劉聰 劉延春 劉東華 魏煥兵 陳明志 齊魯理工學(xué)院

目前儲(chǔ)物柜的應(yīng)用非常廣泛，逛商城超市前存?zhèn)€包，去酒吧玩樂(lè)前放下隨身物品，去健身房運(yùn)動(dòng)前寄存一下替換衣服雜物等都離不開儲(chǔ)物柜。目前常用的儲(chǔ)物柜系統(tǒng)有機(jī)械式儲(chǔ)物柜系統(tǒng)和電子式儲(chǔ)物柜系統(tǒng)兩種。機(jī)械式儲(chǔ)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(guò)使用相應(yīng)的鑰匙實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)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(chǔ)物柜代替。人臉識(shí)別智能儲(chǔ)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(shí)別解鎖、條形碼解鎖、刷卡識(shí)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(chǔ)物的便捷性。本文提出了一種基于刷臉識(shí)別的智能電子儲(chǔ)物柜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，消除目前電子式儲(chǔ)物柜存在的缺點(diǎn)，在安全性、信息化程度、成本控制、簡(jiǎn)便性及維護(hù)性都有很大的提升。

人臉識(shí)別

1 人臉檢測(cè)識(shí)別的過(guò)程

(1）選擇使用的人臉識(shí)別庫(kù)。

(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(cè)圖像中是否存在人臉的模塊：通過(guò)膚色模型分析法來(lái)確定圖像中是否存在人臉圖像。

(4）人臉檢測(cè)定位模塊：將人臉位置在圖像中標(biāo)注出來(lái)。

(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(shí)別模塊：通過(guò)支撐向量機(jī)將提取出來(lái)的特征信息轉(zhuǎn)化為一維向量，在和人臉庫(kù)中的圖片信息做對(duì)比。

仿真驗(yàn)證：通過(guò)Matlab仿真并輸出識(shí)別結(jié)果。

人機(jī)交互系統(tǒng)

2 人臉識(shí)別儲(chǔ)物柜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文人臉識(shí)別儲(chǔ)物柜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是利用主控機(jī)對(duì)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(guò)控制攝像頭來(lái)處理面部信息，通過(guò)紅外對(duì)管來(lái)檢測(cè)柜子的存儲(chǔ)狀態(tài)，通過(guò)電磁鎖來(lái)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。

圖2．1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)

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(shí)別時(shí)可通過(guò)連接計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)的Matlab軟件對(duì)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(guò)與人機(jī)交互系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)物柜的集中管理，并且需要實(shí)時(shí)將儲(chǔ)物柜的存儲(chǔ)狀態(tài)反饋給主機(jī)單片機(jī)。主控單片機(jī)通過(guò)RS485接口實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)一個(gè)主機(jī)帶動(dòng)多個(gè)從機(jī)，具有傳輸速率快、抗干擾性好、傳輸距離長(zhǎng)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(chǔ)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(duì)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(duì)環(huán)境和人體的輻射小,測(cè)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(guò)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(guò)單片機(jī)連接的電腦對(duì)圖像信息進(jìn)行識(shí)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(duì)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(guò)紅外對(duì)管來(lái)檢測(cè)儲(chǔ)物柜存儲(chǔ)狀態(tài)。

軟件部分

2.4 存取操作流程

通過(guò)鍵盤輸入模塊實(shí)現(xiàn)存/取操作命令的鍵入,并通過(guò)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(chǔ)物柜打開；LCD顯示模塊的功能是顯示儲(chǔ)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：

圖2．2 存取操作流程圖

2.5 人臉識(shí)別儲(chǔ)物箱的軟件流程圖

圖2．3 控制器軟件工作流程

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于面部識(shí)別的智能儲(chǔ)物柜安全性高、節(jié)約成本、高效管理、高壽命。人臉識(shí)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(shí)別儲(chǔ)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(chǔ)物時(shí)輕松了解到相關(guān)營(yíng)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(méi)電的狀況。通過(guò)人臉登記識(shí)別過(guò)程，無(wú)耗材、安全易維護(hù)。功能拓展性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別+卡、人臉識(shí)別+密碼功能。

目前人臉識(shí)別系統(tǒng)依然存在許多不足，人臉識(shí)別最大的不足就是人臉的外形很不穩(wěn)定，人可以通過(guò)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(shí)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(lái)都是會(huì)被逐一解決的。