CN202720703U

CN202720703U - 一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁

Info

Publication number: CN202720703U
Application number: CN 201220364846
Authority: CN
Inventors: 韩磊; 黄陈蓉; 徐梦溪; 郑胜男
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2022-07-26

Abstract

本实用新型公开了一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，属于锁具技术领域。本实用新型包括微处理器模块、SDRAM存储器模块、锁具执行机构模块、Flash存储器模块、应急模块、图像采集模块和LCD显示模块，还包括电源模块、热释电红外传感模块、光强检测模块和LED补光灯组模块，光强检测模块与微处理器模块的I²C接口连接，LED补光灯组模块与微处理器模块的GPIO接口连接；热释电红外传感模块与固态继电器电路连接，电源模块通过所述的固态继电器与微处理器模块连接，热释电红外传感模块与电源模块电路连接。本实用新型采用自动补光技术提高了图像质量，解决了传统人脸识别式门锁受可见光影响较大的问题，降低了能耗，提高了易用性、主动性。

Description

一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁

技术领域

本实用新型涉及锁具技术领域，更具体地说，涉及一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁。

背景技术

随着嵌入式系统技术、生物识别技术的进步，门锁系统正向高科技智能化方向发展，涌现出一批有代表意义的产品发明，如感应卡式智能门锁、指纹识别式智能门锁、人脸识别式智能门锁、乱序键盘式智能门锁等。人脸识别式智能门锁以其不易复制、非接触、直观、友好、方便等显著特征，得到了市场的青睐。

在现有技术中，提出借助于嵌入式系统技术将人脸识别技术嵌入到门锁系统，以提高目前门锁的智能性，方便用户使用。专利CN2566379Y、CN2718676Y解决了人脸识别技术在门锁系统中的应用问题，但未过多考虑光照条件对人脸识别的影响以及系统节能问题。

中国专利CN202007579U提出采用启动按键控制嵌入式处理器上电，在没有按下开关电路的状态下，只有开关电路处于供电状态，有效降低了系统功耗，但是系统开机需要手动操作，不够方便。

中国专利CN201084200Y采用红外窄带滤光片，红外发光二极管组等措施采集红外图像，解决人脸识别受可见光照条件影响的问题。但是相对于白色LED，红外LED的能耗较大，不宜于延长电池寿命，且红外难以得到彩色人脸图像，不利于人脸识别。此外，中国专利号ZL 200710182205.6，申请日为2007年10月7日，发明创造名称为：智能多用途防盗门，该申请案采用CCD补光摄像头对外界环境进行补光，其补光效果差，不利于人脸识别，且功耗高。

因此，设计一个兼顾低功耗、易操作、成像清楚等因素的智能门锁系统是一个亟待解决的问题。

发明内容

实用新型要解决的技术问题

本实用新型的解决的技术问题是解决现有门锁系统节能方案操作不够方便、人脸图像采集效果偏差的不足，提出了一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，采用本实用新型的技术方案，补光后使得人脸图像采集效果好，人脸识别成功率高，且操作方便。

技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，包括微处理器模块、SDRAM存储器模块、锁具执行机构模块、Flash存储器模块、应急模块、图像采集模块和LCD显示模块，还包括电源模块、热释电红外传感模块、光强检测模块和LED补光灯组模块，所述的光强检测模块与微处理器模块的I²C接口连接，所述的LED补光灯组模块与微处理器模块的GPIO接口连接；所述的热释电红外传感模块与固态继电器电路连接，所述的电源模块通过所述的固态继电器与微处理器模块连接，所述的热释电红外传感模块与电源模块电路连接。

更进一步地，所述的LED补光灯组模块由两组LED构成，微处理器模块控制两组LED的点亮与熄灭。

更进一步地，所述的热释电红外传感模块包括被动红外探头、菲涅尔透镜、芯片BISS0001，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜聚焦在被动红外探头上。

更进一步地，所述的锁具执行机构模块包括电机驱动电路、微型直流电机和离合销，所述的锁具执行机构模块与微处理器模块的GPIO接口连接，上述的电机驱动电路、微型直流电机、离合销依次电路连接。

更进一步地，所述的应急模块与微处理器模块的GPIO接口连接，应急模块包括应急按键和应急钥匙。

更进一步地，所述的SDRAM存储器模块与微处理器模块的地址总线、数据总线和控制总线连接。

更进一步地，所述的Flash存储器模块与微处理器模块的地址总线、数据总线和控制总线连接。

更进一步地，所述的LCD显示模块与微处理器模块的LCD控制器接口连接。

更进一步地，所述的图像采集模块与微处理器模块的USB接口连接。

有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

（1）本实用新型的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，基于光强检测技术，提出自动补光策略的可见光图像采集策略，提高了图像质量，保证了人脸识别成功率，解决了传统人脸识别式门锁受可见光影响较大的问题，与红外成像方式相比，降低了能耗；

（2）本实用新型的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，将热释电红外传感技术应用于智能门锁的电源管理中，与按键式电源管理相比，提高了易用性、主动性。

附图说明

图1为本实用新型的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁的结构示意图；

图2为实施例1中的人脸识别门锁系统的功能层次图；

图3为实施例1中的热释电红外传感模块电路图；

图4为实施例1中的基于人脸检测的电源休眠机制流程图；

图5为实施例1中的人脸识别流程图；

图6为实施例1中的光强检测电路图；

图7为实施例1中的自动补光策略流程图；

图8为实施例1中的应急处理功能操作流程图。

示意图中的标号说明：

11-微处理器模块；12-SDRAM存储器模块；13-锁具执行机构模块；14-Flash存储器模块；15-应急模块；16-电源模块；17-热释电红外传感模块；18-光强检测模块；19-LED补光灯组模块；20-图像采集模块；21-LCD显示模块。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，包括微处理器模块11、SDRAM存储器模块12、锁具执行机构模块13、Flash存储器模块14、应急模块15、电源模块16、热释电红外传感模块17、光强检测模块18、LED补光灯组模块19、图像采集模块20和LCD显示模块21。本实施例中的光强检测模块18与微处理器模块11的I²C接口连接，LED补光灯组模块19与微处理器模块11的GPIO接口连接，本实施例中的LED补光灯组模块19由两组LED构成，微处理器模块11控制两组LED的点亮与熄灭；热释电红外传感模块17与固态继电器电路连接，电源模块16的输出经固态继电器后与微处理器模块11连接，达到人体感知，自动节能控制的效果；热释电红外传感模块17与电源模块16电路连接，使用时，热释电红外传感模块17由电源模块16供电，检测人体红外热量，进而控制固态继电器，本实施例中的热释电红外传感模块17包括被动红外探头、菲涅尔透镜、芯片BISS0001，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜聚焦在被动红外探头上。锁具执行机构模块13包括电机驱动电路、微型直流电机、离合销，电机驱动电路、微型直流电机、离合销依次电路连接，应急模块15包括应急按键和应急钥匙，锁具执行机构模块13、应急模块15与微处理器模块11的GPIO接口连接。SDRAM存储器模块12 、Flash存储器模块14与微处理器模块11的地址总线、数据总线和控制总线连接。LCD显示模块21与微处理器模块11的LCD控制器接口连接。图像采集模块20与微处理器模块11的USB接口连接。

图2是本实用新型提供的人脸识别智能门锁系统的功能层次图，其功能主要有：电源智能管理功能、人脸识别功能、用户管理功能、自动补光管理功能、电机控制功能、应急处理功能等。

电源智能管理功能主要通过基于热释电红外传感技术的自动开关和基于人脸检测技术的系统休眠机制实现。微处理器模块11以及与微处理器模块11相连的其它模块的电源自动开关功能是由热释电红外传感模块17完成的，如图3所示，热释电红外传感模块17主要由人体被动红外探头、菲涅尔透镜、专用芯片BISS0001组成。当用户出现在门锁前时，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元件上时，电路中的热释电红外传感器将输出电压信号，经滤波后送入BISS0001芯片的第14引脚，通过芯片内部的第一级高增益运放放大后由第16引脚输出，经外电路耦合到芯片内第二级运放放大，经内部比较器、双向鉴幅器后，检出有效触发信号启动延时器，同时从第2引脚输出高电平控制信号使三极管VT1导通，固态继电器K1接通，微处理器模块11及与其相连模块上电工作，人脸识别功能启动；相反，如果没有用户出现在门前时，BISS0001芯片第2脚输出低电平，三极管VT1截止，固态继电器K1断开，微处理器模块11及与其相连模块处于断电状态。事实上，大多数时间没有用户出现在门锁前，除热释电红外传感模块17在工作外，其它模块处于断电状态，有效减少了能耗。电源智能管理功能还体现在微处理器模块11的休眠机制方面，即如果出现因干扰因素导致门锁系统上电启动的情况，如图4所示，门锁系统会首先启动人脸检测，如果三次检测不到人脸，系统会进入休眠状态，降低门锁系统能耗。

人脸识别功能是智能门锁系统的重要功能之一，本实用新型的人脸识别功能主要包括亮度计算、特征提取、模式识别等子功能模块。如图5所示，人脸识别主要分为训练和识别两个阶段，训练阶段核心任务是建立分类器模型，而识别阶段则是将待检测图像经过处理后送入前面建立的分类器模型，得到分类结果。亮度计算子功能属图像的预处理，如果图像亮度过亮或过暗，都认为是不合格图像，不再进行识别，而是将计算结果反馈给自动补光管理功能处理，以提供决策参考。

用户管理功能为提高本实用新型门锁的广泛适用性，该功能模块提供用户人脸特征提取、用户应急密码设置、用户信息的增加、删除、修改等操作方法和友好界面。

自动补光管理功能是本实用新型为了解决人脸识别式智能门锁系统受可见光光强影响较大，而红外摄像能耗较大等问题而提出的解决方案，该功能主要有光强检测和LED补光灯组控制两个子功能。这里，使用基于自然光的图像采集模式，即摄像头为普通摄像头。光强检测模块18用于检测当前的光强度，检测电路如图6所示，所选光强检测芯片为TSL2561，该芯片内部包含有两个积分式A/D转换器，用于对两个光敏二极管的电流进行积分，并且对这两个电流的积分是同时进行的。当一个积分周期完成之后，积分式A/D转换器将自动开始进入下一个积分转换过程。TSL2561遵循标准的I²C协议，所以微处理器模块11通过I²C接口访问TSL2561得到光强数据。采集到光强数据后，智能门锁系统将根据两个光强阀值，启动补光策略。图7是自动补光流程图，系统将采集到的光强值分别与阀值Th1和阀值Th2比较，如果当前光强值大于阀值Th2，则表明当前光线较好，不需要补光，则直接进入人脸识别流程；如果当前光强值在阀值Th1和阀值Th2之间，则表明当前光线较差（如阴天），需要补充一些光照，此时，系统开启补光灯组1；如果当前光强小于阀值Th1，说明当前光照极差（如晚上），需要光源照明，此时，系统开启补光灯组1和补光灯组2，以保证采集到高质量的图像；在人脸识别流程之后，系统关闭LED补光灯组模块19。

电机控制功能主要完成门锁系统的打开关闭，是通过电机带动离合销实现的。对电机的控制体现在电机状态检测及电机驱动两个方面。

应急处理功能在人脸识别功能出现异常时，供用户应急使用。该功能有两项子功能：应急密码检测和应急钥匙使用。应急密码的设置由用户管理模块提供。在本实施例中，应急密码和应急钥匙是配合使用的，单一使用一种不能打开门锁，另外，使用应急处理功能时，系统会存储开锁人的人脸图像备案，这样可以提高系统安全性。应急处理功能的使用流程如图8所示，首先，用户输入应急密码，系统检测到是应急密码时，提示人脸图像采集；接着，系统进行人脸检测，如果检测不成功，则继续提示人脸对准摄像头，检测到人脸图像后，系统存储该图像备案；最后，系统提示使用急用钥匙开锁。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，包括微处理器模块（11）、SDRAM存储器模块（12）、锁具执行机构模块（13）、Flash存储器模块（14）、应急模块（15）、图像采集模块（20）和LCD显示模块（21），其特征在于：还包括电源模块（16）、热释电红外传感模块（17）、光强检测模块（18）和LED补光灯组模块（19），所述的光强检测模块（18）与微处理器模块（11）的I²C接口连接，所述的LED补光灯组模块（19）与微处理器模块（11）的GPIO接口连接；所述的热释电红外传感模块（17）与固态继电器电路连接，所述的电源模块（16）通过所述的固态继电器与微处理器模块（11）连接，所述的热释电红外传感模块（17）与电源模块（16）电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，其特征在于：所述的LED补光灯组模块（19）由两组LED构成，微处理器模块（11）控制两组LED的点亮与熄灭。

3.根据权利要求1所述的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，其特征在于：所述的热释电红外传感模块（17）包括被动红外探头、菲涅尔透镜、芯片BISS0001，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜聚焦在被动红外探头上。

4.根据权利要求2或3所述的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，其特征在于：所述的锁具执行机构模块（13）包括电机驱动电路、微型直流电机和离合销，所述的锁具执行机构模块（13）与微处理器模块（11）的GPIO接口连接，上述的电机驱动电路、微型直流电机、离合销依次电路连接。

5.根据权利要求2或3所述的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，其特征在于：所述的应急模块（15）与微处理器模块（11）的GPIO接口连接，应急模块（15）包括应急按键和应急钥匙。

6.根据权利要求5所述的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，其特征在于：所述的SDRAM存储器模块（12）与微处理器模块（11）的地址总线、数据总线和控制总线连接。

7.根据权利要求6所述的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，其特征在于：所述的Flash存储器模块（14）与微处理器模块（11）的地址总线、数据总线和控制总线连接。

8.根据权利要求7所述的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，其特征在于：所述的LCD显示模块（21）与微处理器模块（11）的LCD控制器接口连接。

9.根据权利要求8所述的一种红外感知和自动补光的人脸识别门锁，其特征在于：所述的图像采集模块（20）与微处理器模块（11）的USB接口连接。