CN109377621A - 一种基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，其涉及安全、人脸识别、胁迫报警、电子技术、GSM、串口通信、信息技术等领域。安全锁包括主控模块、电磁锁模块(也可以是电机控制模块)、液晶显示模块、按键控制模块、人脸识别模块、外部存储模块及电源模块。该安全锁在低成本的基础上保证使用的安全性、便捷性。人脸识别模块利用Fisherface算法，结合单片机和MatLAB两者优点，从事件驱动中断通信机制出发，提出一种MatLAB环境下PC机与单片机实时串行通信及数据处理方法；完成单片机数据采集系统与PC机RS‑232/RS‑485串行通信及其通信数据分析处理、文件存储、FIR滤波及图形显示；简化系统开发流程，提高开发效率。

Description

一种基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁

技术领域

本发明提出了一种基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，其涉及安全、人脸识别、胁迫报警、电子技术、GSM、串口通信、信息技术等领域。

背景技术

目前，电子密码锁的种类繁多、应用广泛，基于生物特征的身份认证技术迅速发展，门禁系统也得到了飞跃式的发展，其中，利用人脸特征进行身份验证又是最自然、最直接的手段。

参考专利文献CN206657405公开了一种人脸识别电子锁，包括电子锁主体，所述电子锁主体的内部安装有铜铝合金材料制成的电子锁外壳，所述电子锁外壳的侧面设有铝合金材料制成的人脸识别挡壁，且所述电子锁外壳与所述人脸识别挡壁紧密焊接，所述电子锁外壳的侧面安装有人脸摄像头，且所述人脸摄像头嵌入设置与所述电子锁外壳的内部，所述电子锁外壳的侧面安装有触摸电子密码锁和密码显示屏，该种人脸识别电子锁，在电子锁主体内部的电子锁外壳的侧面既安装了人脸摄像头也安装了电子密码锁。参考专利文献CN206726320U，公开了一种基于FPGA的人脸识别电子密码锁，主体上设有显示屏和输入键盘，主体内部设有FPGA系统，FPGA系统包括主控单元、人脸识别模块、按键处理模块和译码显示电路，主体上还设有摄像头，主体中还设有开/关门模块电路、图像采集模块、键盘电路、存储单元和电源系统，输入键盘通过键盘电路连接按键处理模块，按键处理模块连接主控单元，显示屏通过译码显示电路连接主控单元，摄像头连接图像采集模块，图像采集模块连接人脸识别模块，人脸识别模块、开/关门模块电路与主控单元相连接。

但目前识别认证率低，且在网络连接被切断时，人脸识别门禁系统的前端报警信息不能达到门禁后端，造成一定程度的安全隐患。报警模块容易发出误报警。

发明内容

本发明针对上述的问题，利用生物识别技术解决上述方法的不足。提出了一种基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，该安全锁基于事件驱动中断通信机制，提出一种MatLAB环境下PC机与单片机实时串行通信及数据处理方法；完成单片机数据采集系统与PC机RS-232/RS-485串行通信及其通信数据分析处理、文件存储、FIR滤波及图形显示；简化系统开发流程，提高开发效率。

本发明采用如下技术方案：

一种基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，所述安全锁包括主控模块、电磁锁模块、液晶显示模块、按键控制模块、人脸识别模块、外部存储模块及电源模块，所述主控模块的输入端连接人脸识别模块、按键控制模块、外部存储模块及电源模块，所述主控模块的输出端分别接液晶显示模块和电子锁模块；

所述主控模块通过按键控制模块实现数字密码输入，数字密码匹配成功后，人脸识别模块被唤醒，所述主控模块通过人脸识别模块实现人脸图像的提取并与数据库存储的信息进行比对，所述主控模块通过外部存储模块实现掉电保护，所述电源模块为整个电路供电，所述主控模块通过电磁锁模块控制电锁开门。

本技术方案进一步的优化，还包括与主控模块的输出端连接的继电器驱动模块，所述主控模块通过继电器驱动模块实现机械锁的驱动。

本技术方案进一步的优化，所述人脸识别模块采用基于核Fisherface判决分析的人脸识别算法，在隐特征空间中寻找一线性变换ω^φ使类间离散度最大，类内离散度最小，即最大化下列目标函数求解最大分类的投影关系：

首先通过非线性核技巧把原数据映射到一隐特征空间，然后在隐特征空间运用Fisher线性判决分析，从而可以抽取原数据的非线性特征。

本技术方案进一步的优化，还包括与主控模块输出端连接的GSM短信控制模块，所述主控模块通过GSM短信控制模块向用户的手机端发送防盗报警信息。

本技术方案更进一步的优化，所述安全锁通过人脸识别模块获取用户手势，将用户手势与目标库中的手势信息进行对比，主控模块根据用户手势，控制触发GSM短信模块向用户发送防盗报警信息。

本技术方案进一步的优化，还包括与主控模块连接的掉电保护模块，所述掉电保护模块选用BL24C02，当安全锁意外掉电后，能够保存安全锁之前设置的密码。

本技术方案进一步的优化，所述电磁锁模块采用继电器控制ZUCON电磁锁，所述液晶显示模块采用LCD12864，外部存储模块所用的串行E2PROM是基于I2C-BUS的存储器件，遵循二线制协议。

本发明的有益效果为：出于安全性考虑，智能门锁中的电源采用电池供电，而人脸识别装置的耗电量大，一直处于开启状态会快速消耗智能门锁中的电池电量。现人脸识别装置按键控制模块实现数字密码输入，只有当密码匹配成功后，平时一直处于休眠状态的人脸识别模块才被唤醒，这种方式就可以有效的减少人脸识别装置的功耗。另一方面，若想开启人脸识别装置，就必须先进行门锁密码匹配，这也就增加了一重加密系统。

当用户在受到人身安全威胁的情况下开安全锁时，用户利用安全锁通过图像信息识别用户手势，在比中目标库的手势信息后，在监控报警客户端及时给出提示信息，将报警信号送入控制芯片，控制触发GSM短信模块向用户发送防盗报警信息，从而实现家庭用防盗报警系统的功能。人脸识别模块智能地获取人脸图像，通过串口通信与PC机相连，利用MatLAB环境的Fisherface算法与训练集的人脸图像进行比对，达到人脸识别功能，并发送短消息提示用户出现目标人物，因而本发明更具有安全性。既保证了用户的人身安全，又为警方提供了犯罪嫌疑人的线索。免去了钥匙、卡片需要携带的烦恼，设计在低成本的基础上保证了使用的安全性、便捷性。

附图说明

图1是安全锁的门禁体系结构图；

图2是安全锁的原理示意图；

图3是安全锁所用串行通讯端口的通讯原理图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参阅图1所示，本发明优选一实施例，一种基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，安全锁包括STM32主控模块、电磁锁模块、液晶显示模块、按键控制模块、人脸识别模块、继电器驱动模块、无线蓝牙串口通信、6SM短信控制模块、外部存储模块及电源模块，主控模块的输入端连接人脸识别模块、按键控制模块、外部存储模块、电源模块、无线蓝牙串口通信，主控模块的输出端分别接液晶显示模块、电子锁模块、GSM短信控制模块和继电器驱动模块。

主控模块通过按键控制模块实现数字密码输入，数字密码匹配成功后，人脸识别模块被唤醒，主控模块通过人脸识别模块实现人脸图像的提取并与数据库存储的信息进行比对，主控模块通过外部存储模块实现掉电保护，电源模块为整个电路供电，主控模块通过电磁锁模块控制电锁开门，主控模块通过继电器驱动模块实现机械锁的驱动。即该实施例的锁可以采用电磁锁，也可以采用传统的机械锁。

该实施例还可添加指纹识别模块，当电子密码和指纹识别模块一同验证成功后唤醒人脸识别模块。

图1中的按键控制模块主要提供数字电子密码锁密码按键处理功能，液晶显示模块是LCD12864，主要提供系统提示信息的显示功能，而电磁锁模块主要完成主控模块给出的开、关锁操作指令的功能。

该实施例的电磁锁模块采用继电器控制ZUCON电磁锁，继电器是一种电子控制器件，用较小的电流控制较大电流的一种“自动开关”。该实施例采用型号为SRD-O5VDC-SL-C的继电器驱动模块，利用其常开、常闭触点的通断，外加电磁锁、实现锁的开关门功能。

该实施例还包括与主控模块连接的掉电保护模块，掉电保护模块选用BL24C02，当系统意外掉电后，能够保存系统之前设置的密码。BL24C02属于非挥发存储器件，主要作用是防止掉电以后数据丢失。BL24C02作为掉电保护装置，每次修改密码，掉点后再重启，修改之后的密码依旧存在。

人脸识别模块采用基于核Fisherface判决分析的人脸识别算法，在隐特征空间中寻找一线性变换ω^φ使类间离散度最大，类内离散度最小，即最大化下列目标函数求解最大分类的投影关系：

首先通过非线性核技巧把原数据映射到一隐特征空间，然后在隐特征空间运用Fisher线性判决分析，从而可以抽取原数据的非线性特征。因为它既能很好的描述实际人脸图像中的光照、表情以及姿态等复杂的变化，又具有使类与类之间可分性增强的优点，因此可以得到比核主元分析、Fisher线性判决分析更好的识别性能。

人脸识别模块带有摄像头，不仅能够拍摄人脸图像，还可拍摄摄像头前用户的手势。安全锁通过图像信息识别用户手势，在匹配目标库的手势信息后，在监控报警客户端及时给出提示信息，将报警信号送入主控模块，控制触发GSM短信模块向用户发送防盗报警信息，从而实现家庭用防盗报警系统的功能。将公安系统的犯罪嫌疑人数据库中的部分人脸特征信息存储在本地，获取当前视觉范围内的图像，得到待识别图像，然后，提取待识别图像所包含的人脸图像的人脸特征信息。当待识别图像所包含人脸图像的人脸特征信息与目标人脸特征信息相同时，确定待识别图像中人物是目标人物，并向用户提示发现目标人物，提醒用户家门口监测人物中包含目标人物。通过人脸识别模块自动识别出目标人物，并发送短消息提示用户出现目标人物。

参阅图2所示，为安全锁的原理示意图。基于GSM短信控制模块的人脸识别门禁体系结构包括门禁前端和门禁后端。门禁前端用于完成视频显示、用户交互等任务，门禁后端用于完成处理人脸识别算法、控制门禁控制器以及管理端通信等任务。当前端用户人脸识别成功时，后端将开门信号发送给门禁控制器，控制电锁开门，在开门保持时间达到后自动关门；当有报警信号产生时，后端将会立即通过网络和启动TC35短信模块两种方式发送报警消息给管理员，从而实现监管者的远程实时监控。

参阅图3所示，为安全锁所用串行通讯端口的通讯原理图。PC机串口与单片机USART口通过MAX232电平转换芯片相连，系统工作时，MatLAB通过调用设备控制工具箱中serial类及相关函数。来创建串口设备对象，得到设备文件句柄，从而以操作文件方式实现对PC机串行口读写操作。因而PC机可以通过MatLAB向串行口发送特殊指令，单片机应用系统对此作出相应反应，将数据通过串行口回送给PC机。此时，MatLAB通过中断方式，实时接收单片机发送数据，并完成对数据分析处理、文件存储、FIR滤波及图形显示。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，其特征在于：所述安全锁包括主控模块、电磁锁模块、液晶显示模块、按键控制模块、人脸识别模块、外部存储模块及电源模块，所述主控模块的输入端连接人脸识别模块、按键控制模块、外部存储模块及电源模块，所述主控模块的输出端分别接液晶显示模块和电子锁模块；

所述主控模块通过按键控制模块实现数字密码输入，数字密码匹配成功后，人脸识别模块被唤醒，所述主控模块通过人脸识别模块实现人脸图像的提取并与数据库存储的信息进行比对，所述主控模块通过外部存储模块实现掉电保护，所述电源模块为整个电路供电，所述主控模块通过电磁锁模块控制电锁开门。

2.如权利要求1所述的基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，其特征在于：还包括与主控模块的输出端连接的继电器驱动模块，所述主控模块通过继电器驱动模块实现机械锁的驱动。

3.如权利要求1所述的基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，其特征在于：所述人脸识别模块采用基于核Fisherface判决分析的人脸识别算法，在隐特征空间中寻找一线性变换ω^φ使类间离散度最大、类内离散度最小，即最大化下列目标函数求解最大分类的投影关系：

首先通过非线性核把原数据映射到一隐特征空间，然后在隐特征空间运用Fisher线性判决分析，从而可以抽取原数据的非线性特征。

4.如权利要求1所述的基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，其特征在于：还包括与主控模块输出端连接的GSM短信控制模块，所述主控模块通过GSM短信控制模块向用户的手机端发送防盗报警信息。

5.如权利要求5所述的基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，其特征在于：所述安全锁通过人脸识别模块获取用户手势，将用户手势与目标库中的手势信息进行对比，主控模块根据用户手势，控制触发GSM短信模块向用户发送防盗报警信息。

6.如权利要求1所述的基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，其特征在于：还包括与主控模块连接的掉电保护模块，所述掉电保护模块选用BL24C02，当安全锁意外掉电后，能够保存安全锁之前设置的密码。

7.如权利要求1所述的基于核Fisherface人脸识别算法的安全锁，其特征在于：所述电磁锁模块采用继电器控制ZUCON电磁锁，所述液晶显示模块采用LCD12864，外部存储模块所用的串行E2PROM是基于I2C-BUS的存储器件，遵循二线制协议。