CN103035051B - 一种嵌入式人脸识别门禁系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌入式人脸识别门禁系统，其特征在于，它包括人脸识别子系统、显示设备、门禁控制系统和电子门锁，人脸识别子系统包括人脸资料库训练部分和人脸识别部分，人脸资料库训练部分经过人脸检测、预处理和特征提取过程采集人脸信息并加以保存，作为人脸识别部分的检测依据；人脸识别部分连接门禁控制系统并根据人脸识别结果向其发出执行相关动作指令；门禁控制系统包括嵌有操作系统的CPU处理器、RAM内存、FLASH存储器电子组件，主要功能是根据人脸识别子系统发来的指令，执行相应动作。本发明结构简单，体积小，成本低，具有良好的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及安防系统技术领域，尤其是涉及一种嵌入式人脸识别门禁系统。
背景技术
随着计算机和网络技术的发展，人们需要记住的口令也越来越多，像银行卡密码、邮箱密码、QQ密码之类，伴随着生活节奏的加快，这些密码也很容易就被遗忘，从而爆发“口令危机”。这时信息安全就展示了前所未有的重要性了，而身份识别作为保证信息安全的必要前提，也越来越受到重视。生物特征识别技术是根据每个人独有的可以采样和测量的生物学特征和行为学特征而进行身份识别的技术。由于生物特征不像各种证件类持有物那样容易窃取，也不像密码、口令那么容易遗忘或破解，所以在身份识别上体现了独特的优势，近年来在国际上被广泛研究。
综合各种生物特征识别技术的特点，考虑人们对信息安全方面的需求，人脸识别技术比较符合人们的要求，人脸识别的准确性虽然不如虹膜、指纹等的识别，但是由于其直观性和无侵害性而最为人们所接受。
在安防设备日益受到重视的今天,生物识别技术取得了巨大的发展,人脸识别技术作为生物识别方法中应用最广泛的技术之一,更是发展迅速。人脸识别门禁系统是人脸识别技术中的一种重要应用场合,具有广泛的应用前景。目前大多数的人脸识别门禁系统是基于PC机的,这具有成本较高,体积较大的缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种结构简单，成本低，体积小的嵌入式人脸识别门禁系统。
本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种嵌入式人脸识别门禁系统，其特征在于，它包括人脸识别子系统、显示设备、门禁控制系统和电子门锁，人脸识别子系统包括人脸资料库训练部分和人脸识别部分，人脸资料库训练部分经过人脸检测、预处理和特征提取过程采集人脸信息并加以保存，作为人脸识别部分的检测依据；人脸识别部分连接门禁控制系统并根据人脸识别结果向其发出执行相关动作指令；门禁控制系统包括嵌有操作系统的CPU处理器、RAM内存、FLASH存储器电子组件，主要功能是根据人脸识别子系统发来的指令，执行相关动作。
作为上述方案的进一步说明，所述人脸识别子系统以USB摄像头作为视频采集设备，采用触摸屏作为输入，在采集到的图像中进行人脸定位，定位人脸后进行特征提取，然后把采集的特征脸和人脸资料库中的人脸资料进行特征对比，同时可进行对人脸特征的储存。
所述门禁驱动系统中的操作系统采用Linux操作系统，采用基于V4L2规范的API函数，实现对视频采集设备的驱动控制功能，并利用双帧缓存技术优化图像采集。
所述门禁控制系统采用以ARM11芯片作为CPU处理器的嵌入式核心板，电子门锁与嵌入式核心板之间连接有信号放大器。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
本发明围绕如何将人脸识别门禁系统智能化,小型化问题,运用嵌入式设备的设计方法,针对家用或人数较少等应用场合,分析了常见人脸识别算法和图像预处理方法,提出以ARM11为系统CPU,以Linux为操作系统,以LBP+PCA+岭回归方法为人脸识别算法的方案,开发的嵌入式人脸识别门禁系统，解决了现有技术中基于PC机的人脸识别门禁系统,具有成本较高,体积较大的缺陷。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为人脸识别子系统检测识别算法流程图；
图3为视频采集部分的图像采集流程图。
附图标记说明：1、人脸识别子系统1-1、人脸资料库训练部分1-2、人脸识别部分2、显示设备3、门禁控制系统4、电子门锁5、门6、打开视频设备7、查询设备功能8、查询视频设备输入9、设置选择视频标准10、设置选择视频标准11、循环采集图像12、关闭视频设备。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明一种嵌入式人脸识别门禁系统，它包括人脸识别子系统1、显示设备2、门禁控制系统3和电子门锁4，电子门锁4的插销位于门5的上方，当它吸合时门打开，当它复位时门被锁住。人脸识别子系统1包括人脸资料库训练部分1-1和人脸识别部分1-2，人脸资料库训练部分经过人脸检测、预处理和特征提取过程采集人脸信息并加以保存，作为人脸识别部分的检测依据；人脸识别部分连接门禁控制系统并根据人脸识别结果向其发出执行相应动作指令。在人脸识别子系统操作过程中，它包括以下四个阶段：
1、人脸检测：在系统的初始化阶段，计算机会不断的检测摄像头获取到的图像是否有人脸。
2、人脸识别：在人脸检测阶段，采集到人脸后，进行定位，特征提取和特征对比。最终得出结果。
3、人脸注册：在成功识别到人脸后注册功能开启，可以进行新的人员录入，注册功能只有在成功识别到人脸后才能开启，这是为了提高安全性，并不是所有人都能进行注册，只有在人脸数据库中的人员才有这个权限。
4、人脸训练：训练功能是对人脸数据库中的人脸进行训练，训练的过程也是特征提取的过程，把每个人的特征提取出来并进行分类标识，然后储存起来。人脸训练人脸库的目的是和人脸识别过程提取的特征进行对比从而得出结果。
本实施例中，门禁驱动系统中的操作系统采用Linux操作系统，采用基于V4L2规范的API函数，在人脸识别子系统的图像采集过程中，需要经过打开视频设备6、查询设备功能7、查询视频设备输入8、设置选择视频标准9、设置选择视频数据格式10、循环采集图像11和关闭视频设备12这七个模块步骤完成。查询设备功能模块用于判断设备是否为一个合法的视频采集设备；查询视频设备输入模块能通过设计程序判断视频采集设备接口数目、类型、目前输入信号的状态，以及支持的视频标准，最后选择一个输入；设置选择视频标准模块可以通过驱动程序设定视频采集设备以何种标准解码；设置选择视频数据格式模块决定着最后的实际图像输出信息，其中包括格式大小；循环采集图像模块采用Read/write方法循环采集图像。但在使用Read/write方法在没有DMA控制器的情况下会消耗大量时间将图像数据从内核空间移动到用户空间。为此，本实施例中，通过mmap（）函数进行多缓存采集技术来提高图像采集帧数，这里我们建立缓冲区2个，可以称之为双帧缓存。在内核空间建立2个图像缓冲区，不断将采集到的图像存放到缓冲区里，当应用程序需要图像时，驱动程序并不做拷贝的操作，而是建立内核缓冲区到用户空间的映射，也就是利用mmap()函数，存取其返回的指针，就相当去存取内核中的图像缓冲区，由于不需要做额外的复制操作，效率自然就大大的提高了。
门禁控制系统3包括嵌有操作系统的CPU处理器、RAM内存、FLASH存储器及电子组件，主要功能是根据人脸识别子系统发来的指令，执行相关动作。本系统在硬件方面主要采用友善Tiny6410，它是一款以三星公司的S3C6410处理器作为主处理器的嵌入式核心板，电子门锁与嵌入式核心板之间连接有信号放大器，嵌入式核心板的CPU频率600MHz,RAM内存为256MB,FLASH存储器容量为2GB,USB摄像头作为视频采集设备，显示设备采用7寸LCD，触摸屏作为输入，电子门锁作为执行部件由板载的GPIO口控制；在软件方面采用Linux2.6.29内核，Qt4.7.3作为人机交互界面，以及OpenCV1.0作为人脸检测的主要算法库。系统从USB摄像头采集图像，在图像中进行人脸定位，定位人脸后进行特征提取，然后把采集的特征脸和资料库中的人脸进行特征对比，对比结果识别成功或识别失败，同时可以进行对人脸特征的储存。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种嵌入式人脸识别门禁系统，它包括人脸识别子系统、显示设备、门禁控制系统3和电子门锁，电子门锁的插销位于门的上方，当它吸合时门打开，当它复位时门被锁住；人脸识别子系统包括人脸资料库训练部分和人脸识别部分，人脸资料库训练部分经过人脸检测、预处理和特征提取过程采集人脸信息并加以保存，作为人脸识别部分的检测依据；人脸识别部分连接门禁控制系统并根据人脸识别结果向其发出执行相应动作指令；在人脸识别子系统操作过程中，它包括以下四个阶段：
（1）、人脸检测：在系统的初始化阶段，计算机会不断的检测摄像头获取到的图像是否有人脸；
（2）、人脸识别：在人脸检测阶段，采集到人脸后，进行定位，特征提取和特征对比，最终得出结果；
（3）、人脸注册：在成功识别到人脸后注册功能开启，可以进行新的人员录入，注册功能只有在成功识别到人脸后才能开启，这是为了提高安全性，并不是所有人都能进行注册，只有在人脸数据库中的人员才有这个权限；
（4）、人脸训练：训练功能是对人脸数据库中的人脸进行训练，训练的过程也是特征提取的过程，把每个人的特征提取出来并进行分类标识，然后储存起来；人脸训练人脸库的目的是和人脸识别过程提取的特征进行对比从而得出结果；
门禁驱动系统中的操作系统采用Linux操作系统，采用基于V4L2规范的API函数，在人脸识别子系统的图像采集过程中，需要经过打开视频设备、查询设备功能、查询视频设备输入、设置选择视频标准、设置选择视频数据格式、循环采集图像和关闭视频设备这七个模块步骤完成；查询设备功能模块用于判断设备是否为一个合法的视频采集设备；查询视频设备输入模块能通过设计程序判断视频采集设备接口数目、类型、目前输入信号的状态，以及支持的视频标准，最后选择一个输入；设置选择视频标准模块通过驱动程序设定视频采集设备以何种标准解码；设置选择视频数据格式模块决定着最后的实际图像输出信息，其中包括格式大小；循环采集图像模块采用Read/write方法循环采集图像，并通过mmap() 函数进行多缓存采集技术来提高图像采集帧数，在内核空间建立2个图像缓冲区，不断将采集到的图像存放到缓冲区里，当应用程序需要图像时，驱动程序并不做拷贝的操作，而是建立内核缓冲区到用户空间的映射，也就是利用mmap()函数，存取其返回的指针，就相当去存取内核中的图像缓冲区。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式人脸识别门禁系统，其特征在于，所述人脸识别子系统以USB摄像头作为视频采集设备，采用触摸屏作为输入，在采集到的图像中进行人脸定位，定位人脸后进行特征提取，然后把采集的特征脸和人脸资料库中的人脸资料进行特征对比，同时可进行对人脸特征的储存。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式人脸识别门禁系统，其特征在于，所述门禁控制系统采用以ARM11芯片作为CPU处理器的嵌入式核心板，电子门锁与嵌入式核心板之间连接有信号放大器。
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