入數(shù)據(jù)庫。

        1.3系統(tǒng)運行流程

        以數(shù)字圖像處理技術(shù)為支撐,通過專用相機捕捉,與模型庫比較,計算出結(jié)果。

        系統(tǒng)的各子功能運行流程及實現(xiàn)方式如下:

        1)身份識別:用專用攝像掃描,與模型庫對比。

        2)安全設備檢查:用專用相機掃描,再與模型庫對比。采用了比較簡單的模板匹配。

        3)運動行為能力測試:要求工人在攝像機前完成指定動作并錄入數(shù)據(jù)庫。后期通過與數(shù)據(jù)庫比較,確定工人狀態(tài)。

        2.建筑工人智能安全檢查系統(tǒng)實現(xiàn)與測試

        2.1實現(xiàn)平臺

        硬件方面,建筑工人智能安全檢查系統(tǒng)使用微軟公司推出的Kinect體感設備作為圖像采集工具。該設備包含彩色攝像頭、紅外攝像頭(圖3),可同時采集彩色圖像和深度圖像。其他設備還包含計算機、三腳架等。

        軟件方面,該系統(tǒng)使用 OpenCV(Open Source Com-puter Vision Library)為平臺,包含背景建模、特征檢測、輪廓提取、圖像分割等多個圖像處理函數(shù)。采用C/C++語言,同時保留了 Matlab、Ruby、Ruby等接口,可在Win-dows、Mac OS、Linux操作系統(tǒng)中運行。

        2.2 系統(tǒng)測試

        以若干工人為實驗樣本,進行了一系列測試。

        具體測試項目及效果如下。

        1) 自動識別和最優(yōu)算法比較

        調(diào)用對比直方圖函數(shù),將獲取到的人臉信息與數(shù)據(jù)庫中信息進行比對,實現(xiàn)身份識別。

        本系統(tǒng)采用相關(guān)系數(shù)法進行匹配,圖像之間的最大相關(guān)系數(shù)為最佳匹配圖像,通過大量訓練可以獲得穩(wěn)定的匹配效果。

        2) 安全裝置的檢查和最優(yōu)算法的比較

        模板匹配在源圖像中滑動并搜索模板圖像,以獲得與最相似區(qū)域大小相同的兩個區(qū)域。模板匹配有六種方法,從簡單到復雜,平方差匹配,歸一化平方差匹配,相關(guān)匹配,歸一化相關(guān)匹配,相關(guān)系數(shù)匹配,歸一化相關(guān)系數(shù)匹配。

        R(x,y)=Σ[T(x',y)·!'(x+x',y+y')]/Σr(x)·Σ"(x+x',y+y)2

        其中:

        T'(x',y) =T(x',y)-/.n·ΣT(x",x")

        ?。▁+x',x+y)=1(x+x',y+y)-1.h·Σ /(x+x",y+y") 表達式中,T(x,y)表示模板圖像(x,y)的像素值,1(x,high,R表示匹配程度,R值越大,匹配效果和匹配度越高效果y)代表源圖像(x和y的像素值),w和h代表模板圖像的長度和高度。

        3.操作能力檢查

        在檢查過程中,要求操作者在攝像機前執(zhí)行指定的動作,系統(tǒng)跟蹤骨骼節(jié)點的運動特征,然后進行差異分析。

        在行為特征識別過程中,我們建立以圖像左上角為原點并按像素縮放的坐標系,并使用OpenCV自動提取骨架坐標和骨架角度。

        3.1 識別

        本次測試中,正確回答率為83.75%,具體效果統(tǒng)計見表5??紤]到夏季高溫和陽光對工人膚色的影響,需要定期更換工人信息庫中的照片,以提高識別準確率。

        3.2 安全設備檢查

        測試結(jié)果發(fā)現(xiàn),頭盔識別準確率為96.25%,檢測率沒有下降,效果穩(wěn)定。安全帶正確識別率為63.75%。

        經(jīng)分析,安全帶識別準確率低的原因如下:

        在安全帶檢測過程中,服裝的某些部分很容易被誤認為是安全帶,或者導致服裝的障礙物、氣密性、輪廓不清晰和被忽視的檢查。此外,當頭盔暴露在光線下時,它往往會在白色背景后面留下類似于墻壁的輪廓陰影,這可能會導致頭盔錯誤識別物體。

        3.3 操作能力檢查

        在本次測試中,為了加快計算速度,我們使用像素作為采集圖像的尺度來建立相對坐標系,并根據(jù)向量計算角度。在這個過程中,獲取到的3D坐標信息被人為壓縮成2D平面信息,丟失了一些信息。對此,骨節(jié)點角度本身的閾值設置是將根t得到的骨骼模型轉(zhuǎn)換成圖像后計算的,與測試過程中的骨節(jié)點角度計算方法相同,所以有3個可以將三維坐標信息壓縮成二維坐標信息。過程錯誤。同時,駕駛行為能力測試的有效性取決于規(guī)定行為的設置,后續(xù)應根據(jù)相關(guān)安全規(guī)則和要求,結(jié)合工種特點與具體施工活動設置。

        4.結(jié)論

        在設計并測試了基于圖像識別技術(shù)的建筑工人智能安全檢查系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于識別建筑工人、檢查安全裝置和檢查操作行為能力。經(jīng)測試,系統(tǒng)識別準確率為83.75%,頭盔識別準確率為96.25%,安全帶識別準確率為63.75%,滿足實際需求。上述系統(tǒng)可在普通計算機上運行,具有硬件投資低、檢測速度快、準確率高、應用場景廣泛等優(yōu)點。這彌補了傳統(tǒng)建筑安全自動化水平低的缺點。管理領域。該系統(tǒng)還可用于礦山、電力等行業(yè)的安全檢查,具有推廣價值。

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