基于云计算的小区安防系统

刘小兵 杨杰 扈乐华 胡丽霞 谭道军

[摘    要]基于云计算的小区安防系统可将外来人员的远近距离与外界的环境光强度相结合，来控制门禁识别设备中的部件运动，进而可依据各外来人员当时所处的远近情况和光照情况，来调整摄像头的拍摄位置，以提高图像采集的清晰度，以免出现难以准确地分辨外来人员，给不法分子乘机而入的机会，不能够起到充分的防范作用，而调节补光灯的照射位置则能够在起到补光作用的同时，避免光线直射外来人员面部所造成的负面影响。

[关键词]云计算; 图像采集;安防系统

[中图分类号]TP391.41 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–0–03

[Abstract]The community security system based on cloud computing can combine the distance of outsiders with the ambient light intensity of the outside to control the movement of the components in the access control identification device， and then can be based on the distance and light conditions of the outsiders at that time ， To adjust the shooting position of the camera to improve the clarity of image collection， so as to avoid the difficulty of accurately distinguishing outsiders， giving criminals a chance to enter， and can not play a sufficient preventive role， and adjust the illumination of the fill light The position can not only play a role in supplementing light， but also avoid the negative impact caused by direct light on the faces of outsiders.

[Keywords]cloud computing; image acquisition; security system

小区安防系统的主要职能是提高安全防范效果，而安全方面给居民生命和财产带来最大的威胁包括两方面：①由人为引起的破坏;②非人为引起的破坏。小区安防系统即为通过有效的措施对这些不安全因素进行防范，以给小区居民创造安全舒适的居住环境。

小区安防系统主要包括住宅报警子系统、门禁控制子系统、视频监控子系统、电子巡更子系统和停车管理子系统五大类，而在现有的小区安防系统中，难以针对各外来人员所处的远近不同，以及在光线不足或过强时，来调整拍摄位置和补光情况，进而达到提高图像清晰度的效果，不能够起到充分的防范作用。

为了解决上述缺陷，本系统依据业主在手机上安装安防APP，并在陌生人敲门时来发出提醒，以及给小区物业发出警报，督促其进行检查，进而减少小区的偷窃问题，而将其与现有的小区安防系统相结合来说，难以针对各外来人员面部图像进行模型化分析，以区分出与户主交流密切的外来人员，并据此来完成自主学习阶段，进而在保证安全防范效果的同时还能够减少户主的处理量。

1 系统架构设计

基于云计算的小区安防系统，包括数据采集模块、匹配对比模块、信号处理模块、控制器、动作指令模块、图像分析模块、人员采集模块、户主确认模块和图像核对模块。本系统总体结构如图1所示。

2 系统硬件设计

门禁识别设备由摄像头1、距离传感器2、透光板3、齿条4、固定柱5、补光灯6、齿轮7、矩形口8、电动推杆9、第一活动杆10、壳体11、第二活动杆12、电磁铁13、伸缩弹簧14、滑轨15、第一滑块16、限位块17、螺纹杆18、环境光传感器19、第二滑块20、螺纹套筒21、挡块22和电动马达23组成。壳体11的一侧嵌入有透光板3，透光板3的一侧中心处开设有矩形口8，矩形口8的内部安装有固定柱5，固定柱5的外部通过轴承活动连接有齿轮7，齿轮7远离壳体11的一侧通过连接柱与补光灯6相固定，壳体11的顶部内壁靠近透光板3处通过螺钉固定有电动推杆9，电动推杆9的一侧通过螺钉固定有齿条4，且齿条4与齿轮7相啮合。

壳体11与透光板3相对的一侧中心处嵌入有滑轨15，滑軌15的两端均通过点焊固定有挡块22，滑轨15的内部自上而下分别安装有第一滑块16和第二滑块20，第一滑块16的外端通过铰链活动连接有第一活动杆10，且第一活动杆10的一端通过黏接固定有缓冲海绵块并与透光板3相配合，壳体11与第一滑块16相对的顶部内壁处通过螺钉固定有电磁铁13，且电磁铁13与第一滑块16之间设置有伸缩弹簧14，电磁铁13的一侧通过铰链活动连接有第二活动杆12，且第二活动杆12与第一活动杆10为配合结构，第二活动杆12在第一活动杆10上滑动，且滑动的端点处与第一活动杆10的端点处之间均相距5cm，且第一活动杆10、第二活动杆12和第一滑块16均为非金属材质的构件，伸缩弹簧14为金属材质的构件，以免电磁铁13通电产生磁力并逐渐带动伸缩弹簧14收缩时，对第一活动杆10与第二活动杆12之间的相对运动造成影响;

第二滑块20的一侧通过螺栓固定有螺纹套筒21，螺纹套筒21的一侧通过螺钉固定有摄像头1，摄像头1的顶部分别设置有距离传感器2和环境光传感器19，壳体11的底部内壁处通过螺钉固定有电动马达23，电动马达23的一侧通过联轴器活动连接有螺纹杆18，螺纹杆18穿过螺纹套筒21，且一端通过点焊固定有限位块17，摄像头1、补光灯6、电动推杆9、电磁铁13和电动马达23均与外部电源电性连接。本系统硬件设计如图2所示。

3 系统功能实现

3.1 数据采集模块

数据采集模块用于实时采集外来人员的语音要素信息，并将其传输至匹配对比模块，且语音要素信息包括音高数据、音强数据、音长数据和音色数据，而不同的外来人员为不同的发音体，每个发音体发出的声音在音高、音强、音长和音色上各不相同。

3.2 匹配对比模块

匹配对比模块在接收到实时语音要素信息后，将其中的音高数据、音强数据、音长数据和音色数据分别与预设范围a、预设范围b、预设范围c和预设范围d进行比较，当满足上述四者均位于各自的预设范围内时，则生成一级匹配信号，而其他情况下，则生成指示动作信号，并将上述两种信号均传输至信号处理模块。

3.3 信号处理模块

信号处理模块在接收到实时的一级匹配信号时，控制小区安防门禁锁开启，而在接收到实时的指示动作信号时，控制门禁识别设备中的距离传感器2和环境光传感器19通电工作，并由距离传感器2来实时采集外来人员的位置信息，以及环境光传感器19来实时采集环境光强度数据，且位置信息包括外来人员与摄像头1间的垂直距离数据和外来人员的额头处与摄像头1间的直线距离数据，并将位置信息和环境光强度数据均经控制器传输至动作指令模块。

3.4 动作指令模块

动作指令模块在接收到实时的位置信息和环境光强度数据后，即开始进行对比执行操作，具体步骤如下：

（1）获取到实时的位置信息，并将外来人员与摄像头1间的垂直距离数据标定为Q，以及外来人员的额头处与摄像头1间的直线距离数据标定为W，且Q与W位于同一平面，并依据公式，来求得外来人员与摄像头1间的角度数据。

（2）将角度数据与预设范围e相比较，当满足角度数据大于预设范围e时，则控制门禁识别设备中的电动马达23工作，电动马达23带动螺纹杆18顺时针方向转动，螺纹杆18带动螺纹套筒21下降直至角度数据位于预设范围e内;而当满足角度数据小于预设范围e时，则控制门禁识别设备中的电动马达23工作，电动马达23带动螺纹杆18逆时针方向转动，螺纹杆18带动螺纹套筒21上升直至角度数据位于预设范围e内，且当满足角度数据位于预设范围e内时，则不控制门禁识别设备中的电动马达23工作，而在螺纹杆18带动螺纹套筒21運动至紧贴电动马达23处或限位块17处时，角度数据仍不位于预设范围e内，则此时关闭电动马达23来停止工作，进而依据外来人员与摄像头1所呈的角度情况来调整摄像头1的拍摄位置，以提高图像采集的精确度。

（3）同时获取到实时的环境光强度数据，并将其标定为R，且将环境光强度数据R与预设范围r相比较;当满足环境光强度数据R大于预设范围r时，则控制门禁识别设备中的电磁铁13工作，电磁铁13通电产生磁力来带动伸缩弹簧14逐渐向上运动收缩，伸缩弹簧14带动第一滑块16逐渐向上滑动，第一滑块16带动第一活动杆10运动，而依据第二活动杆12与第一活动杆10为配合结构，且第二活动杆12在第一活动杆10上滑动，以及第一活动杆10与第一滑块16、第二活动杆12与电磁铁13均为铰链活动连接，即第一活动杆10在运动时为圆周式的下降过程，直至第一活动杆10一端的缓冲海绵块与透光板3相接触。

当满足环境光强度数据R小于预设范围r时，则控制门禁识别设备中的电动推杆9工作，电动推杆9推出并带动齿条4向下运动，而依据齿条4与齿轮7相啮合，以及固定柱5与齿轮7间为轴承活动连接，即齿条4带动齿轮7顺时针转动，而依据齿轮7与补光灯6之间通过连接柱相固定，即齿轮7带动补光灯6向上运动直至预定处，同时控制补光灯6开启，且当满足环境光强度数据R位于预设范围r内时，则不控制门禁识别设备中的电动推杆9工作，同时直接控制补光灯6开启，且预定处为补光灯6与水平面间所夹的锐角呈30°的位置，进而依据外来人员当时所处的光照情况，来调整摄像头1的拍摄光线，以提高图像采集的清晰度，而调节补光灯6的照射位置则能够在起到补光作用的同时，还可避免光线直射外来人员面部所造成的负面影响。

（4）最后控制摄像头1开启来采集实时的外来人员面部图像，并生成图像信号传输至图像分析模块。

3.5 图像分析模块

图像分析模块在接收到实时的图像信号时，将外来人员面部图像传输至户主手机中，且户主手机与图像分析模块和小区安防门禁锁之间均为电性连接，并由户主确认后将小区安防门禁锁开启，同时对图像信号进行模型化分析，以得到户主交流度系数Zi，并将其传输至户主确认模块。

3.6 户主确认模块

户主确认模块用于将户主交流度系数Zi与预设值z相比较，当户主交流度系数Zi大于预设值z时，将与Zi相对应的外来人员面部图像的鼻尖到外眼角的距离T、鼻尖到下巴中心位置的距离Y和鼻尖到外眉尖的距离U均传输至图像核对模块，且图像分析模块还将实时获取到的图像信号中外来人员面部图像的鼻尖到外眼角的距离T、鼻尖到下巴中心位置的距离Y和鼻尖到外眉尖的距离U均传输至图像核对模块。

3.7 图像核对模块

图像核对模块用于将户主确认模块与图像分析模块中传输的鼻尖到外眼角的距离T、鼻尖到下巴中心位置的距离Y和鼻尖到外眉尖的距离U均进行比较，并在上述三者均相同时，则生成二级匹配信号并传输至信号处理模块，并由其来直接控制小区安防门禁锁开启，则无需户主再进行确认，将外来人员面部图像传输至户主手机中仅为通知作用，而当户主交流度系数Zi小于等于预设值z时，不生成任何信号进行传输。

4 结束语

本文设计了基于云计算的小区安防系统，将外来人员的进出时间点、进出时长和进出次数分别进行赋值式标定，并依据其对与户主熟悉程度的影响占比进行权重分配，将外来人员面部图像传输至户主手机中，进而能够对各外来人员面部图像进行模型化分析，以区分出与户主交流密切的外来人员，并据此来完成自主学习，进而在保证安全防范效果的同时还能够减少户主的处理量。

参考文献

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