本發(fā)明涉及人臉識別的智能公交收費系統(tǒng)，具體為基于人臉識別的智能公交收費系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、人臉識別的智能公交收費系統(tǒng)是一種利用生物識別技術(shù)實現(xiàn)公共交通支付的現(xiàn)代化系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過安裝在公交車上的攝像頭捕捉乘客的面部圖像，然后通過先進的人臉識別算法進行分析和比對，以識別和驗證乘客的身份，一旦身份得到確認，系統(tǒng)將自動從乘客的賬戶中扣除相應(yīng)的票價，從而完成支付過程，這種系統(tǒng)不僅提高了公交支付的便捷性和效率，還減少了對傳統(tǒng)票務(wù)人員的依賴，同時也為乘客提供了一種無需攜帶現(xiàn)金或卡片的支付方式；

2、同時，系統(tǒng)還能夠收集和分析乘客流量數(shù)據(jù)，為城市交通管理和規(guī)劃提供支持，隨著技術(shù)的不斷進步，這種系統(tǒng)有望在未來的智能交通系統(tǒng)中發(fā)揮更加重要的作用；

3、現(xiàn)有人臉識別系統(tǒng)針對特定場景提出不同的面部識別算法，其中考慮到運動場景下的圖像模糊問題，面部疲勞狀態(tài)識別系統(tǒng)等，雖然針對特定場景的人臉識別算法相比于普適性算法在實際應(yīng)用時的準確度更高，但是應(yīng)用于老年場景的人臉識別的過程中，由于老年人臉存在皺紋、瞼袋等特征，導(dǎo)致大量算法應(yīng)用基于人臉識別的智能公交收費系統(tǒng)中，難以達到預(yù)期效果，因此，針對上述問題提出基于人臉識別的智能公交收費系統(tǒng)及其控制方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于人臉識別的智能公交收費系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有人臉識別系統(tǒng)針對特定場景提出不同的面部識別算法，其中考慮到運動場景下的圖像模糊問題，面部疲勞狀態(tài)識別系統(tǒng)等，雖然針對特定場景的人臉識別算法相比于普適性算法在實際應(yīng)用時的準確度更高，但是應(yīng)用于老年場景的人臉識別的過程中，由于老年人臉存在皺紋、瞼袋等特征，導(dǎo)致大量算法應(yīng)用基于人臉識別的智能公交收費系統(tǒng)中，難以達到預(yù)期效果的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、基于人臉識別的智能公交收費系統(tǒng)及其控制方法，包括人臉識別模塊、圖像信息處理模塊、后臺扣款模塊以及支付確認模塊，所述人臉識別模塊包括面部圖像采集模塊，所述后臺扣款模塊包括個人信息管理模塊和費用管理模塊；所述人臉識別模塊用于實現(xiàn)人臉識別，提取人臉數(shù)字化信息，并將其存入數(shù)據(jù)庫；所述面部圖像采集模塊用于當(dāng)乘客接近公交車前門并將頭對準面部設(shè)備的前部時，自動拍攝面部圖像；所述圖像信息處理模塊用于獲取拍攝的面部圖像并進行處理；所述后臺扣款模塊用于接收處理后的面部圖像信息數(shù)據(jù)，并執(zhí)行扣款操作，所述個人信息管理模塊用于對個人信息進行增、刪、改、查操作，所述費用管理模塊用于對用戶余額和用戶費用明細管理；所述支付確認模塊用于將扣款結(jié)果傳輸?shù)角岸嗽O(shè)備，并在客戶端顯示支付成功信息。

4、作為本發(fā)明進一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述面部圖像采集模塊包括至少一個攝像頭，該攝像頭配置有自動對焦和自動曝光功能。

5、作為本發(fā)明進一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述圖像信息處理模塊包括面部檢測、特征提取和相似度比較算法，用于將獲取的面部圖像與數(shù)據(jù)庫中存儲的面部圖像進行比對。

6、作為本發(fā)明進一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述后臺扣款模塊包括賬戶驗證、交易處理和安全加密算法，用于確保交易的安全性和準確性。

7、作為本發(fā)明進一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述支付確認模塊包括實時通信協(xié)議和用戶界面，用于將支付結(jié)果實時顯示給乘客，并提供支付成功或失敗的提示。

8、作為本發(fā)明進一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述系統(tǒng)進一步包括一個用戶注冊模塊，用于在首次使用時采集和注冊乘客的面部圖像和賬戶信息。

9、作為本發(fā)明進一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述系統(tǒng)還包括一個異常處理模塊，用于在面部識別失敗或支付異常時提供備用支付選項或提示。

10、作為本發(fā)明進一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：包括以下步驟：

11、步驟a：拍攝面部圖像，當(dāng)乘客接近公交車前門并將頭對準面部設(shè)備的前部時，攝像頭自動拍攝面部圖像，并通過人臉識別模塊進行人臉識別，且在進行人臉識別的過程中，通過基于年齡的子分類器對特征進行分段處理，將老年人按年齡段分類，并對每個年齡段的人臉特征進行專門優(yōu)化；

12、步驟b：獲取圖像信息，乘客確認上傳后，系統(tǒng)進行處理，并傳輸圖像進行相似度的比較，并通過圖像信息處理模塊進行處理；

13、步驟c：后臺扣款操作，傳輸人臉信息數(shù)據(jù)到后臺，進行扣款操作；

14、步驟d：確認付款信息，后臺將相關(guān)結(jié)果傳輸?shù)角岸嗽O(shè)備，前端設(shè)備接收信息并將信息顯示到客戶端，并且提醒支付成功。

15、作為本發(fā)明進一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述人臉識別模塊識別人臉為老年人時，s1:通過多尺度信息輸入模塊提取人臉特征，使用不同尺寸的卷積單元，并通過concat融合特征，公式為：

16、

17、式中：f1、f2和f3表示卷積單元輸出的特征圖，h和w分別為特征圖的高、寬，ci為卷積通道數(shù)量，bi、ti和ei為調(diào)節(jié)因子；

18、s2:通過全局自適應(yīng)特征提取模塊使用平均池化和卷積單元提取特征，并通過relu和sigmoid激活函數(shù)進行特征平滑；

19、s3:結(jié)合特征增強注意力模塊使用像素注意力機制和最大池化來增強對老年人特有面部特征的關(guān)注；

20、s4:采用自適應(yīng)損失策略來優(yōu)化識別結(jié)果；

21、作為本發(fā)明進一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述自適應(yīng)損失策略采用改進的eiou損失函數(shù)，公式為：

22、

23、iou為交并比，用于衡量預(yù)測框和真實框的重疊程度，d(b,b_true)為預(yù)測框和真實框之間的距離，c為能夠同時包含預(yù)測框和真實框的最小外接框的對角線長度，w和w_n為預(yù)測框和真實框的寬度，h和h_n為預(yù)測框和真實框的高度，u和l分別為最小外接框的寬度和高度，a和l為權(quán)重系數(shù)，r1、r2和r3為常量，用于調(diào)節(jié)損失函數(shù)中的各項指標(biāo)。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

25、1、本發(fā)明中，針對老年人臉的獨有特征，多尺度信息輸入模塊采集老年人臉的特征信息，并設(shè)計多項式損失調(diào)整策略來調(diào)整權(quán)重，指導(dǎo)其提取或關(guān)注面部關(guān)鍵特征，加入特征增強注意模塊來增強關(guān)鍵特征，自適應(yīng)損失策略等技術(shù)手段，針對性地解決了老年人面部特征復(fù)雜性帶來的挑戰(zhàn)；

26、2、本發(fā)明中，通過使用不同尺寸的卷積單元提取人臉的全局和局部特征，增強了系統(tǒng)對老年人面部特征的識別能力，同時利用平均池化和卷積單元提取特征，并通過relu和sigmoi?d激活函數(shù)進行特征平滑，減少了皺紋等特征的干擾，提高了識別的準確性，且結(jié)合像素注意力機制和最大池化，增強了對老年人特有面部特征的關(guān)注，進一步提升了識別的精準度；

27、3、本發(fā)明中，采用改進的e?iou損失函數(shù)，優(yōu)化了模型的訓(xùn)練過程，使得系統(tǒng)在識別老年人面部時更加準確，且方便新用戶注冊，確保了只有注冊用戶才能使用面部識別支付功能，增強了系統(tǒng)的安全性，同時在面部識別失敗或支付異常時提供備用支付選項，確保了交易的連續(xù)性，提升了用戶體驗，并可以確保支付結(jié)果能夠迅速反饋給乘客，提供了及時的支付成功或失敗提示。