CN111199607A - 一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电子设备领域的一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，包括白光LED灯、双目摄像头、红外补光灯、IPS屏幕、连接器孔、墙面安装孔、扬声器、外壳、电容触摸按键和控制电路，所述白光LED灯、双目摄像头和红外补光灯呈水平依次安装于外壳的表面顶部，所述IPS屏幕嵌入于外壳的正面，所述连接器孔开设于外壳的背面，所述墙面安装孔设置在外壳的内面，所述电容触摸按键固定在外壳的顶部和底部，所述控制电路安装于外壳的内部，使用了基于RISC‑V的处理器，成本低，功耗低，安全性比传统人脸识别装置高，连接Wi‑Fi并通过微信小程序操作，使得用户操作体验更加便捷。

Description

一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，具体为一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置。

背景技术

生物特征识别技术被列为21世纪对人类社会带来革命性影响的十大技术之一。生物特征识别技术是目前最为方便、安全的身份识别技术，生物特征识别技术识别的是人本身，不需要人身之外的标识物。生物特征识别技术利用人的生理特征和行为特征进行身份识别，主要有指纹识别、人脸识别、虹膜识别、步态识别等。其中，人脸识别是当前生物特征识别领域的一大热点。由于人脸是人类视觉中最为自然和普遍的身份识别特征，所以人脸识别技术在很多领域得到了广泛应用。同时，它与目前广泛应用的指纹识别技术相比，有着直观性、方便性、非接触性、友好性、用户接受度高等显著优点。

现有人脸识别装置存在如下缺陷：

(1)基于ARM或者x86的处理器，成本高昂，非国产器件；

(2)功耗高，体积大；

(3)不能抵抗屏幕视频、照片重放人脸攻击，假脸也能识别通过；

(4)不能抵抗彩色、黑白打印人脸攻击，假脸也能识别通过；

(5)不支持Wi-Fi连接，同时不支持微信小程序互联。

基于此，本发明设计了一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，以解决上述提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，包括白光LED灯、双目摄像头、红外补光灯、IPS屏幕、连接器孔、墙面安装孔、扬声器、外壳、电容触摸按键和控制电路，所述白光LED灯、双目摄像头和红外补光灯呈水平依次安装于外壳的表面顶部，所述IPS屏幕嵌入于外壳的正面，所述连接器孔开设于外壳的背面，所述墙面安装孔设置在外壳的内面，所述电容触摸按键固定在外壳的顶部和底部，所述控制电路安装于外壳的内部；

所述控制电路包括印刷电路板，及安装于印刷电路板上的补光灯接口、双目摄像头接口、触摸按键电路与接口、机械按键、Wi-Fi电路单元、处理器电路单元、存储器、备份电池、实时时钟电路单元、门禁控制信号连接器、扬声器接口、音频编解码电路单元、电源接口、屏幕驱动电路单元、IPS屏幕接口、光电耦合驱动器和备用继电器，所述补光灯接口、双目摄像头接口和触摸按键电路与接口均安装于印刷电路板的上方，所述补光灯接口分别连接所述白光LED灯和红外补光灯，所述双目摄像头接口连接所述双目摄像头，所述触摸按键电路与接口连接所述电容触摸按键，所述机械按键、门禁控制信号连接器、光电耦合驱动器和备用继电器安装于印刷电路板的右侧，所述屏幕驱动电路单元和IPS屏幕接口安装于印刷电路板的下方，所述备份电池、实时时钟电路单元、扬声器接口、音频编解码电路单元和电源接口安装于印刷电路板的左侧，所述Wi-Fi电路单元、处理器电路单元和存储器安装于印刷电路板的中部，所述扬声器接口连接所述扬声器，所述IPS屏幕接口连接所述IPS屏幕，所述门禁控制信号连接器从连接器孔内引出。

优选的，所述IPS屏幕采用MIPI或者DVP接口。

优选的，所述门禁控制信号连接器用于控制外界的门禁和门锁系统，支持基于光电耦合驱动器的门禁开关与基于备用继电器的门禁开关，同时所述门禁控制信号连接器支持RS485、RS232、CAN和以太网通信接口与协议。

优选的，所述Wi-Fi电路单元包括包含Wi-Fi SoC和Wi-Fi天线接口，其中Wi-Fi天线接口使用ipex座子，连接粘贴于外壳里面的Wi-Fi天线，Wi-Fi天线和外壳为一体成型。

优选的，所述处理器电路单元采用RISC-V的处理器。

优选的，所述音频编解码电路单元包含DAC与ADC，以及D类音频功放，其中DAC与ADC，以及D类音频功放集成在音频编解码芯片中。

优选的，所述屏幕驱动电路单元包含屏幕驱动芯片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、此装置使用了基于RISC-V的处理器，成本显著低于使用ARM或者x86的处理器的系统。ARM或者x86的处理器价格昂贵，本系统解决了这个硬伤。

2、此装置使用的芯片和器件完全国产，避免依赖了国外器件，解决了这方面的硬伤。

3、此装置使用的RISC-V的处理器功耗非常低，而x86处理器功耗很高。解决了基于x86人脸识别装置高功耗的缺陷。

4、此装置可以抵抗屏幕视频重放人脸攻击、屏幕照片重放人脸攻击、彩色打印人脸攻击和黑白打印人脸攻击，可以识别出上述情况的假脸攻击，安全性比传统人脸识别装置高。

5、此装置可连接Wi-Fi并通过微信小程序操作，使得用户操作体验更加便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明控制电路结构示意图；

图3为本发明具体实施流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、白光LED灯；2、双目摄像头；3、红外补光灯；4、IPS屏幕；5、连接器孔；6、墙面安装孔；7、扬声器；8、外壳；9、电容触摸按键；10、控制电路；101、补光灯接口；102、双目摄像头接口；103、触摸按键电路与接口；104、机械按键；105、Wi-Fi电路单元；106、处理器电路单元；107、存储器；108、备份电池；109、实时时钟电路单元；110、门禁控制信号连接器；111、扬声器接口；112、音频编解码电路单元；113、电源接口；114、屏幕驱动电路单元；115、IPS屏幕接口；116、光电耦合驱动器；117、备用继电器；118、印刷电路板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，包括白光LED灯1、双目摄像头2、红外补光灯3、IPS屏幕4、连接器孔5、墙面安装孔6、扬声器7、外壳8、电容触摸按键9和控制电路10，所述白光LED灯1、双目摄像头2和红外补光灯3呈水平依次安装于外壳8的表面顶部，所述IPS屏幕4嵌入于外壳8的正面，所述连接器孔5开设于外壳8的背面，所述墙面安装孔6设置在外壳8的内面，所述电容触摸按键9固定在外壳8的顶部和底部，所述控制电路10安装于外壳8的内部；

所述控制电路10包括印刷电路板118，及安装于印刷电路板118上的补光灯接口101、双目摄像头接口102、触摸按键电路与接口103、机械按键104、Wi-Fi电路单元105、处理器电路单元106、存储器107、备份电池108、实时时钟电路单元109、门禁控制信号连接器110、扬声器接口111、音频编解码电路单元112、电源接口113、屏幕驱动电路单元114、IPS屏幕接口115、光电耦合驱动器116和备用继电器117，所述补光灯接口101、双目摄像头接口102和触摸按键电路与接口103均安装于印刷电路板118的上方，所述补光灯接口101分别连接所述白光LED灯1和红外补光灯3，所述双目摄像头接口102连接所述双目摄像头2，所述触摸按键电路与接口103连接所述电容触摸按键9，所述机械按键104、门禁控制信号连接器110、光电耦合驱动器116和备用继电器117安装于印刷电路板118的右侧，所述屏幕驱动电路单元114和IPS屏幕接口115安装于印刷电路板118的下方，所述备份电池108、实时时钟电路单元109、扬声器接口111、音频编解码电路单元112和电源接口113安装于印刷电路板118的左侧，所述Wi-Fi电路单元105、处理器电路单元106和存储器107安装于印刷电路板118的中部，所述扬声器接口111连接所述扬声器7，所述IPS屏幕接口115连接所述IPS屏幕4，所述门禁控制信号连接器110从连接器孔5内引出。

其中，白光LED灯1用来进行可见光补光照明，使用大功率白色光LED，该大功率白色光LED色温为2700K至12000K，功率为0.5W至5W.在环境昏暗时，可以提升功率，为双目摄像头2模块中的可见光摄像头提供更好的成像条件。在环境明亮时，可以降低功率或关闭，以降低功耗并节约能源。

其中，双目摄像头2其包含一个近红外摄像头和一个可见光摄像头。其中近红外摄像头用来进行近红外图像采集，可见光摄像头用来进行可见光图像采集。其中近红外摄像头的带通滤光器的带通光波波长为850nm到940nm，即可穿透波长为850nm到940nm的红外线。

其中，红外补光灯3用来进行近红外光补光照明，使用大功率红外LED，该大功率红外LED辐射波长为850nm到940nm，功率为0.5W到5W，可在不使用时关闭，与双目摄像头2频闪同步，仅在双目摄像头中的红外摄像头拍摄人脸的瞬间开启，其余时间关闭以便于节约功耗。开启时间为三十分之一秒。

其中，IPS屏幕4嵌入于装置外壳正面，该屏幕使用MIPI或DVP接口，支持电容触摸或者声表面波触摸，连接于装置内部的控制电路的IPS屏幕接口115之上。该屏幕用来显示图形用户界面、摄像头采集的画面和人脸识别结果，用户可通过触摸屏幕操作整个装置。

其中，门禁控制信号连接器110从连接器孔5内引出，用来连接外部门禁控制信号，支持基于光电耦合驱动器116的门禁开关与基于备用继电器117的门禁开关，同时该连接器引出了额外通信信号，支持RS485、RS232、CAN和以太网通信接口与协议。

其中，墙面安装孔6用来和墙体连接，固定本装置到墙面。

其中，扬声器7安装于外壳底部，外壳底部开孔方便声音从机壳内部传导到机壳外部。扬声器7的信号引出于控制电路10的扬声器接口111。

其中，外壳8用来固定本装置的所有子模块。

其中电容触摸按键9，用户可通过触摸外壳进行按键操作。

其中，控制电路10安装在外壳之中，是本装置的核心，包含本装置的电路单元。

其中补光灯接口101安装于印刷电路板118上方，用来连接白光LED灯1和红外补光灯3，该两个LED灯安装于外壳8之上。

其中双目摄像头接口102安装于印刷电路板118上方，使用FPC排线连接近红外摄像头和可见光摄像头，即102双目摄像头接口。

其中触摸按键电路与接口103安装于印刷电路板118上方，用来连接电容触摸按键9，实现触摸按键功能，电容触摸按键9安装于外壳之上。

其中机械按键104安装于印刷电路板118右侧，用于内部生产测试，包含复位整个电路系统以及启用固件烧写模式。

其中Wi-Fi电路单元105安装于印刷电路板118中部，包含Wi-Fi SoC和Wi-Fi天线接口，其中Wi-Fi天线接口使用ipex座子，用来连接粘贴于外壳里面的Wi-Fi天线。Wi-Fi天线和外壳在制造时是一体的。

其中处理器电路单元106包含基于RISC-V的处理器，用来运行人脸识别算法。首先通过双目摄像头2(包含一个可见光摄像头和一个近红外摄像头)获得可见光图像和红外图像，通过双目摄像头接口102经过DVP或MIPI协议传输到处理器电路单元106，在处理器电路单元106上使用卷积人工神经网络进行人脸位置定位，将定位的人脸通过卷积人工神经网络进行关键点检测，根据关键点检测结果通过仿射变换方法将歪斜的人脸进行拉正处理，然后将拉正的人脸经过卷积人工神经网络进行特征提取，对存储器上存储的人脸数据库使用余弦距离方法进行特征比对，产生比对结果，然后将比对结果通过Wi-Fi电路单元105经过TCP协议传输至服务器，调用微信小程序API将结果反馈到用户手机的微信小程序，完成整个人脸识别过程。用户可以通过微信小程序录入人脸图像，将图像通过服务器经过TCP协议传输至设备，将图像特征值经过上述的人脸定位、关键点检测、仿射变换人脸拉正、特征值提取后将结果存储至存储器107作为离线比对样本使用。在操作过程中，本装置用IPS屏幕4显示图形界面、摄像头画面以及人脸识别结果。本装置使用内部扬声器7提示用户操作、播报人脸识别结果。

其中存储器107用以存储人脸特征值以及相关算法的软件提供给处理器电路单元106。

其中备份电池108用来给实时时钟电路单元109供电，确保低功耗或者关机模式下实时时钟仍然在计时，不丢失当前日期和时间。该时间用于用户界面和通信。

其中实时时钟电路单元109用来精确计时，同时给本装置提供掉电或者低功耗模式下可用的实时时间信息。

其中门禁控制信号连接器110用来连接外部门禁控制信号和通信，门禁控制信号用来控制外接的门禁和门锁系统，支持基于光电耦合驱动器116的门禁开关与基于备用继电器117的门禁开关，同时该连接器引出了额外通信信号，支持RS485、RS232、CAN和以太网通信接口与协议。

其中扬声器接口111用来连接内部扬声器7，可用来提示用户操作以及播报人脸识别结果。

其中音频编解码电路单元112包含DAC与ADC，以及D类音频功放。用来将数字音频信号转换为模拟信号，并经过D类音频功放通过扬声器接口111推动内部扬声器7，使其发出声音。其中AC与ADC，以及D类音频功放都集成在音频编解码芯片中。

其中电源接口113用来连接外部电源输入，为整个系统提供电力。

其中屏幕驱动电路单元114包含屏幕驱动芯片，用来转换视频信号格式并通过IPS屏幕接口115驱动IPS屏幕4。

其中、IPS屏幕接口115用来连接嵌入在装置外壳上的IPS屏幕4。

其中、光电耦合驱动器116通过门禁控制信号连接器110用来隔离并连接外部门禁开关。

其中、备用继电器117通过门禁控制信号连接器110用来隔离并连接外部门禁开关。

其中印刷电路板118用来承载控制电路10的电路连接与电子元件。

实施例2

请参阅图3，本发明提供本装置具体实施流程：

系统启动后，

(s1)设备通过双目摄像头2采集图像，通过双目摄像头2的红外摄像头；(s2)采集红外图像、通过双目摄像头2的可见光摄像头；(s3)采集RGB图像；采集到的图像经过(s4)卷积神经网络活体检测，判别是真实的人脸，抵抗屏幕视频重放人脸攻击、屏幕照片重放人脸攻击、彩色打印人脸攻击和黑白打印人脸攻击。判别为真实人脸后；使用(s5)卷积神经网络人脸检测，获得人脸范围并裁。然后经过(s6)卷积神经网络人脸特征点提取，获得人脸特征点，这样可以知道人脸扭曲变形的方式，然后通过(s7)对人脸进行仿射变换与对齐，获得对齐的人脸。将对齐的人脸通过(s8)卷积神经网络提取128个特征向量，然后访问存储器107，(s9)与存储器中特征向量进行余弦距离比对。(s10)在达到阈值范围内时，人脸识别成功，屏幕显示并将结果通过TCP连接传输至服务器。(s11)服务器与微信小程序联动，通知用户和管理员识别成功。

系统录入图像时，(s12)用户通过微信小程序录入人脸并上传服务器，(s13)通过TCP连接下发到设备，获取图像后，图像经过(s14)卷积神经网络活体检测，判别是真实的人脸，抵抗屏幕视频重放人脸攻击、屏幕照片重放人脸攻击、彩色打印人脸攻击和黑白打印人脸攻击。判别为真实人脸后，使用(s15)卷积神经网络人脸检测，获得人脸范围并裁。然后经过(s16)卷积神经网络人脸特征点提取，获得人脸特征点，这样可以知道人脸扭曲变形的方式，然后通过(s17)对人脸进行仿射变换与对齐，获得对齐的人脸。将对齐的人脸通过(s18)卷积神经网络提取128个特征向量，然后写入存储器107，记录录入的人脸。

用户或者管理员远程操作设备时，(s20)用户通过微信小程序远程操作设备编辑人脸数据库信息，该信息(s21)通过TCP连接下发到设备，对人脸数据进行增加、删除、修改、查询，实现对存储器107中人脸数据信息的修改与调整。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，其特征在于：包括白光LED灯(1)、双目摄像头(2)、红外补光灯(3)、IPS屏幕(4)、连接器孔(5)、墙面安装孔(6)、扬声器(7)、外壳(8)、电容触摸按键(9)和控制电路(10)，所述白光LED灯(1)、双目摄像头(2)和红外补光灯(3)呈水平依次安装于外壳(8)的表面顶部，所述IPS屏幕(4)嵌入于外壳(8)的正面，所述连接器孔(5)开设于外壳(8)的背面，所述墙面安装孔(6)设置在外壳(8)的内面，所述电容触摸按键(9)固定在外壳(8)的顶部和底部，所述控制电路(10)安装于外壳(8)的内部；

所述控制电路(10)包括印刷电路板(118)，及安装于印刷电路板(118)上的补光灯接口(101)、双目摄像头接口(102)、触摸按键电路与接口(103)、机械按键(104)、Wi-Fi电路单元(105)、处理器电路单元(106)、存储器(107)、备份电池(108)、实时时钟电路单元(109)、门禁控制信号连接器(110)、扬声器接口(111)、音频编解码电路单元(112)、电源接口(113)、屏幕驱动电路单元(114)、IPS屏幕接口(115)、光电耦合驱动器(116)和备用继电器(117)，所述补光灯接口(101)、双目摄像头接口(102)和触摸按键电路与接口(103)均安装于印刷电路板(118)的上方，所述补光灯接口(101)分别连接所述白光LED灯(1)和红外补光灯(3)，所述双目摄像头接口(102)连接所述双目摄像头(2)，所述触摸按键电路与接口(103)连接所述电容触摸按键(9)，所述机械按键(104)、门禁控制信号连接器(110)、光电耦合驱动器(116)和备用继电器(117)安装于印刷电路板(118)的右侧，所述屏幕驱动电路单元(114)和IPS屏幕接口(115)安装于印刷电路板(118)的下方，所述备份电池(108)、实时时钟电路单元(109)、扬声器接口(111)、音频编解码电路单元(112)和电源接口(113)安装于印刷电路板(118)的左侧，所述Wi-Fi电路单元(105)、处理器电路单元(106)和存储器(107)安装于印刷电路板(118)的中部，所述扬声器接口(111)连接所述扬声器(7)，所述IPS屏幕接口(115)连接所述IPS屏幕(4)，所述门禁控制信号连接器(110)从连接器孔(5)内引出。

2.根据权利要求1所述的一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，其特征在于：所述IPS屏幕(4)采用MIPI或者DVP接口。

3.根据权利要求1所述的一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，其特征在于：所述门禁控制信号连接器(110)用于控制外界的门禁和门锁系统，支持基于光电耦合驱动器(116)的门禁开关与基于备用继电器(117)的门禁开关，同时所述门禁控制信号连接器(110)支持RS485、RS232、CAN和以太网通信接口与协议。

4.根据权利要求1所述的一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，其特征在于：所述Wi-Fi电路单元(105)包括包含Wi-Fi SoC和Wi-Fi天线接口，其中Wi-Fi天线接口使用ipex座子，连接粘贴于外壳(8)里面的Wi-Fi天线，Wi-Fi天线和外壳(8)为一体成型。

5.根据权利要求1所述的一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，其特征在于：所述处理器电路单元(106)采用RISC-V的处理器。

6.根据权利要求1所述的一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，其特征在于：所述音频编解码电路单元(112)包含DAC与ADC，以及D类音频功放，其中DAC与ADC，以及D类音频功放集成在音频编解码芯片中。

7.根据权利要求1所述的一种支持WiFi通信的高性能人脸识别装置，其特征在于：所述屏幕驱动电路单元(114)包含屏幕驱动芯片。

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