發(fā)布時(shí)間：2022-04-20所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：本文提出一種基于人臉識別的智能儲物柜控制系統(tǒng)模型。本設(shè)計(jì)是使用 ORL 人臉庫，實(shí)現(xiàn)了人臉的檢測定位，對人臉圖像進(jìn)行了灰度處理并輔助均衡化處理。結(jié)合當(dāng)前儲物柜發(fā)展的趨勢，研發(fā)一套覆蓋社會幾乎所有場合的智能儲物柜系統(tǒng)，該系統(tǒng)由面部識別系統(tǒng)與人機(jī)交互系
摘要：本文提出一種基于人臉識別的智能儲物柜控制系統(tǒng)模型。本設(shè)計(jì)是使用 ORL 人臉庫，實(shí)現(xiàn)了人臉的檢測定位，對人臉圖像進(jìn)行了灰度處理并輔助均衡化處理。結(jié)合當(dāng)前儲物柜發(fā)展的趨勢，研發(fā)一套覆蓋社會幾乎所有場合的智能儲物柜系統(tǒng)，該系統(tǒng)由面部識別系統(tǒng)與人機(jī)交互系統(tǒng)構(gòu)成，面部識別系統(tǒng)主要由主控系統(tǒng)操作控制，人機(jī)交互系統(tǒng)主要由主機(jī)控制系統(tǒng)和從機(jī)控制系統(tǒng)以及若干驅(qū)動模塊組成。
關(guān)鍵詞：人臉識別 儲物柜 ORL 人臉庫 人機(jī)交互
目前儲物柜的應(yīng)用非常廣泛，逛商城超市前存?zhèn)�包，去酒吧玩樂前放下隨身物品，去健身房運(yùn)動前寄存一下替換衣服雜物等都離不開儲物柜。目前常用的儲物柜系統(tǒng)有機(jī)械式儲物柜系統(tǒng)和電子式儲物柜系統(tǒng)兩種。機(jī)械式儲物柜系統(tǒng) , 采用非常傳統(tǒng)的機(jī)械鎖的結(jié)構(gòu) , 使用者通過使用相應(yīng)的鑰匙實(shí)現(xiàn)儲物柜的開關(guān) ,該系統(tǒng)安全性差 , 管理不便 , 因此逐漸被電子式儲物柜代替。人臉識別智能儲物柜，采用人臉存取的模式的話完全可以節(jié)省很多的成本，相比指紋識別解鎖、條形碼解鎖、刷卡識別解鎖、鑰匙解鎖、避免了材料的浪費(fèi)，同時(shí)大大提高了人們儲物的便捷性。本文提出了一種基于刷臉識別的智能電子儲物柜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，消除目前電子式儲物柜存在的缺點(diǎn)，在安全性、信息化程度、成本控制、簡便性及維護(hù)性都有很大的提升。
人臉識別
1 人臉檢測識別的過程
(1)選擇使用的人臉識別庫。
(2)均值濾波去噪模塊：將被噪聲干擾的模糊圖片進(jìn)行處理，確保得到一個(gè)清晰的圖像。
(3)檢測圖像中是否存在人臉的模塊：通過膚色模型分析法來確定圖像中是否存在人臉圖像。
(4)人臉檢測定位模塊：將人臉位置在圖像中標(biāo)注出來。
(5)特征提取模塊：研究了基于幾何特征的人臉提取和基于統(tǒng)計(jì)特征的提取后，本設(shè)計(jì)采用了第二種提取方法。
(6)人臉識別模塊：通過支撐向量機(jī)將提取出來的特征信息轉(zhuǎn)化為一維向量，在和人臉庫中的圖片信息做對比。
仿真驗(yàn)證：通過 Matlab 仿真并輸出識別結(jié)果。
人機(jī)交互系統(tǒng)
2 人臉識別儲物柜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本文人臉識別儲物柜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是利用主控機(jī)對各個(gè)模塊的一個(gè)整體硬件上的控制，它是系統(tǒng)的終端，通過控制攝像頭來處理面部信息，通過紅外對管來檢測柜子的存儲狀態(tài)，通過電磁鎖來控制每個(gè)柜門的開關(guān)。該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖 2.1 所示。
硬件部分
2.1 主控芯片
主控芯片采用 STM32F103x8B 芯片(在實(shí)現(xiàn)人臉識別時(shí)可通過連接計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)的 Matlab 軟件對人臉進(jìn)行處理)。 STM32F103x8B 芯片屬于中低端 ARM 微控制器，該芯片是意法半導(dǎo)體(ST)公司出品，其內(nèi)核是 Cortex-M3。它由 32 位基于 ARM 核心的帶 64K 或 128K 字節(jié)閃存的微控制器、CPU、 CAN、7 個(gè)定時(shí)器、2 個(gè) ADC、9 個(gè)通信接口構(gòu)成，此款單片機(jī)功能強(qiáng)大、讀寫速度快、功耗較低。
2.2 從控芯片
系統(tǒng)采用集中管理，分布式控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過與人機(jī)交互系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場儲物柜的集中管理，并且需要實(shí)時(shí)將儲物柜的存儲狀態(tài)反饋給主機(jī)單片機(jī)。主控單片機(jī)通過 RS485 接口實(shí)現(xiàn)對多個(gè)箱柜的連接，RS485 通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)主從通信方式，它通過一個(gè)主機(jī)帶動多個(gè)從機(jī)，具有傳輸速率快、抗干擾性好、傳輸距離長等優(yōu)點(diǎn)。從控芯片 MSP430F149 是德州公司新開發(fā)的一類具有 16 位總線的帶 FLASH 的單片機(jī) , 由于其性價(jià)比和集成度高 , 受到廣大技術(shù)開發(fā)人員的青睞 .它采用 16 位的總線 , 外設(shè)和內(nèi)存統(tǒng)一編址 ,尋址范圍可達(dá) 64K, 還可以外擴(kuò)展存儲器 . 具有統(tǒng)一的中斷管理 , 具有豐富的片上外圍模塊 ,片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個(gè) 16 位定時(shí)器、一個(gè) 14 路的 12 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)看門狗、 6 路 P 口、兩路 USART 通信端口、一個(gè)比較器、一個(gè) DC 內(nèi)部振蕩器和兩個(gè)外部時(shí)鐘 ,支持 8M 的時(shí)鐘 .由于為 FLASH 型 , 則可以在線對單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試和下載 , 且 JTAG 口直接和 FET(FLASH EMULATION TOOL) 的相連 , 不須另外的仿真工具 , 方便實(shí)用,而且,可以在超低功耗模式下工作,對環(huán)境和人體的輻射小, 測量結(jié)果為 100mw 左右的功耗 ( 電流為 14mA 左右 ),可靠性能好 , 加強(qiáng)電干擾運(yùn)行不受影響 [8]。具有性價(jià)比高、抗干擾性強(qiáng)，耗能低的優(yōu)點(diǎn)。
2.3 其他模塊
柜門通過電磁鎖控制開關(guān)，電磁鎖具有能耗低，綠色節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。攝像頭采用數(shù)字?jǐn)z像頭，連接單片機(jī)，通過單片機(jī)連接的電腦對圖像信息進(jìn)行識別處理。TFDLCD 液晶屏與鍵盤進(jìn)行操作控制，TFT 式顯示器具有高響應(yīng)度、高亮度、高對比度等優(yōu)點(diǎn)，其顯示效果接近 CRT 式顯示器。LED 燈實(shí)現(xiàn)信息提示，通過紅外對管來檢測儲物柜存儲狀態(tài)。
軟件部分
2.4 存取操作流程
通過鍵盤輸入模塊實(shí)現(xiàn)存 / 取操作命令的鍵入 ,并通過掃臉模塊獲取存 / 取人員的面部信息并反饋給主機(jī)單片機(jī) ,當(dāng)符合存取操作要求時(shí)，控制儲物柜打開 ;LCD 顯示模塊的功能是顯示儲物柜的當(dāng)前狀態(tài)及其他相關(guān)操作信息 . 其軟件設(shè)計(jì)存取操作流程如圖 2.2 所示 :
2.5 人臉識別儲物箱的軟件流程圖
3 結(jié)語
本文設(shè)計(jì)的基于面部識別的智能儲物柜安全性高、節(jié)約成本、高效管理、高壽命。人臉識別的人臉特征以人臉作為載體，很難復(fù)制，防盜防遺失，存物安全性較高。人臉識別儲物柜可播放定制商戶廣告或顯示銷售海報(bào)等，讓顧客在儲物時(shí)輕松了解到相關(guān)營銷信息;還可增加媒體設(shè)備充電功能，讓顧客不用擔(dān)心手機(jī)沒電的狀況。通過人臉登記識別過程，無耗材、安全易維護(hù)。功能拓展性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)人臉識別 + 卡、人臉識別 + 密碼功能。
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目前人臉識別系統(tǒng)依然存在許多不足，人臉識別最大的不足就是人臉的外形很不穩(wěn)定，人可以通過臉部的變化產(chǎn)生很多表情，而在不同觀察角度，人臉的視覺圖像也相差很大。另外，人臉識別還受光照條件(例如白天和夜晚，室內(nèi)和室外等)、人臉的很多遮蓋物(例如口罩、墨鏡、頭發(fā)、胡須等)、年齡等多方面因素的影響。我相信這些缺點(diǎn)在不久的將來都是會被逐一解決的。——論文作者：劉聰 劉延春 劉東華 魏煥兵 陳明志
參考文獻(xiàn)
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