数字幼儿园系统功能研究

【摘要】目前信息技术在我国幼儿园管理中的应用还处于初级水平，仅限于监控安防、工资管理与入学管理等内容，网络系统的采用都不多见。随着近几年入园儿童数量的不断增加，这种传统的管理模式已经不能适应现阶段幼儿园管理的需要，存在很多监管和安全的问题以及隐患，同时也造成人力资源大量的浪费。本文重点解决幼儿电子档案、接送安全防护、病例记录以及家-园信息互动等问题，设计出一套具有时代特色和广泛社会效益的软件系统。

【关键词】人脸识别；WCF通信；视频监控动态监测；红外体温监测

【中图分类号】G64 【文献标识码】A

【文章编号】1007-4309（2013）04-0018-2

一、系统的总体技术方案

项目做依据的技术原理。在人脸识别模块，通过人脸检测技术从动态图像中检索到人的脸部照片，然后采用结合DCT和WT的多分类器融合的光照人脸识别算法，该算法为进一步提高各种光照条件下的人脸识别精度，提出了一种将光照补偿和光照不变特征提取相结合的人脸识别方法。算法先应用对数域DCT进行光照补偿；然后，用三次样条二进小波分解提取一个低频子图和三个对光照变化鲁棒的边缘细节子图；接着，用二维线性判别分析进行特征降维并构造四个分量分类器；最后，通过多分类器融合规则进行融合分类。病例管理模块。红外体温检测技术、病例特征模型库的建立与完善。平常主要通过红外热成像人体测温系统对幼儿进行非接触体温测量，配合人脸识别可以自动将幼儿的体温信息录入到系统中，根据病理特征库进行体温的比对，当体温出现异常时系统自动报警。斯蒂芬-玻尔兹曼定律表明，黑天单位面积想整个半球控件发射的辐射总功率与其自身绝对温度的四次方成正比。这一定律说明物体发射的热辐射功率与它的绝对值有直接的对应关系。因此只要测出人体的热辐射功率，就能得知人体的温度。

通过WDSL定义的服务接口，应用WCF通信技术，实现Web客户端可以和Server实时交互，并利用WCF双通道技术，实现了服务器端可以主动向Web客户端发送通知消息。

视频监控动态检测。通过Otsu动态阈值背景差法和三帧差法相结合的运动目标检测差法对于图像区域内异常移动进行检测，当出现异常情况时，系统将警示信息发送到保安人员处。该算法通过改进的Surendra算法建立模型，并由Otsu动态阈值背景差法得到二值图像，然后与三针差法相结合，得到可靠的运动目标区域并进行背景实时更新，实验记过表明该方法满足视频序列运动目标检测的实时性和准确性要求。

短信个性群发。管理员编辑各种短信的模板，对于特定的信息内容，如姓名、称谓、通知的个性化内容等信息则在发送前通过提取儿童信息库中的相应信息做相应的替换，使短信更加人性化和更加有针对性。

系统的主要技术与性能指标。在人脸识别模块，考虑在不同的时段、天气的影响下，人脸照片受光照的影响造成人脸识别不精确，我们采用了结合DCT和WT的多分类器融合光照人脸识别算法，该算法将光照补偿和光照不变特征提取相结合，算法先应用对数域DCT进行光照补偿；然后，用三次样条二进小波分解提取一个低频子图和三个对光照变化鲁棒的边缘细节子图；接着，用二维线性判别分析进行特征降维并构造四个分量分类器；最后，通过多分类器融合规则进行融合分类。该算法在CAS-PEAL人脸库光照子集上的实验达到了83.91%的识别率，在YaleB人脸库上则实现了100%的识别率，实验结果证明了该文算法对光照变换具有较好的鲁棒性。

红外体温检技术。红外热成像人体快速测温系统是集先进的光电子技术、热成像技术、图像处理技术和控制技术于一体的高科技产品。红外热成像测温系统在一定环境条件下，对受试人员的人体表面温度进行测量，被检测人流经过检测区域，被检测者在离镜头3-5m出接收体温测量，数秒钟就检测出受测人的人体温度。将测得的人体表面温度进行了记录相关性分析。实验中该仪器每天检测8000人次，准确率为100%。该仪器温度分辨率可达0.07℃。适合人流大的区域远距离对人权进行搜索和检测，准确找出其中的发烧病人。

WCF通信技术，通过WDSL定义服务的接口，绑定通信通道，实现了Client-Server的双通道通信，此技术是目前比较先进的通信技术。WCF（Windows Communication Foundation）是一种使软件中的不同部分相互通信的技术。和其他技术COM（Component Object Model，组建对象模型）和DCOM（分布式组建对象模型）、RMI（Remote Method Invocation，远程方法调用）、MSMQ（Microsoft Message Que，Microsoft消息队列）、WebSphere MQ相比，WCF应用的场景更广泛也更加有效，它是一种可以在程序集需要和其他软件实体交换数据的任何场景中都适用的技术，并且WCF也是最好的解决方案。

视频监控动态监测技术。Otsu自适应阈值背景差分与三针差分相结合的运动目标检测算法采用改进的Surendra算法较好的对背景进行选择行更新，Otsu方法动态选择阈值，可以稳定的检测出运动目标，既克服了光照对背景差分影响，又消除了帧差法的双影和空洞现象，能够很好的抑制场景变化带来的影响，抗干扰能力强，能够适应复杂的环境。

二、系统的创新点

理论创新。病例模型的建立与疾病特征的自学习。系统初始会录入各种特征表象，如体温数值范围、是否咳喘、是否呕吐、是否腹泻、是否头晕等特征数据，基于医学资料，建立各种疾病的体征表象。当儿童出现异常情况时，通过儿童的各种体征表象建立二维数据信息，然后和疾病特征数据做数据匹配运算，依据计算结果给出疾病相似度提示及相应的指导建议。在不断的信息搜集与整理过程中，实现系统的特征自动录入，并积累成功的采纳与处理意见，自动丰富和完善病例模型，实现系统的自学习功能。

应用创新。该系统将人脸识别技术应用于幼儿园家长、孩子、教职员工的身份识别上，和RFID卡相比有更高的安全系数，和指纹识别相比，它省去了指纹识别必须的接触识别，并同时减少了身体接触杜绝了因接触造成的疾病传染。

将红外体温测量和人脸识别技术相结合，实现儿童体温的自动测量和记录功能。并结合病例特征库实现疾病的发现与报警提示功能。在儿童通过教室门口时，进行体温采集，并配合人脸识别，为每个孩童记录体温，整个信息会记录在而幼儿信息库当中。当检测到幼儿体温异常，系统给出报警提示，当然基于我们的病例特征库中的信息，对于体温在不同的范围内的报警提示也是有区分的。教师根据系统提示，将对儿童进行进一步的体征观测，例如是否出现咳喘、呕吐、腹泻、头晕的信息，核实后将信息录入的儿童信息库中，同时系统自动将体征与病例特征库中的信息做比对，对孩童可能面临的疾病做出建议性的措施，例如：隔离观察，通知家长接走治疗还是立刻拨打120抢救等，同时通知短信管理模块给家长发送警示信息。另外对于儿童注射疫苗情况以及注射疫苗后儿童身体特征的反应我们的系统也会实时采集并做相应的处理。

将视频监控动态监测技术应用于幼儿园安全管理，在监控过程中识别出有危害儿童安全的个体或群体行为时系统发出报警提示，例如有人翻越围墙或有人突然冲入儿童当中致使儿童慌乱散开等情形，安全保卫部门将会收到系统的报警提示，同时监控画面自动切换到发出报警提示的摄像头界面。提高了保安人员对应急事故的响应效率，对儿童的人身安全增加了保障。

技术创新。传统网站也可以实现Client和Server的交互，但是传统网站都是基于请求-服务的方式实现的，Client发起请求，Server服务同时Cient索取数据。这种方式的弊端在于，当Client浏览一些实时性要求高的数据时，Client需要不断的发起请求，检查是否有更新的数据需要下载。当Server没有更新数据时，这种交互方式就发起了很多无效的请求。在我们的系统中，通过WDSL公布的系统服务接口，实现了Web用户和系统平台的交互。在传统网站的请求-服务的方式上实现了双通道功能。在WCF通信原理的基础上，绑定基于http协议的双通道通信，实现了Server到Client的通知功能。Server根据Client的连接注册情况，当有数据更新需要前台更新显示时，Server可以主动发送更新数据信息，避免了Client为了呈现及时数据，不断发送请求以获得更新数据，减少了Server需要处理的请求数量，并降低了对Server的带宽需求。

本文在经过了市场的调研、技术和理论的严谨讨论后，将在近期开始实施系统的开发。相信我们的系统在开发成功后对于当前幼儿园的管理将能起到很大的帮助作用。

【参考文献】

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[2]陈磊，邹北骥.基于动态阈值对称差分和背景差法的运动对象检测算法[J].计算机应用研究，2008，25（2）.

[3]何楠楠，杜军平.智能视频监控中高效运动目标检测方法研究[J].北京工商大学学报，2009，27（4）.

【作者简介】吕青普：天津财经大学。