一種基于面部識別的智能電子門鎖系統技術方案

本發明專利技術是在智能化設備的基礎上，主要是利用攝像頭，獲得目標的圖像信息，對于動態目標提取出人的面部圖像，并將其與門鎖聯系在一起通過分析目標的面部特征與數據庫的圖像對比，來判斷入侵者是否是外來未知人員，從而實現門鎖的智能開關。本發明專利技術針對目前的人臉識別門禁系統存在成本高、環境適應性差等問題進行改進，采用ARM?Cortex?M3嵌入式芯片設計，降低硬件成本和運行功耗，提升硬件的性能。同時基于MATLAB圖像處理平臺，提出了改進的2DPCA人臉識別算法。同時采用基于膚色特征算法定位人臉信息，減低環境背景影響，提高人臉識別率。與比傳統2DPCA算法相比，本文提出的改進算法用時更短，同時人臉匹配成功率達到87％，誤判率低于3％，系統安全性達到97％以上。

Intelligent electronic door lock system based on face recognition

The invention is based on intelligent devices, mainly the use of camera, image information to obtain the target, for dynamic target extraction of the facial image, and the lock in image contrast by facial features and the target database analysis, to determine whether the foreign invaders is unknown, so as to realize the intelligent the door lock switch. The present invention is directed to a face recognition access control system has improved the problem of high cost, poor environmental adaptability, using ARM Cortex M3 embedded chip design, reduce the hardware cost and power consumption, improve the performance of hardware. At the same time, an improved 2DPCA face recognition algorithm is proposed based on MATLAB image processing platform. At the same time, facial feature information is used to locate human face information, so as to reduce the influence of environment background and improve the face recognition rate. Compared with the traditional 2DPCA algorithm, the improved algorithm used in this paper is shorter, and the success rate of face matching is 87%. The false positive rate is less than 3%, and the security of the system is more than 97%.

【技術實現步驟摘要】
一種基于面部識別的智能電子門鎖系統
本專利技術涉及一種智能識別裝置，具體涉及一種基于面部識別的電子門鎖系統。
技術介紹
隨著社會經濟的發展，技術的革新，人們漸漸達到小康社會的高生活水平，而且安防意識也在不斷提高。由此，如何利用新的技術手段設計更安全、便捷、可靠的安全防衛系統，提高居民生活質量，已經成為智能安防領域關注的焦點。其中，門鎖作為智能安防系統中的首道關卡，是整個安防系統的重中之重。傳統門鎖系統的身份驗證方式有：鑰匙、密碼、磁卡等，然而這些驗證手段都與用戶具有可分離性，容易被復制、破譯和盜用，已不能完全滿足現代安防理念。現今，人體生物特征如指紋、面部、虹膜等因其具有唯一性，不變性和不可分離的特性，已經被廣泛利用在智能安防領域。因此設計針對安全防衛的智能門鎖識別系統，對社會的發展有重要的經濟價值與實用意義。
技術實現思路
當今社會，基于生物識別技術的智能安防設備越來越受歡迎，由于生物識別技術具有的唯一性、不變性和不可分離等特點，是其它技術所缺乏的重要特征。而面部識別也是其中被廣泛研究的話題之一。近年來基于面部識別的智能門鎖系統也開始升溫，但由于其市場價格十分昂貴，識別成功率受環境、光照等因素影響比較大，所以推廣起來還非常困難，相比其它安防系統，其市場占有率稍低，但發展空間巨大。本專利技術通過以下技術方案實現：采用ARMCortex-M3嵌入式芯片設計，降低硬件成和運行功耗，提升硬件的性能。同時基于MATLAB圖像處理平臺，提出了改進的2DPCA面部識別算法，在樣本訓練階段，分別對每一類人物構建不同的特征子空間，而在面部圖像識別階段，則將待識別圖像分別投影到每一類人的特征子空間中進行匹配，尋找最大匹配度來確定待識別人物的歸屬。同時采用基于膚色特征算法定位面部信息，減低環境背景影響，提高面部識別率。在面部識別的基礎上，利用設備對門外的人物進行識別與分析，然后與可以通行的人物照片進行比對，然后判斷是否一致，再確定是否開鎖允許進入。一種基于面部識別的電子門鎖系統，包括stm32主控模塊、攝像頭、串口通訊模塊、人體紅外感應模塊、存儲模塊、電控鎖驅動模塊、顯示模塊、聲光提示模塊、電源轉換模塊、電源開關、遙控接收模塊、聲光報警模塊，攝像頭和電機驅動模塊，其特征在于，門鎖系統工作時由其他模塊傳遞信息給主控模塊，經主控模塊處理后反饋給各個模塊，并執行相應工作。此硬件系統具有與較強的適應性和移植特性，不需要改變硬件系統，即可進行不同環境的移植，只需要修改軟件參數即可擴展成為不同環境下的門鎖系統。優選地，所述硬件系統中，由攝像頭模塊、串口模塊、人體紅外感應模塊、TFT-LCD模塊等傳遞信息給主控模塊，經主控模塊處理后反饋給各個模塊，并執行相應工作。優選地，所述硬件系統包括電控鎖驅動模塊、TFT-LCD顯示模塊、聲光提示模塊、DC電源轉換模塊、攝像頭模塊、CH340G串口通信模塊、人體紅外感應模塊和SD卡存儲模塊等9大硬件模塊組成。優選地，所述軟件系統程序部分主要分為兩大塊，MATLAB程序設計和STM32主控程序設計。優選地，所述MATLAB程序設計，可分為串口通信、面部檢測、面部匹配、用戶數據庫管理等四大塊，使上位機基于MATLAB軟件，設計出面部識別智能門鎖系統的監控軟件，監控程序界面簡潔清晰，用戶只需要點擊程序界面中幾個按鈕就可以實現系統的實時監控，并與下位機STM32構成完整的面部識別智能門鎖系統。優選地，所述STM32主控程序設計，其與硬件系統各個硬件模塊相對應，包括面部定位攝像頭程序、電機鎖驅動模塊程序、TFTLCD顯示模塊驅動程序、SD卡存儲模塊程序、人體紅外檢測程序、CH340通信模塊程序以及低功耗模式程序等等。本專利技術的工作原理是：各個子模塊工作均受到主控模塊的調控，而且模塊之間相互協調工作。首先通過人體紅外感應模塊，實時檢測是否有人靠近門鎖系統，如果檢測到人體信號，則激活處于待機狀態下的主控芯片，然后OV7670定位攝像頭模塊完成初始化，準備獲取面部圖像，利用TFT-LCD液晶顯示屏輔助，實時顯示面部圖像位置，方便用戶定位，便于頭像獲取。同時伴隨TFT-LCD顯示屏中文提示，提醒用戶當前執行任務情況，每次激活面部識別門鎖系統后均有3次識別機會，如果三次識別均失敗，則系統會制動進入待機狀態，等待下一次人體紅外感應模塊重新獲取觸發信號，電機鎖驅動模塊主要接收來自STM32主控的指令，執行開門和關門程序，聲光提示模塊則配合電機鎖驅動模塊，執行相應指令，起到提醒用戶作用，USB高清攝像頭是面部圖像獲取主攝像頭，拍攝面部頭片后傳送到PC端的MATLAB程序進行面部識別，SD存儲模塊會實時存儲每次識別獲取到的圖片，以便保留證據，方便隨時查看記錄。本專利技術與現有技術相比，具有以下的有益效果：1、根據系統分析設計目標，完成基于ARMCortex-M3主控的硬件系統設計，執行面部定位、TFT-LCD智能提示，以及開關鎖功能。2、基于MATLAB圖像處理平臺設計的智能監控軟件，完成基于膚色特征面部檢測以及基于改進的2DPCA面部識別算法，同時還能對用戶數據庫進行實時管理，查看監控記錄。3、良好的人機交互界面設計，通過學習MATLAB的GUI設計，完成監控系統軟件界面的設計，包括優化按鈕、簡化操作順序、優化顯示框等。4、硬件系統低功耗模式，僅當人體紅外感應被觸發后，系統才會被激活，三次識別失敗后，系統自動進入低功耗待機模式，具有10秒無應答自動進入待機模式等低功耗設置。附圖說明圖1為硬件系統的總體組成框架。圖2為系統硬件連接圖。圖3為基于面部識別的智能門鎖系統監控軟件的總體程序流程圖。圖4基于面部識別的智能門鎖系統監控軟件界面圖。圖5門鎖系統運行圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖對本專利技術作進一步詳細的描述，但本專利技術的實施方式不限于此。實施例參見圖1、2，硬件系統的總體組成框架和系統硬件連接圖，STM32單片機增強型系列產品中的STM32F103ZET6，它是基于ARMCortex-M3核心的32位微型CPU，處理頻率72MHz，具有高達64KBSRAM和512KBFLASH，豐富的定時器資源，包括2個高級定時器、4個通用定時器、2個基本定時器，通信接口包括有5個串口、1個USB接口、3個SPI接口、2個IIC接口，此外5還有1個12位DAC、3個12位ADC、1個FSMC接口等，芯片共144引腳，其中112個通用IO口，采用LQFP-144封裝結構。電控鎖驅動模塊采用TB6612FNG直流電機驅動芯片，它的MOSFET-H橋結構有大電流驅動能力，且具有雙通道輸出，可以通過PWM同時驅動兩路直流電機。每個通道最高輸出1.2A連續驅動電流，可控制直流電機正轉/反轉/停止/制動，最高支持100kHZ的PWM頻率，具有片內低壓檢測與熱停機保護電路，工作溫度：-20～85℃，采用SSOP24貼片封裝。液晶顯示屏是采用ALIENTEK的2.8寸TFT-LCD，該液晶屏自帶LCD驅動芯片IL9320，5V電源供電，工作電流130mA～350mA，分辨率達320*240以及16位真彩色顯示。因此采用該顯示屏功耗較低，滿足本設計需求。本設計中采用了雙攝像頭采集數據，其中面部定位攝像頭采用ALIENTEKOV7670攝像頭模塊，面部獲取攝像本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于面部識別的電子門鎖系統，包括stm32主控模塊、攝像頭、串口通訊模塊、人體紅外感應模塊、存儲模塊、電控鎖驅動模塊、顯示模塊、聲光提示模塊、電源轉換模塊、電源開關、遙控接收模塊、聲光報警模塊，攝像頭和電機驅動模塊，其特征在于，門鎖系統工作時由攝像頭模塊、串口模塊、人體紅外感應模塊、TFT?LCD模塊等傳遞信息給主控模塊，經主控模塊處理后反饋給各個模塊，并執行相應工作，此系統具有與較強的適應性和移植特性，不需要改變硬件系統，即可進行不同環境的移植，只需要修改軟件參數即可擴展成為不同環境下的門鎖系統。

【技術特征摘要】
1.一種基于面部識別的電子門鎖系統，包括stm32主控模塊、攝像頭、串口通訊模塊、人體紅外感應模塊、存儲模塊、電控鎖驅動模塊、顯示模塊、聲光提示模塊、電源轉換模塊、電源開關、遙控接收模塊、聲光報警模塊，攝像頭和電機驅動模塊，其特征在于，門鎖系統工作時由攝像頭模塊、串口模塊、人體紅外感應模塊、TFT-LCD模塊等傳遞信息給主控模塊，經主控模塊處理后反饋給各個模塊，并執行相應工作，此系統具有與較強的適應性和移植特性，不需要改變硬件系統，即可進行不同環境的移植，只需要修改軟件參數即可擴展成為不同環境下的門鎖系統。2.根據權利要求1所述的基于面部識別的電子門鎖系統，其特征在于，使用以內核ARMCortex-M3為架構的STM32F103ZET6芯片，和嵌入式芯片相比，其執行代碼效率更高，支持外部存儲器的擴展，支持低功耗模式等優點。3.根據權利要求2所述的基于面部識別的電子門鎖系統，其特征在于，本系統選用的是電控陽鎖，因為本門鎖系統涉及大量硬件模塊和外圍設備，需要統一集成到門鎖內，采用電控陽鎖方案進行設計，避免了布線、安裝工序的繁瑣，可移植性更強，嵌入式系統完全集成到門鎖內，用戶安裝時只需要更換原本的鎖體即可。4.根據權利要求1所述的基于面部識別的電子門鎖系統，其特征在于，此系統采用了雙攝像頭采集數據，其中面部定位攝像頭采用ALIEN...

【專利技術屬性】
技術研發人員：熊俊濤，麥志恒，何志良，陳澤欽，蔡任，劉振，林睿，卜榕彬，
申請(專利權)人：華南農業大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44