基于嵌入式系統(tǒng)的人臉識(shí)別安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄭嘉俠 張雪 農(nóng)煥宇

摘 要：隨著當(dāng)今社會(huì)高等教育的普及程度越來(lái)越高，出現(xiàn)了各種校園問(wèn)題，雖然目前的高校都有各類(lèi)的視頻監(jiān)控設(shè)備，但針對(duì)目前電子設(shè)備操作復(fù)雜的現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)新型、具有高性能的監(jiān)控設(shè)施就變得意義非凡。在考慮成本方面，使用基于STM32單片機(jī)的監(jiān)控設(shè)備具有較高的性?xún)r(jià)比，使用攝像頭作為人像捕捉元件，采集實(shí)時(shí)的人像信息，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理，與原有數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出被檢測(cè)人員是否為安全人員。

關(guān)鍵詞：安防;STM32單片機(jī);檢測(cè);人臉識(shí)別

隨著當(dāng)今社會(huì)高等教育的普及程度越來(lái)越高，幾乎所有高校都是面向社會(huì)的開(kāi)放性學(xué)校，然而就出現(xiàn)了各種校園問(wèn)題，如：校園暴力、學(xué)生遭到社會(huì)人員的傷害等等。雖然目前的高校都有各類(lèi)的視頻監(jiān)控設(shè)備，但校園安全事故仍然頻頻發(fā)生。因此，開(kāi)發(fā)新型、具有高性能的監(jiān)控設(shè)施就變得意義非凡。

1原理與設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由兩部分組成：攝像頭信息采集部分與單片機(jī)信息處理部分

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）單片機(jī)選型

STM32系列基于專(zhuān)為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。按內(nèi)核架構(gòu)分為不同產(chǎn)品：其中STM32F系列有：STM32F103“增強(qiáng)型”系列STM32F101“基本型”系列STM32F105、STM32F107“互聯(lián)型”系列增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類(lèi)產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品;基本型時(shí)鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價(jià)格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是32位產(chǎn)品的最佳選擇。

（2）單片機(jī)外設(shè)選擇

顯示屏：本次使用觸摸屏，又稱(chēng)觸控面板，它是一種把觸摸位置轉(zhuǎn)化成坐標(biāo)數(shù)據(jù)的輸入設(shè)備，根據(jù)觸摸屏的檢測(cè)原理，主要分為電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏。相對(duì)來(lái)說(shuō)，電阻屏造價(jià)便宜，能適應(yīng)較惡劣的環(huán)境，但它只支持單點(diǎn)觸控（一次只能檢測(cè)面板上的一個(gè)觸摸位置），觸摸時(shí)需要一定的壓力，使用久了容易造成表面磨損，影響壽命;而電容屏具有支持多點(diǎn)觸控、檢測(cè)精度高的特點(diǎn)，電容屏通過(guò)與導(dǎo)電物體產(chǎn)生的電容效應(yīng)來(lái)檢測(cè)觸摸動(dòng)作，只能感應(yīng)導(dǎo)電物體的觸摸，濕度較大或屏幕表面有水珠時(shí)會(huì)影響電容屏的檢測(cè)效果。

攝像頭：采用鷹眼攝像頭，其主要是由固定水平方向的高清攝像頭和一個(gè)高清球機(jī)組成的監(jiān)控結(jié)構(gòu)。攝像頭可以達(dá)到分辨率為2X4096X1800@ 30fps的監(jiān)控效果。高清球機(jī)主要負(fù)責(zé)聯(lián)動(dòng)定位和自動(dòng)跟蹤功能，提供23倍光學(xué)變倍和16倍數(shù)字變焦，只要點(diǎn)擊監(jiān)控全景畫(huà)面的任意個(gè)點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控畫(huà)面的快速變倍并能捕獲遠(yuǎn)處人、車(chē)、物等目標(biāo)。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）信息采集部分程序使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，程序中主要包含了硬件的初始化、攝像頭數(shù)據(jù)采集以及濾波、人臉數(shù)據(jù)的處理與數(shù)據(jù)發(fā)送。單片機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理，攝像頭采集到的圖片與原有的設(shè)定值不同時(shí)會(huì)改變程序中的標(biāo)志位。通過(guò)比較后得出其是否為外來(lái)人員，并且在程序中還為系統(tǒng)提供一定程度的容錯(cuò)性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）通過(guò)卷積和激活函數(shù)在低分辨率圖像和高分辨率圖像之間找到一個(gè)最佳的映射函數(shù)，通過(guò)該映射函數(shù)來(lái)重建圖像。對(duì)于單張圖像超分辨率重建任務(wù)，需要盡可能地從輸入的低分辨率圖像和卷積得到的特征圖中提取到更多的信息，并且使提取到的信息在前向傳播的時(shí)候盡可能地傳遞到網(wǎng)絡(luò)后端，即保證信息流的傳遞。

*系統(tǒng)優(yōu)化：將人臉檢測(cè)的計(jì)算任務(wù)交給具有一定計(jì)算能力的終端處理，而服務(wù)器只負(fù)責(zé)人臉匹配和分發(fā)信息，此措施一定程度上解決了在同一個(gè)設(shè)備中計(jì)算壓力過(guò)大的問(wèn)題。并且將通信協(xié)議由TCP改為UDP，由于UDP沒(méi)有擁塞控制，因此網(wǎng)絡(luò)不會(huì)使源主機(jī)的發(fā)送速率降低，同時(shí)占用的系統(tǒng)資源較少，符合系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。

2.結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一套基于STM32單片機(jī)的人臉識(shí)別安防系統(tǒng)，使用STM32單片機(jī)處理攝像頭捕捉到的人臉信息采集人臉中的特征信息，并將信息傳輸?shù)絊TM單片機(jī)中進(jìn)行處理并與原有的人臉信息庫(kù)進(jìn)行比較。根據(jù)人臉識(shí)別框圖位置確定人臉在監(jiān)控畫(huà)面的xy 坐標(biāo)信息，根據(jù)該人臉的坐標(biāo)與監(jiān)控畫(huà)面中心（0，0）的差值反饋給中央處理器，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)差值與實(shí)際攝像頭位置的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。最后得出該檢測(cè)的人員是否為人臉信息庫(kù)內(nèi)的人員。基于STM32單片機(jī)的人臉識(shí)別安防系統(tǒng)可應(yīng)用在家庭、公司、學(xué)校、商場(chǎng)等場(chǎng)所的安防監(jiān)控，給公眾的生命財(cái)產(chǎn)安全提供更智能有效的保障。并且可為商場(chǎng)、公司提供人流的檢測(cè)，更能方便進(jìn)行商業(yè)數(shù)據(jù)分析。該智能監(jiān)控系統(tǒng)填補(bǔ)了目前市場(chǎng)監(jiān)控智能領(lǐng)域的空白，在監(jiān)控、家庭安全隱患檢測(cè)等方面有著極其重要意義。

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基金項(xiàng)目：

北方民族大學(xué)2019年自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目階段性成果，項(xiàng)目名稱(chēng)：智能人臉識(shí)別安防系統(tǒng);項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：鄭嘉俠;項(xiàng)目編號(hào)：S2019-11407-005。

作者簡(jiǎn)介：

姓名（出生年、性別）：鄭嘉俠，1997，男，籍貫：廣東揭陽(yáng)，職稱(chēng)和學(xué)歷：本科，研究方向或?qū)I(yè)：電子信息。