基于面部識別的智能儲物柜

劉聰 劉延春 劉東華 魏煥兵 陳明志 齊魯理工學院

目前儲物柜的應用非常廣泛，逛商城超市前存個包，去酒吧玩樂前放下隨身物品，去健身房運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有機械式儲物柜系統和電子式儲物柜系統兩種。機械式儲物柜系統,采用非常傳統的機械鎖的結構,使用者通過使用相應的鑰匙實現儲物柜的開關,該系統安全性差,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，同時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的設計，消除目前電子式儲物柜存在的缺點，在安全性、信息化程度、成本控制、簡便性及維護性都有很大的提升。

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行處理，確保得到一個清晰的圖像。

(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計特征的提取后，本設計采用了第二種提取方法。

(6）人臉識別模塊：通過支撐向量機將提取出來的特征信息轉化為一維向量，在和人臉庫中的圖片信息做對比。

仿真驗證：通過Matlab仿真并輸出識別結果。

人機交互系統

2 人臉識別儲物柜的系統設計

本文人臉識別儲物柜的系統設計是利用主控機對各個模塊的一個整體硬件上的控制，它是系統的終端，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，通過電磁鎖來控制每個柜門的開關。該系統的總體設計如圖2．1所示。

圖2．1 系統硬件總體設計

硬件部分

2.1 主控芯片

主控芯片采用STM32F103x8B芯片（在實現人臉識別時可通過連接計算機，利用計算機的Matlab軟件對人臉進行處理）。STM32F103x8B芯片屬于中低端ARM微控制器，該芯片是意法半導體（ST）公司出品，其內核是Cortex-M3。它由32位基于ARM核心的帶64K或128K字節閃存的微控制器、CPU、CAN、7個定時器、2個ADC、9個通信接口構成，此款單片機功能強大、讀寫速度快、功耗較低。

2.2 從控芯片

系統采用集中管理，分布式控制網絡結構。監控計算機通過與人機交互系統的通信，實現了對現場儲物柜的集中管理，并且需要實時將儲物柜的存儲狀態反饋給主機單片機。主控單片機通過RS485接口實現對多個箱柜的連接，RS485通信網絡實現主從通信方式，它通過一個主機帶動多個從機，具有傳輸速率快、抗干擾性好、傳輸距離長等優點。從控芯片MSP430F149是德州公司新開發的一類具有16位總線的帶 FLASH 的單片機,由于其性價比和集成度高,受到廣大技術開發人員的青睞．它采用 16 位的總線,外設和內存統一編址,尋址范圍可達64K,還可以外擴展存儲器．具有統一的中斷管理,具有豐富的片上外圍模塊,片內有精密硬件乘法器、兩個16位定時器、一個14路的12位的模數轉換器、一個看門狗、 6路P口、兩路USART通信端口、一個比較器、一個DC內部振蕩器和兩個外部時鐘,支持 8M 的時鐘．由于為 FLASH型,則可以在線對單片機進行調試和下載,且 JTAG 口直接和 FET(FLASH EMULATION TOOL)的相連,不須另外的仿真工具,方便實用,而且,可以在超低功耗模式下工作,對環境和人體的輻射小,測量結果為 100mw 左右的功耗(電流為 14mA 左右),可靠性能好,加強電干擾運行不受影響[8]。具有性價比高、抗干擾性強，耗能低的優點。

2.3 其他模塊

柜門通過電磁鎖控制開關，電磁鎖具有能耗低，綠色節能環保的優點。攝像頭采用數字攝像頭，連接單片機，通過單片機連接的電腦對圖像信息進行識別處理。TFDLCD液晶屏與鍵盤進行操作控制，TFT式顯示器具有高響應度、高亮度、高對比度等優點，其顯示效果接近CRT式顯示器。LED燈實現信息提示，通過紅外對管來檢測儲物柜存儲狀態。

軟件部分

2.4 存取操作流程

通過鍵盤輸入模塊實現存/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單片機,當符合存取操作要求時，控制儲物柜打開；LCD顯示模塊的功能是顯示儲物柜的當前狀態及其他相關操作信息．其軟件設計存取操作流程如圖2．2所示：

圖2．2 存取操作流程圖

2.5 人臉識別儲物箱的軟件流程圖

圖2．3 控制器軟件工作流程

3 結語

本文設計的基于面部識別的智能儲物柜安全性高、節約成本、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等，讓顧客在儲物時輕松了解到相關營銷信息；還可增加媒體設備充電功能，讓顧客不用擔心手機沒電的狀況。通過人臉登記識別過程，無耗材、安全易維護。功能拓展性強，可實現人臉識別+卡、人臉識別+密碼功能。

目前人臉識別系統依然存在許多不足，人臉識別最大的不足就是人臉的外形很不穩定，人可以通過臉部的變化產生很多表情，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，室內和室外等）、人臉的很多遮蓋物（例如口罩、墨鏡、頭發、胡須等）、年齡等多方面因素的影響。我相信這些缺點在不久的將來都是會被逐一解決的。