CN103612617A

CN103612617A - 一种汽车防盗抢系统

Info

Publication number: CN103612617A
Application number: CN201310635178.9A
Authority: CN
Inventors: 金嘉琦; 柳春丽; 戚基艳; 王溪波; 周丽
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-03-05

Abstract

本发明是一种一种汽车防盗抢系统，它包括图像采集模块、控制模块和执行模块，图像采集设备将采集到的图像传输到DSP芯片中，由图像预处理模块进行预处理，预处理模块中采用小波变换的方法对图像进行去噪处理，人脸检测模块中采用图像背景标准化的方法来进行人脸的粗定位，并且采用直方图修正的方法使图像增强以便后面的特征值提取，人脸特征提取后，将数据输入到匹配模块，匹配模块中采用神经网络匹配方法，如果匹配结果是肯定得，则控制系统输出允许驾驶信号，否则输出不允许驾驶信号，系统发出允许驾驶信号后，则控制发动机工作，汽车正常行驶，否则不允许发动机工作，汽车不能行驶，起到汽车防盗抢的作用。

Description

一种汽车防盗抢系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，确切的说是一种汽车防盗抢系统。

背景技术

随着社会的发展，人们生活水平的日益提高，汽车已成为人们日常生活不可缺少的交通工具。我国已成为世界汽车产销第一大国，汽车的拥有量也居世界前列，仅沈阳市就以日均700辆（量）的速度发展。汽车也是家庭的贵重物品。令人遗憾的是盗窃、抢劫汽车已经成为常见的犯罪行为之一。为之产生的汽车防盗抢设施很多，但人们更需要人性化、智能化的汽车防盗抢系统。

汽车防盗器是一种安装在车上，用来增加盗车难度，延长盗车时间的装置。目前国内外市场汽车防盗产品分类较多，根据不同的方式防盗产品可分为不同的类别。汽车防盗设备按防盗方式分：锁方向盘、锁油门、锁车门、锁刹车、锁变速杆甚至锁车轮；按能否反馈汽车信息分：单向、双向。按其结构与功能可分四大类：机械类、电子式、芯片式和网络式；钩锁、方向盘锁和变速挡锁等基本属于机械式防盗器，它主要是靠锁定离合、制动、油门或方向盘、变速挡来达到防盗的目的，但只防盗不报警。插片式、按键式和遥控式等都属于电子式防盗器，它主要是靠锁定点火或起动来达到防盗的目的，同时具有防盗和声音报警功能。GPS 卫星定位汽车防盗系统属于网络式防盗器，它主要是靠锁定点火或起动来达到防盗的目的，而同时还可通过 GPS 卫星定位系统（或其他网络系统），将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心。其中电子式是目前应用最为广泛的汽车防盗设备。但是汽车防盗的发展方向是向智能程度更高的芯片式和网络式发展。

最早的汽车电子防盗产品，即第一代汽车电子防盗产品，其功能单向电子防盗器，目前仍然是主流产品。车主可以通过遥控器在一定距离内来控制汽车。具体的控制包括：车的开关门、震动或非法开启车门报警等，遇到异动时会报警，但是都是单向控制。这种方式优点是：安装简易，能自动断电，价格低廉。该方式缺点有：抗干扰能力较差，易受到高频率信号干扰而接收不到信号，质量不稳定即可靠性差。

随着市场的发展，形成第二代防盗产品：双向可视防盗器，其最早出现在韩国。这种防盗器既可遥控使用，也能将车辆运行状态信息远程传递给车主，遥控距离比单向防盗器远。当汽车发生异常警报时，远程遥控器上的液晶显示器会显示汽车遭遇的状况（包括位置信息、车窗开启信息、车子运行状态）。根据遥控有效距离远近，将起分为两类：第一类遥控距离在 100 米之内，第二类为遥控距离在 400～500 米左右。而反馈信息距离为 1000 米左右。该方式的优点有：能够在较远的距离获取汽车的状态，能够自动断电，停止汽车的运行。缺点是：安装复杂、价格较高，而且由于技术上的复杂性，使得操作复杂，误报率、误动作高，防盗效果差，耗电大。

电子技术的发展和集成电路的出现给防盗器产品带来了新的机遇，第三代芯片式数码防盗器，它是现代汽车防盗器发展的主流方向，芯片式数码防盗器基本原理是锁住汽车的马达、电路和油路，在没有获取芯片钥匙的情况下无法启动车辆，而且要用密码钥匙接触车上的密码锁才能开启汽车锁。目前市场上多数汽车均采用此种防盗方式作为原配防盗器。国产的派力奥、广州本田、大众等车型都装有原厂的芯片防盗系统。

芯片式防盗系统与前几代防盗系统相比发展较为迅速，最新面世的电子防盗芯片具有自诊断功能，能够根据车主的设置授权备用钥匙的数目，授权者能够得到防盗系统的历史信息。另外该系统利用其独特的射频识别技术（RFID）有效地保证系统在绝大多数情况下都能正确地识别车主，在车主接近或远离车辆时可自动识别其身份或自动打开、关闭车锁。该防盗系统的优点是：密码不易破解，重码率低。而缺点有：损坏或丢失密码钥匙维护不方便，只能反厂，因为该防盗装置由汽车原厂生产。

随着网络技术的发展，产生了以网络技术为核心的第四代防盗装置，以 GPS卫星定位防盗系统为代表，它主要依靠锁定汽车点火装置，从而达到防盗目的同时该防盗系统可以通过 GPS 卫星定位系统，将汽车运行状态信息和警报信息及车辆准确的位置无声地发送到报警中心，这种防盗装置属于网络式电子防盗器。这种防盗系统地优点是：实时性强，功能全，可以远程监控。缺点是：运行费用高，每月都要服务费用，另外系统存在信号死角，易受到破坏，价格昂贵，安装复杂。另外，目前市场上的第四代防盗器已经采用蓝牙技术，这种技术的优点在于非接触式，目前国内尚未采用该项技术。随着计算机和人工智能技术的发展，汽车防盗技术也朝着更加智能化的方向发展，目前市场上的汽车智能终端产品，将汽车防盗、报警、导航、显示、多媒体、远程控制等技术全部集成在一个终端模块上，正式由于这种方向的发展，本发明所研究的人脸识别汽车防盗抢系统也可以嵌入到该终端产品上。

发明内容

为了克服汽车被盗被抢频繁发生的现象，同时，防盗抢装置还要防盗抢可靠，成本较低，本发明提供一种基于人脸识别技术的汽车防盗抢系统。

本发明基于人脸识别技术的防盗抢系统在开发一种新的具有人性化、智能化的汽车防盗抢设备，即使是在车钥匙及遥控器被复制或丢失的情况下，其他人也无法开走车辆；发动机在工作时，非指定人员也无法驾驶车辆。既可起到汽车防盗抢作用，又可免除其他人向车主借用车辆的烦恼。通过安装在车内后视镜上的CCD摄像头摄入驾驶员的头像，经控制系统中的人脸识别技术软件处理，提取（确定）个体的人脸特征值后进入控制系统的人脸数据库。车主可根据需要通过解密置入几个可驾驶该车辆的人并锁定。在保留原车安全防盗功能的基础上，驾驶员用钥匙接通电源时，摄像头开始工作，防盗抢系统实时（在极短的时间内）识别（判断）驾驶者是否为预置的指定驾驶人，是则起动汽车，不是则不能起动汽车。在发动机工作或汽车行驶过程中，摄像头周期性定时工作，经人脸识别系统特征提取、模式匹配对驾驶人员进行判断，当车载电脑判断不是预置的指定驾驶人时，则控制发动机不能正常工作，使车辆不能行驶。控制系统中也可存储记录非指定人员的脸（头）部图像，便于公安机关等部门破案。

具体技术方案如下：一种汽车防盗抢系统，其特征在于：包括图像采集模块、控制模块和执行模块，人脸识别是在控制模块中实现的，它包括图像预处理模块、人脸检测模块、人脸特征提取模块和人脸匹配模块，图像采集设备将采集到的图像传输到DSP芯片中，由图像预处理模块进行预处理，预处理模块中采用小波变换的方法对图像进行去噪处理，人脸检测模块中采用图像背景标准化的方法来进行人脸的粗定位，并且采用直方图修正的方法使图像增强以便后面的特征值提取，人脸特征提取模块采用基于几何特征的方法进行特征提取，人脸特征提取后，将数据输入到匹配模块，匹配模块中采用神经网络匹配方法，如果匹配结果是肯定得，则控制系统输出允许驾驶信号，否则输出不允许驾驶信号，汽车中的ECU是整个系统的执行机构，当执行模块检测到控制系统发出的允许驾驶信号后，则控制发动机的工作，汽车正常行驶，否则不允许发动机正常工作，汽车不能行驶。

图像采集设备为市面上常见的网眼 2000 摄像头，该种摄像头最大分辨率为 640x480 像素，采用 USB 为传输接口，该摄像头与QQ2812开发板中的USB接口连接，图像存储在开发板中的外扩RAM中，系统的按键功能是由开发板的8个自由按键实现，系统显示图像的设备是12864 液晶显示器，该液晶为为128×64 点图形液晶。

本系统的执行机构为汽车车载电脑，车载电脑接收到来自TMS320F2812 DSP的信号，如果输出的是电压为0V的信号，汽车ECU则控制发动机，使其不能正常工作，如果是大于0V的信号，则汽车系统不改变，汽车正常行驶。

图像采集模块是由硬件和软件组成，硬件采用的是QQ2812开发板，该开发板的芯片是TMS320F2812 DSP, TMS320LF2812 DSP 的软件开发环境为TI 公司的CCS 2000，其他扩展部分包括电源插座、USB接口、外扩RAM、按键、显示接口，软件主要为安装在硬件设备上的操作系统以及人脸识别算法的实现等，同时包含各个硬件的相应驱动程序，该模块的主要功能是对采集的人脸图像采用合适的人脸识别算法进行身份识别，并将识别的结果输送至执行机构。同时该控制系统还需要PC机的协助，PC机的主要作用是给系统的软件进行编程，并把程序下载到控制系统中，在系统工作时与PC机脱离单独运行；

该系统的DSP 处理器为TMS320F2812，32 位定点高速数字处理器，最高工作频率150M；

片内内置为128K * 16 位 FLASH，利用烧写插件可以方便的固化程序,FLASH 可加密；

片内内置 18K * 16 位 SRAM；

片内内置 4K * 16 位 BOOT ROM；

片内内置 1K * 16 位 OTP ROM；

扩展 256K * 16 位SRAM，IS61LV25616；

扩展 512K * 16 位FLASH，SST39VF800，方便用户烧写较大程序；

开发板的CPLD 使用 EPM3256ATC144，5000 门，提供下载接口，用户可以编写自己的代码，该系统采用C语言进行编程；

开发板还提供提供 9 个独立按键，其中8个自由按键，一个复位按键；1 路USB 2.0 DEVICE 接口，方案为成熟的CY7C68013 芯片；和一个12864 中文图形液晶接口等；

12864 液晶为128×64 点图形液晶，适用型号为FYD12864-0402B。该接口的数据线都是通过 CPLD 引出，这里的数据线和1602 液晶的数据线是公用的。读信号和写信号与DSP 直接相连，片选CS 和C/D 采用的IO 口控制，这两个IO 口分别为IOPF4 和IOPF5。

图像采集模块与控制模块的链接是通过摄像头的USB接口与开发板的USB接口连接的，由DSP芯片读取图像采集模块里的数据，然后进行人脸识别处理，并将图像存储在外扩RAM中，最后将判别结果通过通用I/O口输出给D/A转换器，把数字信号转化为模拟信号输出给执行模块车载电脑，DSP的输出为0-3.3V。

本发明的优点是：基于人脸识别技术的汽车防盗抢系统具有特殊的优势，既可起到汽车防盗抢作用，又可免除其他人向车主借用车辆的烦恼，而且更突显人性化和智能化。系统采实时系统设计方案，资源精简、结构紧凑（简单）、代码高效优化（价格便宜），便于安装，对提高高档车智能化防盗水平有重要意义且市场需求大。

附图说明

图1是本发明的系统总体机构图。

图2是本发明的开发板部件分布图。

图3是本发明的开发板供电电路图。

图4是本发明的开发板外扩RAM电路图。

图5是本发明的DSP引脚扩展图。

图6是本发明的按键电路图。

图7是本发明的12864液晶电路图。

图8是本发明的开发板USB接口电路图。

图9是本发明的CPLD外围IO扩展电路图。

图10是本发明的人脸识别模块结构图。

图11是本发明的各硬件连接图。

图12是本发明的图像采集原理图。

图13是本发明的软件设计原理图。

图14是本发明的按键说明图。

具体实施方式：

本发明人脸识别防盗抢系统主要包含三部分：人脸图像采集，人脸图像处理即人脸图像预处理及人脸识别，防盗抢系统的执行机构即汽车中的ECU。人脸识别防盗抢系统的主要任务是完成人脸图像采集，并将采集的人脸图像进行身份识别，对符合设定身份的用户允许驾驶汽车。系统的总体布局主要包括三大部分：图像采集模块、控制模块和执行模块。

本系统图像采集模块采用的是市面上常见的网眼 2000 摄像头，该种摄像头最大分辨率为 640x480 像素，采用 USB 为传输接口，可满足系统需要。该摄像头输出图像格式为 YUV,如果需要在液晶屏上显示，需要将图像格式转化。

本系统的控制模块是人脸识别门禁系统的核心，该控制模块由硬件和软件组成，硬件采用的是QQ2812开发板，该开发板的芯片是TMS320F2812 DSP, TMS320LF2812 DSP 的软件开发环境为TI 公司的CCS 2000，其他扩展部分包括电源插座、USB接口、外扩RAM、按键、显示接口等。软件主要为安装在硬件设备上的操作系统以及人脸识别算法的实现等，同时包含各个硬件的相应驱动程序。该模块的主要功能是对采集的人脸图像采用合适的人脸识别算法进行身份识别，并将识别的结果输送至执行机构。同时该控制系统还需要PC机的协助，PC机的主要作用是给系统的软件进行编程，并把程序下载到控制系统中，在系统工作时与PC机脱离单独运行。

片内内置 18K * 16 位 SRAM；

片内内置 4K * 16 位 BOOT ROM；

片内内置 1K * 16 位 OTP ROM；

扩展 256K * 16 位SRAM，IS61LV25616；

扩展 512K * 16 位FLASH，SST39VF800，方便用户烧写较大程序；

开发板还提供提供 9 个独立按键，其中8个自由按键，一个复位按键；1 路USB 2.0 DEVICE 接口，方案为成熟的CY7C68013 芯片；和一个12864 中文图形液晶接口等。

整个系统的软件并不复杂，本领域的普通技术人员参照框图和附图都可以完成。

图像采集模块与控制模块的链接是通过摄像头的USB接口与开发板的USB接口连接的，由DSP芯片读取图像采集模块里的数据，然后进行人脸识别处理，并将图像存储在外扩RAM中，最后将判别结果通过通用I/O口输出给D/A转换器，把数字信号转化为模拟信号输出给执行模块车载电脑。DSP的输出为0-3.3V。

在此防盗系统中人脸识别模块是非常重要的部分，此模块是在控制模块中实现的，它包括图像预处理模块、人脸检测模块、人脸特征提取模块和人脸匹配模块，摄像头将采集到的图像传输到DSP芯片中，由图像预处理模块进行预处理，预处理模块中采用小波变换的方法对图像进行去噪处理，人脸检测模块中采用图像背景标准化的方法来进行人脸的粗定位，并且采用直方图修正的方法使图像增强以便后面的特征值提取。人脸特征提取模块采用基于几何特征的方法进行特征提取。人脸特征提取后，将数据输入到匹配模块，匹配模块中采用神经网络匹配方法，如果匹配结果是肯定得，则控制系统输出允许驾驶信号，否则输出不允许驾驶信号。

汽车中的ECU是整个系统的执行机构，当执行模块检测到控制系统发出的允许驾驶信号后，则控制发动机工作，汽车正常行驶，否则不允许发动机工作，汽车不能行驶。

系统的使用分为两个阶段，训练阶段和识别阶段。训练阶段主要是采集人脸图像，经一系列处理后，制作完成人脸数据库。在识别阶段，识别步骤如下：

1、钥匙接通电源，系统开始工作，开始采集图像，如果采集到的人脸是被允许的人脸图像，则允许汽车启动，汽车正常行驶，否则不允许启动。

2、汽车在行驶过程中该系统是实时监控的，每隔一段时间检测一下驾驶员的人脸图像，如果与人脸数据库匹配，则汽车正常行驶，否者控制发动机不让其正常工作，强行停止汽车。

3、在没有检测到人脸图像，或者是系统损坏的情况下，即控制系统没有人脸信号输入，则控制系统输出不允许驾驶信号。

本发明还包括两个辅助模块，即按键模块和显示模块。按键模块通过开发板的8个独立按键来实现，8个按键的功能可分为主要功能和辅助功能，按键K1的主要功能为设置密码，主要是为了保证防盗抢系统的安全，在购车时车主可以按下这个键，然后显示器上会出现设置密码对话框，此时8个按键的辅助功能开始作用，从K1键-K8键的辅助功能分别是数字1-8，密码为6位数字密码，可以通过按键进行输入。同时车主在对键盘进行操作时必须先按K1键，在密码输入正确的情况下其他按键才能有效；K2键是存储键,按下此键则系统进入训练模式，预设允许驾驶该汽车的人脸图像；K3键是确认键；K4是删除键，用来删除存储的人脸图像；K5向上键；K6是向下键；K5和K6键是对显示器上下顺序排列的图像进行选中，以便对图像进行删除。对按键信息的接收是通过CPLD 的IO 输入。

Claims

1.一种汽车防盗抢系统，其特征在于：包括图像采集模块、控制模块和执行模块，人脸识别是在控制模块中实现的，它包括图像预处理模块、人脸检测模块、人脸特征提取模块和人脸匹配模块，图像采集设备将采集到的图像传输到DSP芯片中，由图像预处理模块进行预处理，预处理模块中采用小波变换的方法对图像进行去噪处理，人脸检测模块中采用图像背景标准化的方法来进行人脸的粗定位，并且采用直方图修正的方法使图像增强以便后面的特征值提取，人脸特征提取模块采用基于几何特征的方法进行特征提取，人脸特征提取后，将数据输入到匹配模块，匹配模块中采用神经网络匹配方法，如果匹配结果是肯定得，则控制系统输出允许驾驶信号，否则输出不允许驾驶信号，汽车中的ECU是整个系统的执行机构，当执行模块检测到控制系统发出的允许驾驶信号后，则控制发动机工作，汽车正常行驶，否则不允许发动机工作，汽车不能行驶，起到汽车防盗抢的作用。

2.根据权利要求1所述的汽车防盗抢系统，其特征在于：图像采集设备为市面上常见的网眼 2000 摄像头，该种摄像头最大分辨率为 640x480 像素，采用 USB 为传输接口，该摄像头与QQ2812开发板中的USB接口连接，图像存储在开发板中的外扩RAM中，系统的按键功能是由开发板的8个自由按键实现，系统显示图像的设备是12864 液晶显示器，该液晶为为128×64 点图形液晶。

3.根据权利要求1所述的汽车防盗抢系统，其特征在于：本系统的执行机构为汽车车载电脑，车载电脑接收到来自TMS320F2812 DSP的信号，如果输出的是电压为0V的信号，汽车ECU则控制汽车发动机，使其不能正常工作，如果是大于0V的信号，则汽车发动机系统不改变，汽车正常行驶。

4.根据权利要求1所述的汽车防盗抢系统，其特征在于：控制模块是由硬件和软件组成，硬件采用的是QQ2812开发板，该开发板的芯片是TMS320F2812 DSP, TMS320LF2812 DSP 的软件开发环境为TI 公司的CCS 2000，其他扩展部分包括电源插座、USB接口、外扩RAM、按键、显示接口，软件主要为安装在硬件设备上的操作系统以及人脸识别算法的实现等，同时包含各个硬件的相应驱动程序，该模块的主要功能是对采集的人脸图像采用合适的人脸识别算法进行身份识别，并将识别的结果输送至执行机构；同时该控制系统还需要PC机的协助，PC机的主要作用是给系统的软件进行编程，并把程序下载到控制系统中，在系统工作时与PC机脱离单独运行；

片内内置 18K * 16 位 SRAM；

片内内置 4K * 16 位 BOOT ROM；

片内内置 1K * 16 位 OTP ROM；

扩展 256K * 16 位SRAM，IS61LV25616；

扩展 512K * 16 位FLASH，SST39VF800，方便用户烧写较大程序；

12864 液晶为128×64 点图形液晶，适用型号为FYD12864-0402B；

该接口的数据线都是通过 CPLD 引出，这里的数据线和1602 液晶的数据线是公用的；

读信号和写信号与DSP 直接相连，片选CS 和C/D 采用的IO 口控制，这两个IO 口分别为IOPF4 和IOPF5。

5.根据权利要求1所述的汽车防盗抢系统，其特征在于：图像采集模块与控制模块的链接是通过摄像头的USB接口与开发板的USB接口连接的，由DSP芯片读取图像采集模块里的数据，然后进行人脸识别处理，并将图像存储在外扩RAM中，最后将判别结果通过通用I/O口输出给D/A转换器，把数字信号转化为模拟信号输出给执行模块车载电脑，DSP的输出为0-3.3V。