嵌入式人脸识别门禁系统设计与实现
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灰 度 尽 可 能地 匹 配 。不 能 损坏 图像 的 轮 廓及 边 缘
1 ) 8 1 位A 1 路 0 DC和触摸屏 接 口
1 )摄 像 头 接 口 ( 持 最 大 4 9 x 0 6 2 支 0 6 4 9 的输 入 ,2 4 x 0 8 放输 入 ) 082 4缩
作为 一 个基 于GNU/ iu 的平 台 ,Ub nu Ln x u t 在
0 引言
信 息 技 术 的 迅 猛 发 展 给 生 活 带 来 便 利 的 同
案 的总体 结构设 计 图如 图 1 示 。 所
/——— ——— ———— 、
时 ,也 给 安 全 防 范 系统 提 出来 越 来 越 高 的 要 求 。
传统 的 门锁 、 防 盗 门 、 监控 报 警 系 统 等 总 是存 在
、 l
定 时 器
. 化 8
21 图像采 集及预 处理 .
通 过 US B接 口的摄 像 头 采 集 过 数 据 后 ,采 用 最 基 本 的 图像 增 强手 段 对 图 像进 行 处 理 。图像 增 强就 是 用 一 系 列手 段 对 取 得 的 图像 灰 度 作 修正 , 或 者 对 噪 声作 过 滤 ,使 得 图像 灰 度 与 实 际景 物 的
朱 冰 ,朱 敏
ZHU Big‘. n 一 ZHU M i n。
摘
(. 1 华东师范大学 上 海,2 0 6 ;2 鹤壁职业技术学 院,鹤壁 4 8 3 ) 002 . 5 0 0 要: 本文设计并实现 了一套基于人脸识别的嵌入式门禁系统。该系统采用¥ 0 4 0 芯片和U ut 3 24A b nu 操作 系统平 台 ,通过对 图像 的采集和 处理 ,实现 系统的多功 能控制 。核 心部分是 对人脸进行 自动检测识别 ,进113 5"禁控制 ,提高了家居的安全性。
识 别 , 完成 门禁 控 制 。首 先 从 静 态 图片 或 动 态 图 像 中 找到 人 脸 , 然 后确 定 各 特 征 点 的位 置 并 进 行
特 征提 取 ,最 后将 人 脸 与 数 据 库 中所 有 的 人 脸进 行 比对 ,并 按 照fsefc 决 策 规 则对 该 人 脸进 行 i h ra e
大4 色 S N和2 6 色T T) K T 5K F
4 4 拥 有外部 请求 引脚 的DMA 制器 ) 路 控 5 I )I C总线接 口 ( 多主 支持 ) 6 I 音频 编解 码器 接 口 ) I S 7 C 9 编 解 码器接 口 )A 、7
核 的¥ C 4 0 3 2 4 A芯 片 。开 发 方案 中操 作 系统 采 用 目 前最 新 、最 稳定 的 自由软 件嵌 入 式L n x 作 系 统 iu 操 Ub nu u t 。前端 的 A M板 实 现这 两 项 功能 。最 后 , R 将 人 脸 图 片 传入 后 台数 据 库 进 行 人 脸 识 别 ,并 反
大量 从 D b a 发 行 版 精 挑 细选 的软 件 包 , 同 时保 e in 留 了D ba e in强大 的软 件 包 管理 系统 ,以便 简 易 的 安装 或 彻 底 的删 除 程 序 。注重 安全 性 和 实 用性 。 本 系统 采 用 版 本 号 为 Ub n u 8 1 。 它 具 有 虚 拟 u t .0 化 、完 整的Jv 堆栈 、增 强 的邮件服 务器 能力 、改 aa
访 问 申请 ,如果 房 中有 人 则 由房 内人 员 控 制打 开 大 门 ;如 果无 人 应 答 ,系统 提 示 房 中无 人 , 同时 采 集 来 人 照片 ,通 过 邮件 自动 发 送 功 能 , 向指 定
次 ,对检 测到 的人脸进 行特 征提取 。
23 人脸 识别设 计 与实现 .
索 定 位 ;其 次 ,对 人脸 区域 几何 归 一化 处 理 ,再
据 图 像 的亮 度 , 判断 是 否 需 要 调 节光 线 ,图 像处
理 后进 行 自动人 脸检 测识 别 , 如 果不 是 没 有 找 到
匹配 图像 ,程 序 返 回到 摄像 头 监 控 状 态 , 如 果找 到 ,开 启 楼 门 ; 如果 没 有移 动物 体 ,继 续监 控 。 若 是 来 访 者 , 则可 以通 过 系统 的其 他 方 式 ,提 出
De in 础 之上 , 旨在 创 建 一 个 可 以为 桌 面 和服 ba 基
务器 提供 一 个最 新且 一贯 的L n x iu 系统 。它囊 括 了
等 重 要 信 息 ,并 使 得 图 像 更 清 晰 ,视 觉 效 果 更
好 。为 了减 少 光 线 、 角 度 等 因素 的 影 响 ,采 用 中 值 滤波和 直方 图均 衡化方法 。
进 的R D 持 、Un o l ae i wal 火墙 更 AI 支 c mpi tdFr l c e 防
22 人脸 检测定 位 . 人 脸检 测是 指 对 于 任 意 一 幅给 定 的静 态 图 像 或 视频 序 列 图 像 ,采用 一 定 的 策 略 和方 法 对其 进
行 搜 索 以确 定 其 中 是 否 含 有 人 脸 , 如 果 有 则 返 回 人 脸 的位 置 、大 小 和姿 态 。从 图像 序列 中 , 自 动 、准 确 和 快 速地 检 测人 脸 区域 是实 现 系统 功 能 的一项 关键 任务 。
. ,
CM / O j网卡
. . . . . . . . .
_ J 1......._ 一 . ....... . ...... .
JI
别 技 术 中 最为 直 观 的 一 种 识 别 方法 ,具 有 友 好 、 隐 蔽 、 简便 、准 确 、经 济 及 扩展 性 良好 等 其 他 识
卜 — —— — — ~ — —— — —
l服 I 务器 J I
着 携 带 不 便 、 易 遗 失 损 坏 、 密 码 易 被 破 解 等 问 题 。于 是 ,运 用 生 物 特 征 识 别 技 术 的 智 能 门禁 系
统 就 应运 而 生 。其 中 ,人 脸 识 别作 为 生物 特 征 识
目前 ,人 脸 检 测 有两 大 类方 法 : 类 是基 于知 一
识 的人 脸 检 测 方法 ,一 类 是基 于 统 计 学 习的人 脸 检 测方法 。统计 学 习的方法是 目前人 脸检 测的主流 方法 ,通 过大量 的人脸 和非人 脸样 本进行训 练 ,得 到人 脸 图像 和非人 脸图像之 间一 些细微 的差异 。 对 于 门禁 系统 而 言 ,人 脸 检 测 目标 区域 背 景 相 对 比 较 简单 ,人 脸数 量 和大 小 可 以 控 制 ,大 大 降 低 了人 脸 检 测 的 难 度 。 首 先 , 对 人 脸 特 征 搜
加 简单 、捆 绑L n sa e 户端 等优 势 。 ad cp 客
13 软 件流程 设计 .
AR 内 核 和 Ub n u M u t 系统 的选 择 为 系统 功 能
的 实 现提 供 了基 础 ,系统 软 件 则 完 成 系统 功 能 的
控 制 。 系统 软 件 的设 计 流 程 如 下 ,首 先 摄 像 头 进 行 监控 ,如 果 门前 有移 动 物 体 ,进 行 拍 照 ,并 依
判别分 类 。
根 据 输 入 图 像 的性 质 ,人 脸 检 测 识 别 方法 分
法 。本 系统采 用 . 于 结 构化 f h ra e 基 i efc 的人 脸 识 别 s
方 法 。它 应用 了P A与L A的人 脸 识 别 过程 ,先 C D 由P A对 高 维 数 据 进 行 降维 处 理 ,获 得原 样 本 的 C
人 脸 识 别 是 一 种 高 维数 、小 样 本 数 据 的 识 别
邮 箱发送 邮件 ,并 记 下来访 记录 。
2 人脸识别模块设计及实现
本 系统 最 关 键 的 实现 技 术就 是 通 过 进 行 人 脸
问题 。对 于 该 类 问题 ,其 难 点 在于 训 练 样 本 的数
量很 少 ,而 以训 练样 本 的协 方 差矩 阵作 为 模 式 协 方 差矩 阵 的 估 计 时 ,会 产 生 以 下两 方面 问题 , 一 个 是 会 造 成 较 大 的偏 差 ,另 一个 是 会 使 类 内协 方 差 矩阵 奇异 。 为 了解 决 类 内协 方差 矩 阵 奇 异 使 得 该矩 阵不 可 逆 的 问 题 , 国 内 外 专 家 们 提 出 了许 多经 典 算
节约成 本 、提 高稳 定性 有极 大地 作用 。
1 开发 方案与设计
11 总体结构 设 计 . 根 据 嵌 入 式技 术 与 人 脸 识别 技 术 的特 点 及 其
在 门禁 系统 的 应用 构 思 , 系统 确 定 了嵌 入 式人 脸 本
1 内核及操作系统选择 . 2 ¥ C24 A采 用AR 2 T内核 ,集成 如下片 上 3 40 M9 0
8 . D主 接 口,兼容 21版MMC 口 )1 版S 0 .l 接
9 路U B )2 S 主机 控 制/路US 期 间控制(e11 1 B vr . ) 1 )4 P 0 路 WM 定 时器 /路 内部 定 时器 / 门狗 1 看
馈 识 别 响 应信 息 。人 脸 识 别 的 核 心 部分 ,如 从 数
参l
匐 化
嵌入式人脸识别 门禁系统设计与实现
De gn and r al a i f an em be si e i t on o z dded acc s con r y t es t ol s em of hu an f s m ace r cognii e t on
功能:
1 1 V内核 , 18 25 33 ) . 2 .V/.V/.V储存 器 ,33 .V 扩展I / O,1 KB ̄令 C c e (— c e 1 K 6 ah I Cah )/6 B数 据
Ca h ( Ca h c e D— c e)
识 别 门 禁 系统 的人 脸 识 别 子 系统 的设 计 及 实 现 , 进 行 图像 采集 、嵌 入 式 处理 和识 别 响应 三 部 分 来
研 究 。 首先 ,通 过 摄 像 头 采 集 图像 信 息 ;其 次 , 从CP U处 理 速 度 、 技 术 指标 以及 软 件 支 持 工 具 等
方面 进 行选 型 ,采 用三 星 公 司 的基于 A RM9 0 2 T内
2 )外 部储 存 控 制 器 ( DR S AM控 制 盒 片选 逻 辑) 3 )集成L D专用DMA的L D 制器 ( 持最 C C 控 支
别技 术 不 可 比拟 的 优势 。基 于AR M技 术 的嵌 入 式 系统 以应用 为 中心 , 硬 件可 裁剪 , 合应 用 系统 对 软 符 功 能 、可 靠 性 、成 本 、 体 积 、功 耗 严 格 要 求 , 对
¥ C 4 0芯 片 3 24
图 1方 案 总 体 结 构 设 计 图
文献标识码 :A 文章编号 :1 0 - 1 4 2 1 ) 1 下) 0 9 3 9 0 ( 0 1 ( 一0 3—0 0 3 o
关键词 :门禁系统 ;人脸识别 ;嵌入式 ;A M;U u t R b nu 中图分类号 :T 1 6 H 6
Do : . 9 9 J i n 1 0 - 1 4 2 1 . 1 下 ) 1 i 1 3 6 / . s . 0 9 0 . 0 0 1 ( . 5 0 s 3
据Fra Baidu bibliotek图片 的 检 索 、识 别 等 均 在 后 台 完 成 。其 开 发 方
收稿日期:2 1- 9 0 0 0 0 -2 作者简介 :朱冰 ( 9 9 )男,软件设计师 ,硕士研究生 ,研究方向为嵌入式系统与图像处理 。 17 一
第3 卷 2
第1期 1
2 1—1 ( ) 【 9 00 1下 3】
1 ) 8 1 位A 1 路 0 DC和触摸屏 接 口
1 )摄 像 头 接 口 ( 持 最 大 4 9 x 0 6 2 支 0 6 4 9 的输 入 ,2 4 x 0 8 放输 入 ) 082 4缩
作为 一 个基 于GNU/ iu 的平 台 ,Ub nu Ln x u t 在
0 引言
信 息 技 术 的 迅 猛 发 展 给 生 活 带 来 便 利 的 同
案 的总体 结构设 计 图如 图 1 示 。 所
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时 ,也 给 安 全 防 范 系统 提 出来 越 来 越 高 的 要 求 。
传统 的 门锁 、 防 盗 门 、 监控 报 警 系 统 等 总 是存 在
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21 图像采 集及预 处理 .
通 过 US B接 口的摄 像 头 采 集 过 数 据 后 ,采 用 最 基 本 的 图像 增 强手 段 对 图 像进 行 处 理 。图像 增 强就 是 用 一 系 列手 段 对 取 得 的 图像 灰 度 作 修正 , 或 者 对 噪 声作 过 滤 ,使 得 图像 灰 度 与 实 际景 物 的
朱 冰 ,朱 敏
ZHU Big‘. n 一 ZHU M i n。
摘
(. 1 华东师范大学 上 海,2 0 6 ;2 鹤壁职业技术学 院,鹤壁 4 8 3 ) 002 . 5 0 0 要: 本文设计并实现 了一套基于人脸识别的嵌入式门禁系统。该系统采用¥ 0 4 0 芯片和U ut 3 24A b nu 操作 系统平 台 ,通过对 图像 的采集和 处理 ,实现 系统的多功 能控制 。核 心部分是 对人脸进行 自动检测识别 ,进113 5"禁控制 ,提高了家居的安全性。
识 别 , 完成 门禁 控 制 。首 先 从 静 态 图片 或 动 态 图 像 中 找到 人 脸 , 然 后确 定 各 特 征 点 的位 置 并 进 行
特 征提 取 ,最 后将 人 脸 与 数 据 库 中所 有 的 人 脸进 行 比对 ,并 按 照fsefc 决 策 规 则对 该 人 脸进 行 i h ra e
大4 色 S N和2 6 色T T) K T 5K F
4 4 拥 有外部 请求 引脚 的DMA 制器 ) 路 控 5 I )I C总线接 口 ( 多主 支持 ) 6 I 音频 编解 码器 接 口 ) I S 7 C 9 编 解 码器接 口 )A 、7
核 的¥ C 4 0 3 2 4 A芯 片 。开 发 方案 中操 作 系统 采 用 目 前最 新 、最 稳定 的 自由软 件嵌 入 式L n x 作 系 统 iu 操 Ub nu u t 。前端 的 A M板 实 现这 两 项 功能 。最 后 , R 将 人 脸 图 片 传入 后 台数 据 库 进 行 人 脸 识 别 ,并 反
大量 从 D b a 发 行 版 精 挑 细选 的软 件 包 , 同 时保 e in 留 了D ba e in强大 的软 件 包 管理 系统 ,以便 简 易 的 安装 或 彻 底 的删 除 程 序 。注重 安全 性 和 实 用性 。 本 系统 采 用 版 本 号 为 Ub n u 8 1 。 它 具 有 虚 拟 u t .0 化 、完 整的Jv 堆栈 、增 强 的邮件服 务器 能力 、改 aa
访 问 申请 ,如果 房 中有 人 则 由房 内人 员 控 制打 开 大 门 ;如 果无 人 应 答 ,系统 提 示 房 中无 人 , 同时 采 集 来 人 照片 ,通 过 邮件 自动 发 送 功 能 , 向指 定
次 ,对检 测到 的人脸进 行特 征提取 。
23 人脸 识别设 计 与实现 .
索 定 位 ;其 次 ,对 人脸 区域 几何 归 一化 处 理 ,再
据 图 像 的亮 度 , 判断 是 否 需 要 调 节光 线 ,图 像处
理 后进 行 自动人 脸检 测识 别 , 如 果不 是 没 有 找 到
匹配 图像 ,程 序 返 回到 摄像 头 监 控 状 态 , 如 果找 到 ,开 启 楼 门 ; 如果 没 有移 动物 体 ,继 续监 控 。 若 是 来 访 者 , 则可 以通 过 系统 的其 他 方 式 ,提 出
De in 础 之上 , 旨在 创 建 一 个 可 以为 桌 面 和服 ba 基
务器 提供 一 个最 新且 一贯 的L n x iu 系统 。它囊 括 了
等 重 要 信 息 ,并 使 得 图 像 更 清 晰 ,视 觉 效 果 更
好 。为 了减 少 光 线 、 角 度 等 因素 的 影 响 ,采 用 中 值 滤波和 直方 图均 衡化方法 。
进 的R D 持 、Un o l ae i wal 火墙 更 AI 支 c mpi tdFr l c e 防
22 人脸 检测定 位 . 人 脸检 测是 指 对 于 任 意 一 幅给 定 的静 态 图 像 或 视频 序 列 图 像 ,采用 一 定 的 策 略 和方 法 对其 进
行 搜 索 以确 定 其 中 是 否 含 有 人 脸 , 如 果 有 则 返 回 人 脸 的位 置 、大 小 和姿 态 。从 图像 序列 中 , 自 动 、准 确 和 快 速地 检 测人 脸 区域 是实 现 系统 功 能 的一项 关键 任务 。
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别 技 术 中 最为 直 观 的 一 种 识 别 方法 ,具 有 友 好 、 隐 蔽 、 简便 、准 确 、经 济 及 扩展 性 良好 等 其 他 识
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着 携 带 不 便 、 易 遗 失 损 坏 、 密 码 易 被 破 解 等 问 题 。于 是 ,运 用 生 物 特 征 识 别 技 术 的 智 能 门禁 系
统 就 应运 而 生 。其 中 ,人 脸 识 别作 为 生物 特 征 识
目前 ,人 脸 检 测 有两 大 类方 法 : 类 是基 于知 一
识 的人 脸 检 测 方法 ,一 类 是基 于 统 计 学 习的人 脸 检 测方法 。统计 学 习的方法是 目前人 脸检 测的主流 方法 ,通 过大量 的人脸 和非人 脸样 本进行训 练 ,得 到人 脸 图像 和非人 脸图像之 间一 些细微 的差异 。 对 于 门禁 系统 而 言 ,人 脸 检 测 目标 区域 背 景 相 对 比 较 简单 ,人 脸数 量 和大 小 可 以 控 制 ,大 大 降 低 了人 脸 检 测 的 难 度 。 首 先 , 对 人 脸 特 征 搜
加 简单 、捆 绑L n sa e 户端 等优 势 。 ad cp 客
13 软 件流程 设计 .
AR 内 核 和 Ub n u M u t 系统 的选 择 为 系统 功 能
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根 据 输 入 图 像 的性 质 ,人 脸 检 测 识 别 方法 分
法 。本 系统采 用 . 于 结 构化 f h ra e 基 i efc 的人 脸 识 别 s
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人 脸 识 别 是 一 种 高 维数 、小 样 本 数 据 的 识 别
邮 箱发送 邮件 ,并 记 下来访 记录 。
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本 系统 最 关 键 的 实现 技 术就 是 通 过 进 行 人 脸
问题 。对 于 该 类 问题 ,其 难 点 在于 训 练 样 本 的数
量很 少 ,而 以训 练样 本 的协 方 差矩 阵作 为 模 式 协 方 差矩 阵 的 估 计 时 ,会 产 生 以 下两 方面 问题 , 一 个 是 会 造 成 较 大 的偏 差 ,另 一个 是 会 使 类 内协 方 差 矩阵 奇异 。 为 了解 决 类 内协 方差 矩 阵 奇 异 使 得 该矩 阵不 可 逆 的 问 题 , 国 内 外 专 家 们 提 出 了许 多经 典 算
节约成 本 、提 高稳 定性 有极 大地 作用 。
1 开发 方案与设计
11 总体结构 设 计 . 根 据 嵌 入 式技 术 与 人 脸 识别 技 术 的特 点 及 其
在 门禁 系统 的 应用 构 思 , 系统 确 定 了嵌 入 式人 脸 本
1 内核及操作系统选择 . 2 ¥ C24 A采 用AR 2 T内核 ,集成 如下片 上 3 40 M9 0
8 . D主 接 口,兼容 21版MMC 口 )1 版S 0 .l 接
9 路U B )2 S 主机 控 制/路US 期 间控制(e11 1 B vr . ) 1 )4 P 0 路 WM 定 时器 /路 内部 定 时器 / 门狗 1 看
馈 识 别 响 应信 息 。人 脸 识 别 的 核 心 部分 ,如 从 数
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匐 化
嵌入式人脸识别 门禁系统设计与实现
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功能:
1 1 V内核 , 18 25 33 ) . 2 .V/.V/.V储存 器 ,33 .V 扩展I / O,1 KB ̄令 C c e (— c e 1 K 6 ah I Cah )/6 B数 据
Ca h ( Ca h c e D— c e)
识 别 门 禁 系统 的人 脸 识 别 子 系统 的设 计 及 实 现 , 进 行 图像 采集 、嵌 入 式 处理 和识 别 响应 三 部 分 来
研 究 。 首先 ,通 过 摄 像 头 采 集 图像 信 息 ;其 次 , 从CP U处 理 速 度 、 技 术 指标 以及 软 件 支 持 工 具 等
方面 进 行选 型 ,采 用三 星 公 司 的基于 A RM9 0 2 T内
2 )外 部储 存 控 制 器 ( DR S AM控 制 盒 片选 逻 辑) 3 )集成L D专用DMA的L D 制器 ( 持最 C C 控 支
别技 术 不 可 比拟 的 优势 。基 于AR M技 术 的嵌 入 式 系统 以应用 为 中心 , 硬 件可 裁剪 , 合应 用 系统 对 软 符 功 能 、可 靠 性 、成 本 、 体 积 、功 耗 严 格 要 求 , 对
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图 1方 案 总 体 结 构 设 计 图
文献标识码 :A 文章编号 :1 0 - 1 4 2 1 ) 1 下) 0 9 3 9 0 ( 0 1 ( 一0 3—0 0 3 o
关键词 :门禁系统 ;人脸识别 ;嵌入式 ;A M;U u t R b nu 中图分类号 :T 1 6 H 6
Do : . 9 9 J i n 1 0 - 1 4 2 1 . 1 下 ) 1 i 1 3 6 / . s . 0 9 0 . 0 0 1 ( . 5 0 s 3
据Fra Baidu bibliotek图片 的 检 索 、识 别 等 均 在 后 台 完 成 。其 开 发 方
收稿日期:2 1- 9 0 0 0 0 -2 作者简介 :朱冰 ( 9 9 )男,软件设计师 ,硕士研究生 ,研究方向为嵌入式系统与图像处理 。 17 一
第3 卷 2
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