CN108648310A - 一种双重认证的人脸识别门禁系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双重认证的人脸识别门禁系统及其应用方法，当系统收到开门请求时，激活摄像头开始采集敲门人的脸部图像信息，并将采集到的敲门人脸部图像信息上传至FPGA处理器进行人脸的识别与匹配，同时将采集到的人脸图像和匹配结果信息通过无线通信模块发送至远程控制终端给管理员查看判断，当匹配成功时门禁系统开锁；当匹配不成功时不开锁同时触发报警器报警；管理员查看识别的相关信息后可通过远程控制终端实现远程开锁，从而完成FPGA处理器和管理员的双重认证，本发明不受光照，敲门人面部表情与化妆与否等因素的影响，具有很高的准确度、安全性和便利性。

Description

一种双重认证的人脸识别门禁系统及其应用方法

技术领域

本发明属于通信与电子控制技术，具体涉及一种双重认证的人脸识别门禁系统及其应用方法。

背景技术

安全门禁系统在现代社会中担任着越来越重要的角色，是人们安全生活和工作的保障，也是安全城市的一个重要标志。近年来，酒店、家庭等地点一起又一起威胁住户生命财产安全的恶性事件一再发生，这提醒了我们关注安全门禁系统的重要性。

门禁系统兴起于十九世纪八十年代，最初的门禁系统较为单一，仅依靠门锁装置等机械组合，这种门禁系统具有安全性低、处理能力弱、数据存储容量小、升级困难且很难改变等弊端，因而往往不能满足人们的需求。

随着科技的进步，人们安全意识的增强，这种传统的门禁系统已经不能适应时代的需求，因而新的门禁系统方案被提出和使用，比较突出的有如感应卡式门禁系统、指纹识别门禁系统、虹膜识别门禁系统、面部识别门禁系统以及乱序键盘门禁系统等应用各种前沿技术的门禁系统。它们在安全性、便捷性、易管理性等方面都各有特长，且得到了广大市场用户的认可。其中结合人脸识别的安全门禁系统由于具有固定性、普遍特殊性、更高安全性和相对易实现性等优势，成为具有广阔发展前景的一种安全门禁系统技术。

现有的相应基于人脸识别的门禁系统通常存在以下缺陷：处理速度慢效率不高，并且只通过一次认证，安全性能较低。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种双重认证的人脸识别门禁系统及其应用方法，本发明将人脸识别技术应用于嵌入式系统中，同时利用Bluetooth无线通信实现终端显示与控制，可满足人们生产生活对门禁系统的安全需求，且具有普通门禁系统不具备的安全性和便利性。

技术方案：本发明所述的一种双重认证的人脸识别门禁系统，包括信息采集单元、处理控制单元和显示控制单元；所述信息采集单元包括摄像头和开门按钮，所述处理控制单元包括FPGA处理器、门控制器和无线通信模块；所述显示控制单元中包括远程控制终端、无线通信模块和显示器；通过开门按钮触发开门请求，摄像头采集敲门人脸部图像信息，FPGA处理器收到脸部图像信息后进行识别与匹配，并根据识别与匹配结果进行第一重认证，FPGA处理器同时将识别与匹配结果通过无线通信模块传输至远程控制终端，显示器显示远程控制终端接收到的识别与匹配结果，管理员进行第二重认证，两重认证成功后FPGA处理器产生门控制信息驱动门控制器打开门锁。

进一步的，为了提高系统的时效性和精确性，当所述FPGA处理器判断检测到人脸后，发出控制信号使摄像头停止采集；当FPGA处理器没有检测到人脸，则发出控制信号使摄像头重新采集。

进一步的，所述处理控制单元还包括SD卡存储器和报警器，SD卡存储器中存储有权限用户的相关信息，当FPGA处理器进行脸部图像信息匹配失败时，触发报警器发出警报。

本发明还公开了一种双重认证的人脸识别门禁系统的应用方法，包括以下步骤：

(1)敲门人通过按下开门按钮发出开门请求，之后摄像头被激活并开始采集敲门人的脸部图像信息，并将采集到的敲门人脸部图像信息上传至FPGA处理器，

(2)FPGA处理器采用相应算法进行人脸的脸部图像信息的识别与匹配，若匹配结果合法(即敲门人为权限用户)，则FPGA处理器产生门控制信号驱动门控制器进行开门操作；若匹配结果不合法，则FPGA处理器产生报警信号触发报警器，进而实现第一重认证；

(3)步骤(2)中FPGA处理器得到识别与匹配结果的同时，将该识别与匹配结果通过无线通信模块发送至远程控制终端(例如智能手机或平板电脑等)给管理员查看；管理员查看识别的相关信息后，判断是否开启门锁，若判断可开启，则管理员在远程控制终端通过与无线通信模块实现远程控制门控制器进行开锁，从而完成FPGA处理器和管理员的双重认证。

进一步的，所述步骤(2)中FPGA处理器人脸图像信息后，利用LBP算法或基于Gabor小波变换的个性化特征提取算法开始进行人脸识别并与SD卡存储器中权限用户的信息进行匹配。

进一步的，所述远程控制终端的显示器显示敲门人的人脸图像信息以及匹配结果以供系统管理员远程查看，并可以实现管理员的远程开门控制。

有益效果：本发明的双重认证的人脸识别门禁系统具有更高的安全性和可操作性通过Bluetooth无线通信模块、处理控制单元和显示控制单元实现FPGA处理器和管理员的双重认证，具备传统门禁系统所不具备的便捷性和可扩展性，具有更高的效益和更广阔的发展前景等优点。具体表现为以下几点：

1、与大多数门禁系统相比，本发明以人脸识别技术为基础，具有更高的安全性和保密性；

2、本发明配备了SD卡存储器，扩大了传统设备的存储能力，可以同时存储更多权限用户的人脸信息，同时也易于更改权限用户的人脸信息；

3、本发明加入Bluetooth无线通信模块和远程控制终端，可实现管理员远程了解敲门人信息并远程开门，具有传统门禁系统不具备的便利性和扩展性；

4、本发明采用双重认证方法，系统工作效率更高，管理操作更方便；

5、本发明将人脸识别技术应用于嵌入式系统设计领域，拓宽了该技术的应用范围，与嵌入式系统的结合使本发明更具有发展前景；

6、本发明在没有开门请求时，除门控制器外其他单元均处于休眠状态，大大节省了能源损耗和设备损耗；

7、本发明整个系统的移动性和扩展性都很强，具有操作简单、便于管理、易于实现等特点。

附图说明

图1为本发明的整体通信流程图；

图2为本发明的整体系统结构示意图；

图3为本发明中人脸识别训练识别过程示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1和图2所示，本发明的一种双重认证的人脸识别门禁系统，包括信息采集单元、处理控制单元和显示控制单元；信息采集单元包括摄像头和开门按钮，处理控制单元包括FPGA处理器、门控制器和无线通信模块；显示控制单元包括远程控制终端；通过开门按钮触发开门请求，摄像头采集敲门人脸部图像信息，FPGA处理器收到脸部图像信息后进行识别与匹配以实现第一重认证，FPGA处理器同时将识别与匹配结果通过无线通信模块传输至远程控制终端以实现第二重认证，两重认证成功后FPGA处理器产生门控制信息驱动门控制器打开门锁。

本发明中的显示控制单元能够与处理控制单元之间进行蓝牙通信，并向管理员显示摄像头采集到的敲门人人脸图像和匹配结果信息，以便于管理员进行远程控制，如开门、关闭警报等。

为了提高系统的时效性和精确性，当FPGA处理器判断检测到人脸后，发出控制信号使摄像头停止采集；当FPGA处理器没有检测到人脸，则发出控制信号使摄像头重新采集。处理控制单元还包括SD卡存储器和报警器，SD卡存储器中存储有权限用户的相关信息，当FPGA处理器进行脸部图像信息匹配失败时，触发报警器发出警报。

上述双重认证的人脸识别门禁系统的应用方法，包括以下步骤：

(1)敲门人通过按下开门按钮发出开门请求，之后摄像头被激活并开始采集敲门人的脸部图像信息，并将采集到的敲门人脸部图像信息上传至FPGA处理器，

(2)FPGA处理器采用相应算法进行人脸的脸部图像信息的识别与匹配，若匹配结果合法，则FPGA处理器产生门控制信号驱动门控制器进行开门操作；若匹配结果不合法，则FPGA处理器产生报警信号触发报警器，进而实现第一重认证；其中FPGA处理器人脸图像信息后，利用LBP算法或基于Gabor小波变换的个性化特征提取算法开始进行人脸识别并与SD卡存储器中权限用户的信息进行匹配；

(3)步骤(2)中FPGA处理器得到识别与匹配结果的同时，将该识别与匹配结果通过无线通信模块发送至远程控制终端给管理员查看；管理员查看识别的相关信息后，判断是否开启门锁，若判断可开启，则管理员在远程控制终端通过与无线通信模块实现远程控制门控制器进行开锁，从而完成FPGA处理器和管理员的双重认证。

整个双重认证的人脸识别门禁系统以及其应用方法以人脸识别技术作为门禁控制的基础，提高了系统的安全性；采用Bluetooth无线通信模块和远程控制终端提高系统的可移动性和使用的便利性；采用FPGA系统和管理员的双重认定，提高了系统的工作效率和控制的便利性，容错能力更强。

并且本发明的人脸识别门禁系统相对于PC端控制的识别技术，采用了嵌入式系统FPGA，处理速度更快、实现成本更低；再加上程终端显示，使得整个系统的移动性更强适用性更广，最重要的是，.由于加入了管理员的远程监测与控制，因而敲门人是否具备权限不再成为开门的必备要素(即，即使敲门人为非权限用户，管理员也可以远程开门)。

实施例1：

(1)在人脸识别权限用户数据库构建时，首先将该安全门禁控制系统各工作模块布局好，如图2所示，并检查各部分的连接情况。在系统电气连接无误的情况下，接通电源，系统开始初始化模式；

(2)首先利用摄像头进行管理员(或权限用户)的信息采集工作，采集权限用户正脸条件下多个正常表情、化妆与佩戴眼镜等情形下的人脸信息，并将该信息上传给以FPGA处理器为主的处理控制单元；

(3)如图3所示，以FPGA处理器为主的处理控制单元将该人脸信息存储至权限用户人脸数据库(即SD卡存储器)，并利用该人脸信息进行人脸识别的系统训练，根据训练结果进行人脸识别算法优化，直至系统具备较高识别率；至此，系统初始化工作完成，人脸数据库中已有权限用户的人脸信息；

(4)在权限用户数据库构建完成后，当有某一用户(敲门人)按下开门按钮发出开门请求时，摄像头开始采集敲门人的人脸信息，并将该人脸信息上传至处理控制单元，使用Adaboost或LBP算法进行人脸检测，等待人脸检测的结果；当处理控制单元判断检测到人脸后，发出控制信号使摄像头停止采集；当处理兼控制单元判断没有检测到人脸，则发出控制信号使摄像头重新采集；

(5)处理控制单元对摄像头上传的人脸图像信息进一步处理，采用PCA子空间法或基于Gabor小波变换的个性化特征提取算法等算法将采集信息与人脸数据库中的权限用户进行匹配，完成系统的第一重认证，并将识别和匹配结果通过Bluetooth无线通信模块发送给显示控制单元的远程控制终端(本实例中为手机APP)；若当前用户(即敲门人)为权限用户，则发出控制信号控制门的开启；若当前用户(即敲门人)为非权限用户，则发出控制信号控制报警器进行报警；

(6)远程控制终端通过显示控制单元中的无线通信模块将接收到的敲门人信息和人脸匹配结果进行显示供管理员查看，由此管理员可以知道当前敲门人的信息并判断是否开启门锁，以此完成系统的第二重认证；并根据该信息采取下一步操作，如出门迎接等；

(7)重新关门(或关闭警报)后，系统状态回到步骤(4)，重新进入新的工作状态，整个系统的通信流程如图1所示。

实施例2：

(1)在人脸识别权限用户数据库构建时，首先将该安全门禁控制系统各工作模块布局好，如图2所示，并检查各部分的连接情况。在系统电气连接无误的情况下，接通电源，系统开始初始化模式；

(2)将想要赋予权限的用户的正脸条件下多个正常表情、化妆与佩戴眼镜等情形下的人脸照片(可直接拍摄也可选取已有照片)直接导入SD卡存储器中，构建人脸识别权限用户数据库，并利用该人脸信息进行人脸识别的系统训练，根据训练结果进行人脸识别算法等的优化，直至系统具备较高识别率；至此，系统初始化工作完成，人脸数据库中已有权限用户的人脸信息；

(3)在权限用户数据库构建完成后，当有某一用户按下按钮发出开门请求时，摄像头开始采集敲门人的人脸信息,并将该人脸信息上传至处理兼控制单元，使用Adaboost或LBP算法进行人脸检测，等待人脸检测的结果；当处理兼控制单元判断检测到人脸后，发出控制信号使摄像头停止采集；当处理兼控制单元判断没有检测到人脸，则发出控制信号使摄像头重新采集；

(4)处理控制单元对摄像头上传的人脸信息进一步处理，采用PCA子空间法或基于Gabor小波变换的个性化特征提取算法等算法将采集信息与人脸数据库中的权限用户进行匹配，完成系统的第一重认证，并将匹配结果通过Bluetooth无线通信模块发送给远程控制终端；若当前用户为权限用户，等待来自远程控制终端的控制信号已决定是否开锁；若当前用户为非权限用户，则发出控制信号控制报警器进行报警；

(5)远程控制终端(本实施例中采用智能手机)将采集到的敲门人信息和人脸匹配结果进行显示，完成系统的第二重认证，管理员根据该信息可以自由决定是否开门，远程开门可利用手机端与处理控制单元间的Bluetooth无线通信模块完成，从而使敲门人没有权限但管理员允许其进入的情况得到很好地解决，实现高效、便利的安全门禁系统控制；

(6)重新关门(或关闭警报)后，系统状态回到步骤(3)，重新进入新的工作状态，整个系统的通信流程如图1所示

通过上述的实施例，可以清楚的看出，本发明利用嵌入式系统设计方法实现人脸识别，并结合Bluetooth无线通信，实现双重认证功能，在满足当前人们对安全门禁系统的要求的同时提供普通门禁系统所不具备的安全性和便利性。一是可应用于普通家庭的门禁设计，二是可应用于酒店宾馆等住所的门禁系统。

Claims (6)

1.一种双重认证的人脸识别门禁系统，其特征在于：包括信息采集单元、处理控制单元和显示控制单元；所述信息采集单元包括摄像头和开门按钮，所述处理控制单元包括FPGA处理器、门控制器和无线通信模块；所述显示控制单元中包括远程控制终端、无线通信模块和显示器；通过开门按钮触发开门请求，摄像头采集敲门人脸部图像信息，FPGA处理器收到脸部图像信息后进行识别与匹配，并根据识别与匹配结果进行第一重认证，FPGA处理器同时将识别与匹配结果通过无线通信模块传输至远程控制终端，显示器显示远程控制终端接收到的识别与匹配结果，管理员进行第二重认证，两重认证成功后FPGA处理器产生门控制信息驱动门控制器打开门锁。

2.根据权利要求1所述的双重认证的人脸识别门禁系统，其特征在于：当所述FPGA处理器判断检测到人脸后，发出控制信号使摄像头停止采集；当FPGA处理器没有检测到人脸，则发出控制信号使摄像头重新采集。

3.根据权利要求1所述的双重认证的人脸识别门禁系统，其特征在于：所述处理控制单元还包括SD卡存储器和报警器，SD卡存储器中存储有权限用户的相关信息，当FPGA处理器进行脸部图像信息匹配失败时，触发报警器发出警报。

4.一种双重认证的人脸识别门禁系统的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)敲门人通过按下开门按钮发出开门请求，之后摄像头被激活并开始采集敲门人的脸部图像信息，并将采集到的敲门人脸部图像信息上传至FPGA处理器，

(2)FPGA处理器采用相应算法进行人脸的脸部图像信息的识别与匹配，若匹配结果合法，则FPGA处理器产生门控制信号驱动门控制器进行开门操作；若匹配结果不合法，则FPGA处理器产生报警信号触发报警器，进而实现第一重认证；

(3)步骤(2)中FPGA处理器得到识别与匹配结果的同时，将该识别与匹配结果通过无线通信模块发送至远程控制终端给管理员查看；管理员查看识别的相关信息后，判断是否开启门锁，若判断可开启，则管理员在远程控制终端通过与无线通信模块实现远程控制门控制器进行开锁。

5.根据权利要求4所述的双重认证的人脸识别门禁系统的应用方法，其特征在于：所述步骤(2)中FPGA处理器人脸图像信息后，利用LBP算法或基于Gabor小波变换的个性化特征提取算法开始进行人脸识别并与SD卡存储器中权限用户的信息进行匹配。

6.根据权利要求4所述的双重认证的人脸识别门禁系统的应用方法，其特征在于：所述远程控制终端的显示器显示敲门人的人脸图像信息以及匹配结果以供系统管理员远程查看，并可以实现管理员的远程开门控制。