一种基于面部识别的智能电子门锁系统技术方案

技术编号:15705372 阅读:299 留言:0更新日期:2017-06-26 13:13
本发明专利技术是在智能化设备的基础上,主要是利用摄像头,获得目标的图像信息,对于动态目标提取出人的面部图像,并将其与门锁联系在一起通过分析目标的面部特征与数据库的图像对比,来判断入侵者是否是外来未知人员,从而实现门锁的智能开关。本发明专利技术针对目前的人脸识别门禁系统存在成本高、环境适应性差等问题进行改进,采用ARM Cortex‑M3嵌入式芯片设计,降低硬件成本和运行功耗,提升硬件的性能。同时基于MATLAB图像处理平台,提出了改进的2DPCA人脸识别算法。同时采用基于肤色特征算法定位人脸信息,减低环境背景影响,提高人脸识别率。与比传统2DPCA算法相比,本文提出的改进算法用时更短,同时人脸匹配成功率达到87%,误判率低于3%,系统安全性达到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%.

【技术实现步骤摘要】
一种基于面部识别的智能电子门锁系统
本专利技术涉及一种智能识别装置,具体涉及一种基于面部识别的电子门锁系统。
技术介绍
随着社会经济的发展,技术的革新,人们渐渐达到小康社会的高生活水平,而且安防意识也在不断提高。由此,如何利用新的技术手段设计更安全、便捷、可靠的安全防卫系统,提高居民生活质量,已经成为智能安防领域关注的焦点。其中,门锁作为智能安防系统中的首道关卡,是整个安防系统的重中之重。传统门锁系统的身份验证方式有:钥匙、密码、磁卡等,然而这些验证手段都与用户具有可分离性,容易被复制、破译和盗用,已不能完全满足现代安防理念。现今,人体生物特征如指纹、面部、虹膜等因其具有唯一性,不变性和不可分离的特性,已经被广泛利用在智能安防领域。因此设计针对安全防卫的智能门锁识别系统,对社会的发展有重要的经济价值与实用意义。
技术实现思路
当今社会,基于生物识别技术的智能安防设备越来越受欢迎,由于生物识别技术具有的唯一性、不变性和不可分离等特点,是其它技术所缺乏的重要特征。而面部识别也是其中被广泛研究的话题之一。近年来基于面部识别的智能门锁系统也开始升温,但由于其市场价格十分昂贵,识别成功率受环境、光照等因素影响比较大,所以推广起来还非常困难,相比其它安防系统,其市场占有率稍低,但发展空间巨大。本专利技术通过以下技术方案实现:采用ARMCortex-M3嵌入式芯片设计,降低硬件成和运行功耗,提升硬件的性能。同时基于MATLAB图像处理平台,提出了改进的2DPCA面部识别算法,在样本训练阶段,分别对每一类人物构建不同的特征子空间,而在面部图像识别阶段,则将待识别图像分别投影到每一类人的特征子空间中进行匹配,寻找最大匹配度来确定待识别人物的归属。同时采用基于肤色特征算法定位面部信息,减低环境背景影响,提高面部识别率。在面部识别的基础上,利用设备对门外的人物进行识别与分析,然后与可以通行的人物照片进行比对,然后判断是否一致,再确定是否开锁允许进入。一种基于面部识别的电子门锁系统,包括stm32主控模块、摄像头、串口通讯模块、人体红外感应模块、存储模块、电控锁驱动模块、显示模块、声光提示模块、电源转换模块、电源开关、遥控接收模块、声光报警模块,摄像头和电机驱动模块,其特征在于,门锁系统工作时由其他模块传递信息给主控模块,经主控模块处理后反馈给各个模块,并执行相应工作。此硬件系统具有与较强的适应性和移植特性,不需要改变硬件系统,即可进行不同环境的移植,只需要修改软件参数即可扩展成为不同环境下的门锁系统。优选地,所述硬件系统中,由摄像头模块、串口模块、人体红外感应模块、TFT-LCD模块等传递信息给主控模块,经主控模块处理后反馈给各个模块,并执行相应工作。优选地,所述硬件系统包括电控锁驱动模块、TFT-LCD显示模块、声光提示模块、DC电源转换模块、摄像头模块、CH340G串口通信模块、人体红外感应模块和SD卡存储模块等9大硬件模块组成。优选地,所述软件系统程序部分主要分为两大块,MATLAB程序设计和STM32主控程序设计。优选地,所述MATLAB程序设计,可分为串口通信、面部检测、面部匹配、用户数据库管理等四大块,使上位机基于MATLAB软件,设计出面部识别智能门锁系统的监控软件,监控程序界面简洁清晰,用户只需要点击程序界面中几个按钮就可以实现系统的实时监控,并与下位机STM32构成完整的面部识别智能门锁系统。优选地,所述STM32主控程序设计,其与硬件系统各个硬件模块相对应,包括面部定位摄像头程序、电机锁驱动模块程序、TFTLCD显示模块驱动程序、SD卡存储模块程序、人体红外检测程序、CH340通信模块程序以及低功耗模式程序等等。本专利技术的工作原理是:各个子模块工作均受到主控模块的调控,而且模块之间相互协调工作。首先通过人体红外感应模块,实时检测是否有人靠近门锁系统,如果检测到人体信号,则激活处于待机状态下的主控芯片,然后OV7670定位摄像头模块完成初始化,准备获取面部图像,利用TFT-LCD液晶显示屏辅助,实时显示面部图像位置,方便用户定位,便于头像获取。同时伴随TFT-LCD显示屏中文提示,提醒用户当前执行任务情况,每次激活面部识别门锁系统后均有3次识别机会,如果三次识别均失败,则系统会制动进入待机状态,等待下一次人体红外感应模块重新获取触发信号,电机锁驱动模块主要接收来自STM32主控的指令,执行开门和关门程序,声光提示模块则配合电机锁驱动模块,执行相应指令,起到提醒用户作用,USB高清摄像头是面部图像获取主摄像头,拍摄面部头片后传送到PC端的MATLAB程序进行面部识别,SD存储模块会实时存储每次识别获取到的图片,以便保留证据,方便随时查看记录。本专利技术与现有技术相比,具有以下的有益效果:1、根据系统分析设计目标,完成基于ARMCortex-M3主控的硬件系统设计,执行面部定位、TFT-LCD智能提示,以及开关锁功能。2、基于MATLAB图像处理平台设计的智能监控软件,完成基于肤色特征面部检测以及基于改进的2DPCA面部识别算法,同时还能对用户数据库进行实时管理,查看监控记录。3、良好的人机交互界面设计,通过学习MATLAB的GUI设计,完成监控系统软件界面的设计,包括优化按钮、简化操作顺序、优化显示框等。4、硬件系统低功耗模式,仅当人体红外感应被触发后,系统才会被激活,三次识别失败后,系统自动进入低功耗待机模式,具有10秒无应答自动进入待机模式等低功耗设置。附图说明图1为硬件系统的总体组成框架。图2为系统硬件连接图。图3为基于面部识别的智能门锁系统监控软件的总体程序流程图。图4基于面部识别的智能门锁系统监控软件界面图。图5门锁系统运行图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述,但本专利技术的实施方式不限于此。实施例参见图1、2,硬件系统的总体组成框架和系统硬件连接图,STM32单片机增强型系列产品中的STM32F103ZET6,它是基于ARMCortex-M3核心的32位微型CPU,处理频率72MHz,具有高达64KBSRAM和512KBFLASH,丰富的定时器资源,包括2个高级定时器、4个通用定时器、2个基本定时器,通信接口包括有5个串口、1个USB接口、3个SPI接口、2个IIC接口,此外5还有1个12位DAC、3个12位ADC、1个FSMC接口等,芯片共144引脚,其中112个通用IO口,采用LQFP-144封装结构。电控锁驱动模块采用TB6612FNG直流电机驱动芯片,它的MOSFET-H桥结构有大电流驱动能力,且具有双通道输出,可以通过PWM同时驱动两路直流电机。每个通道最高输出1.2A连续驱动电流,可控制直流电机正转/反转/停止/制动,最高支持100kHZ的PWM频率,具有片内低压检测与热停机保护电路,工作温度:-20~85℃,采用SSOP24贴片封装。液晶显示屏是采用ALIENTEK的2.8寸TFT-LCD,该液晶屏自带LCD驱动芯片IL9320,5V电源供电,工作电流130mA~350mA,分辨率达320*240以及16位真彩色显示。因此采用该显示屏功耗较低,满足本设计需求。本设计中采用了双摄像头采集数据,其中面部定位摄像头采用ALIENTEKOV7670摄像头模块,面部获取摄像本文档来自技高网...
一种基于面部识别的智能电子门锁系统

【技术保护点】
一种基于面部识别的电子门锁系统,包括stm32主控模块、摄像头、串口通讯模块、人体红外感应模块、存储模块、电控锁驱动模块、显示模块、声光提示模块、电源转换模块、电源开关、遥控接收模块、声光报警模块,摄像头和电机驱动模块,其特征在于,门锁系统工作时由摄像头模块、串口模块、人体红外感应模块、TFT‑LCD模块等传递信息给主控模块,经主控模块处理后反馈给各个模块,并执行相应工作,此系统具有与较强的适应性和移植特性,不需要改变硬件系统,即可进行不同环境的移植,只需要修改软件参数即可扩展成为不同环境下的门锁系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于面部识别的电子门锁系统,包括stm32主控模块、摄像头、串口通讯模块、人体红外感应模块、存储模块、电控锁驱动模块、显示模块、声光提示模块、电源转换模块、电源开关、遥控接收模块、声光报警模块,摄像头和电机驱动模块,其特征在于,门锁系统工作时由摄像头模块、串口模块、人体红外感应模块、TFT-LCD模块等传递信息给主控模块,经主控模块处理后反馈给各个模块,并执行相应工作,此系统具有与较强的适应性和移植特性,不需要改变硬件系统,即可进行不同环境的移植,只需要修改软件参数即可扩展成为不同环境下的门锁系统。2.根据权利要求1所述的基于面部识别的电子门锁系统,其特征在于,使用以内核ARMCortex-M3为架构的STM32F103ZET6芯片,和嵌入式芯片相比,其执行代码效率更高,支持外部存储器的扩展,支持低功耗模式等优点。3.根据权利要求2所述的基于面部识别的电子门锁系统,其特征在于,本系统选用的是电控阳锁,因为本门锁系统涉及大量硬件模块和外围设备,需要统一集成到门锁内,采用电控阳锁方案进行设计,避免了布线、安装工序的繁琐,可移植性更强,嵌入式系统完全集成到门锁内,用户安装时只需要更换原本的锁体即可。4.根据权利要求1所述的基于面部识别的电子门锁系统,其特征在于,此系统采用了双摄像头采集数据,其中面部定位摄像头采用ALIEN...

【专利技术属性】
技术研发人员:熊俊涛麦志恒何志良陈泽钦蔡任刘振林睿卜榕彬
申请(专利权)人:华南农业大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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