人脸识别门禁系统的设计【字数：8766】
摘 要随着信息时代的到来，人们越来越重视安全问题，信息安全变得越来越重要，同时信息的识别和检测也显示出前所未有的重要性。传统的门锁只是一种简单的机械装置，钥匙很容易丢失和复制，电磁锁也有类似的问题。目前电子密码锁的用户非常广泛，但电子密码锁也存在密码泄露、破解、遗忘等问题。基于以上原因，本文需要设计出一款小型化、智能化并且便利安全的人脸识别门禁系统。本论文设计了一种通过百度AI云端建立人脸库，并且以ARM芯片为核心的人脸识别系统。系统采用ARM芯片STM32F407作为微控制器完成数据处理功能，并使用OV2640摄像头模块采集人脸图像，通过WIFI将采集到的人脸图像传到云端，与人脸库中人脸进行比较，使用继电器模拟电子锁的人脸识别门禁系统的设计方案，最后对系统性能进行测试，对测试结果进行了分析。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2课题研究发展现状分析 1
1.3课题设计内容及要求 2
第二章 系统总体方案的设计 3
第三章 系统的硬件设计 4
3.1主控模块的设计 4
3.1.1STM32F407芯片的介绍 4
3.1.2电源模块的介绍 5
3.1.3复位电路的介绍 5
3.2摄像头模块的设计 6
3.2.1OV2640摄像头的介绍 6
3.2.2OV2640的驱动方法 7
3.3SDIO WIFI模块的设计 7
3.4继电器模块的设计 8
第四章 人脸库的搭建 10
4.1百度AI开发平台的介绍 10
4.2建立人脸库 10
第五章 系统的软件设计 13
5.1软件设计模块 13
5.1.1人脸识别程序介绍 15
5.1.2WIFI热点程序介绍 16
5.1.3继电器程序介绍 17
5.2系统主程序流程图 17
第六章 系统测试结果与分析 19
6.1硬件实物展示 19
6.2系统的软件测试 19
6.3系统的测试结果 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
6.4本次设计所遇到的问题 21
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 25
附录A 程序代码 25
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
传统的机械门锁只是一种非常普通的机械装置。无论它的材料多么坚固，结构设计多么合理，人们总能用各种方法打开它。而且传统的人工管理门锁管理人员是单一的，没有办法及时开启门锁，并且无法对身份进行一个个的识别，安全系数非常低，对人力资源及时间造成了非常大的浪费，同时也造成了管理过程中经费大量的流失[1]。从那时起，人们发明了密码锁，但传统的密码锁也存在着容易密钥泄露、破解或忘记的问题。这些传统的访问控制系统验证手段与用户本身分离，容易被非法分子盗用和破解，不能完全满足现代社会的安全理念。基于以上种种原因，科研人员加深了对门禁系统的研究使其越来越智能化，目前，我国门禁系统的发展非常迅速。门禁系统已经超越了简单的门道和钥匙管理阶段。逐步发展成为一个完整的门禁管理系统。在工作环境安全、人员考勤管理等行政工作中发挥着非常重要的作用[2]。
现代计算机技术发展迅速，应用广泛。在家里安装监控系统是很常见的。随着计算机视觉和图像处理功能的成熟，我们可以设计一个基于人脸识别的门禁系统。人脸是高度非刚性的，有很多细节反映个体差异[3]。人脸识别是将静态或动态视频检测到的人脸图像与数据库中的人脸图像进行比较，最终找到匹配的人脸的过程[4]。面部识别具有很多的优点,即用户不需要专门的去配合人脸采集装置，并且几乎可以在无意识的状态下就可以获取人脸图像，这样的采样方式没有“强制性”，用户不需要直接接触采集设备就能获取人脸图像，在实际应用场景下，可以进行多个人脸的分类、判断和识别[5]。比如鲁棒人脸识别就经常应用在视频监控中，可以对特定的人进行高效追踪[6]。同时人脸识别技术也常常用于课程考勤系统[7]。
从以上几段可以得出结论：将人脸识别技术与智能门禁系统相结合，在系统结构和技术上进行了一系列的改进和优化，提出了一种更安全、更方便的智能门禁系统解决方案。系统运作流程也可简单化 具体如下所示：在用户到达系统识别区域时，高清摄像头会对其面部进行图像拍摄，之后，图片将会被传输到系统内部，并对其进行人脸检测与识别[8]。
1.2课题研究发展现状分析
人们自身的需求和生物识别技术的日益成熟，为保护人们的隐私和安全创造了源源不断的智能访问控制系统。在一系列基于生物识别技术的门禁系统中，基于人脸识别的智能门禁系统以其友好的用户体验和成熟的技术积累而得到了广泛的认可。人脸识别技术有着悠久的历史。国内外人脸识别的研究和开发过程经历了三个重要阶段：传统的人机交互阶段、机器自动识别的初级阶段和机器自动识别的高级阶段。现在更是出现了大量基于不同软件和硬件的然人脸自动识别系统。
在做本毕设之前，我阅读了几篇关于人脸识别门禁系统的文章，了解到基于不同软件及硬件系统的人脸识别门禁系统。在《基于Android系统的人脸识别门禁系统的设计》这篇文章中，作者采用了人脸识别技术和手机端身份识别的技术，设计了一款基于Android的人脸识别门禁系统，实现了用户在Android手机端对用户进行人脸识别身份验证获取服务器发送的二维码作为开门“软钥匙”，使用获取到的二维码去智能门禁终端进行扫码开门的功能；在人脸识别技术方面，采用了Adaboost人脸检测算法和PCA人脸识别算法，并结合OpenCV实现了门禁系统的人脸识别[9]。这种人脸识别门禁系统的设计对于普通人来讲是比较复杂的。
在《基于ARM9与Linux的人脸识别门禁系统设计》这篇文章中,作者也设计了一款人脸识别门禁系统但这个系统是采用S3C2410芯片为处理器、IP网络摄像头作为视频采集设备；人脸图像识别采用PCA算法，识别输出控制电子锁模块，实现人脸识别门禁系统的智能控制[10]。
随着人脸识别技术一步步成熟和社会认同感的提高，人脸识别系统已经在各个领域得到了广泛的应用，其相关技术对提高工业自动化的智能化水平也起着极其重要的作用，具有十分广阔的市场前景。
1.3课题设计内容及要求
（1）能够实现如下功能：识别人脸信息并判断是否在人脸库中存在，正确则实现开门动作，使用继电器模拟电子锁，人脸识别成功则继电器闭合，人脸识别失败则继电器断开，同时人脸识别成功继电器闭合LED灯会亮，显示人脸识别成功。
（2）合理划分各功能模块，提出了合理的设计方案，并选择合适的模块组件；
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2课题研究发展现状分析 1
1.3课题设计内容及要求 2
第二章 系统总体方案的设计 3
第三章 系统的硬件设计 4
3.1主控模块的设计 4
3.1.1STM32F407芯片的介绍 4
3.1.2电源模块的介绍 5
3.1.3复位电路的介绍 5
3.2摄像头模块的设计 6
3.2.1OV2640摄像头的介绍 6
3.2.2OV2640的驱动方法 7
3.3SDIO WIFI模块的设计 7
3.4继电器模块的设计 8
第四章 人脸库的搭建 10
4.1百度AI开发平台的介绍 10
4.2建立人脸库 10
第五章 系统的软件设计 13
5.1软件设计模块 13
5.1.1人脸识别程序介绍 15
5.1.2WIFI热点程序介绍 16
5.1.3继电器程序介绍 17
5.2系统主程序流程图 17
第六章 系统测试结果与分析 19
6.1硬件实物展示 19
6.2系统的软件测试 19
6.3系统的测试结果 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
6.4本次设计所遇到的问题 21
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 25
附录A 程序代码 25
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
传统的机械门锁只是一种非常普通的机械装置。无论它的材料多么坚固，结构设计多么合理，人们总能用各种方法打开它。而且传统的人工管理门锁管理人员是单一的，没有办法及时开启门锁，并且无法对身份进行一个个的识别，安全系数非常低，对人力资源及时间造成了非常大的浪费，同时也造成了管理过程中经费大量的流失[1]。从那时起，人们发明了密码锁，但传统的密码锁也存在着容易密钥泄露、破解或忘记的问题。这些传统的访问控制系统验证手段与用户本身分离，容易被非法分子盗用和破解，不能完全满足现代社会的安全理念。基于以上种种原因，科研人员加深了对门禁系统的研究使其越来越智能化，目前，我国门禁系统的发展非常迅速。门禁系统已经超越了简单的门道和钥匙管理阶段。逐步发展成为一个完整的门禁管理系统。在工作环境安全、人员考勤管理等行政工作中发挥着非常重要的作用[2]。
现代计算机技术发展迅速，应用广泛。在家里安装监控系统是很常见的。随着计算机视觉和图像处理功能的成熟，我们可以设计一个基于人脸识别的门禁系统。人脸是高度非刚性的，有很多细节反映个体差异[3]。人脸识别是将静态或动态视频检测到的人脸图像与数据库中的人脸图像进行比较，最终找到匹配的人脸的过程[4]。面部识别具有很多的优点,即用户不需要专门的去配合人脸采集装置，并且几乎可以在无意识的状态下就可以获取人脸图像，这样的采样方式没有“强制性”，用户不需要直接接触采集设备就能获取人脸图像，在实际应用场景下，可以进行多个人脸的分类、判断和识别[5]。比如鲁棒人脸识别就经常应用在视频监控中，可以对特定的人进行高效追踪[6]。同时人脸识别技术也常常用于课程考勤系统[7]。
从以上几段可以得出结论：将人脸识别技术与智能门禁系统相结合，在系统结构和技术上进行了一系列的改进和优化，提出了一种更安全、更方便的智能门禁系统解决方案。系统运作流程也可简单化 具体如下所示：在用户到达系统识别区域时，高清摄像头会对其面部进行图像拍摄，之后，图片将会被传输到系统内部，并对其进行人脸检测与识别[8]。
1.2课题研究发展现状分析
人们自身的需求和生物识别技术的日益成熟，为保护人们的隐私和安全创造了源源不断的智能访问控制系统。在一系列基于生物识别技术的门禁系统中，基于人脸识别的智能门禁系统以其友好的用户体验和成熟的技术积累而得到了广泛的认可。人脸识别技术有着悠久的历史。国内外人脸识别的研究和开发过程经历了三个重要阶段：传统的人机交互阶段、机器自动识别的初级阶段和机器自动识别的高级阶段。现在更是出现了大量基于不同软件和硬件的然人脸自动识别系统。
在做本毕设之前，我阅读了几篇关于人脸识别门禁系统的文章，了解到基于不同软件及硬件系统的人脸识别门禁系统。在《基于Android系统的人脸识别门禁系统的设计》这篇文章中，作者采用了人脸识别技术和手机端身份识别的技术，设计了一款基于Android的人脸识别门禁系统，实现了用户在Android手机端对用户进行人脸识别身份验证获取服务器发送的二维码作为开门“软钥匙”，使用获取到的二维码去智能门禁终端进行扫码开门的功能；在人脸识别技术方面，采用了Adaboost人脸检测算法和PCA人脸识别算法，并结合OpenCV实现了门禁系统的人脸识别[9]。这种人脸识别门禁系统的设计对于普通人来讲是比较复杂的。
在《基于ARM9与Linux的人脸识别门禁系统设计》这篇文章中,作者也设计了一款人脸识别门禁系统但这个系统是采用S3C2410芯片为处理器、IP网络摄像头作为视频采集设备；人脸图像识别采用PCA算法，识别输出控制电子锁模块，实现人脸识别门禁系统的智能控制[10]。
随着人脸识别技术一步步成熟和社会认同感的提高，人脸识别系统已经在各个领域得到了广泛的应用，其相关技术对提高工业自动化的智能化水平也起着极其重要的作用，具有十分广阔的市场前景。
1.3课题设计内容及要求
（1）能够实现如下功能：识别人脸信息并判断是否在人脸库中存在，正确则实现开门动作，使用继电器模拟电子锁，人脸识别成功则继电器闭合，人脸识别失败则继电器断开，同时人脸识别成功继电器闭合LED灯会亮，显示人脸识别成功。
（2）合理划分各功能模块，提出了合理的设计方案，并选择合适的模块组件；
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