智能门禁系统中的嵌入式多重识别技术

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0 引言
随着经济科技的发展，科技与人们的生活越来越贴近，智能门禁系统就是这么一个科技产物，但是这也是使用市场要求而产生的。因为近年来盗贼的猖獗和盗贼盗窃技术的提升，传统的门和锁已经完全无法阻挡他们的偷窃脚步，他们登堂入室至如无人之境。因此人们对防盗门的要求是越来越高，对智能门禁系统的技术要求也是要求越来越高。智能门禁系统可分为几类：如人脸识别、指纹识别、视网膜扫描等几类。随着科技产品的发展与普及，许多国外在智能门禁系统方面的发展已经相当成熟，国外的许多私人住宅都安装了如人脸识别、指纹识别的智能门禁系统。
而随着我国经济科技的发展，这项技术也越来越提升，这就为市场的供应提供了保证。
1 人脸识别门禁系统
1.1 系统结构
以一款，门禁系统为例，这是一款人脸识别系统的多功能门禁系统，采用了Inter 嵌入之星EC5-1719CLDNA 嵌入式双核处理器平台，主要功能有；人脸检测并识别、自动照明、无人状态、语音提示、来访申请等功能，组织功能图如下图1 系统功能结构其工作流程主要如下：当系统检测到走廊有人后，摄像头第一时间进行了图像采集，通过摄像头传来的图片亮度分析，来判断是否需要开灯照明，如果光线较暗，发出信号给控制器，控制走廊的开关打开照明；然后系统通过图像处理并进行识别判断，根据图片信息库的信息来比对跟来访者相似的照片，判断来人是否认识，然后提醒主人有客来访，或是如果识别为陌生人，发出警告的声音；当主人出门无人在家时或是不想接待来访者，可设置为无人模式。无人模式下，来访者可以根据系统提示提出来访申请，系统通过摄像头记录下来访者的图像信息，并将照片发送之固定的电子邮箱中，好让主人回来看到来访者的信息；语音提示，系统分别会根据不同情况录入三种语音，一是主人回家时的欢迎音乐，二是客人来访时的提示音，三是警告的声音。

图1 系统功能结构

1.2 硬件设施
本文所讨论的嵌入式多功能门禁系统，其实就是计算机对图像处理的应用，它不仅采用了最新的计算机系统应用，更采用了最新了处理器核心。这款人脸识别门禁系统采用的是EC5-1719CLDNA 嵌入式双核处理器，以EC5-1719CLDNA 嵌入式双核处理器为核心，并配有硬件接口和多种外围设备，从而实现对众多上层应用的底层硬件支持。EC5-1719CLDNA 嵌入式双核处理器是一种多功能的处理器，目前它广泛的应用于军事、网络平台、多媒体查询等各种嵌入式领域，嵌入之星支持以下功能：高性能Inter Core Duo2/CoreDuo，单核Celeron M 处理器；支持LGB 的DDR2 533 和667MHz 频率内存；显示器方面接口；支持如VGA,LVDS,DVI,TV。本系统由于在图像处理方面工作量比较大，故而采用1GB DDR2 内存，足以满足任何的图像处理需要。显示器采用了LVDS显示器，其分辨率高达800*600，尺寸为8 英寸。本系统由于具备语音提示功能，故在声卡方面采用了兼容AC97 标准的ALC655 声卡芯片。而在通信方面则是用以太局域网，足以满足数据传输的要求，还有RS232 串口。另外考虑到系统需要存储大量的图像信息，所以在接口上又接入了CF 卡，用来存储大量的图像文件。而照明系统则才哟很难过单片机来控制。
1.3 系统软件
硬件是为系统功能的实现提供了基础，软件却系统功能实现的灵魂。在安装完成后，首先进行系统初始化，初始化完成后，摄像头开始进行监控，系统程序是通过物体是否移动的物体来进行监控的。
本系统最核心的功能就是实现人脸的自动识别，要完成这项工作，得分为三个步骤：第一是图像信息的采集，由于光线等因素，导致图像的采集工作难度很大，因为系统的摄像机毕竟不是专业的摄像机，而且图像的处理是个非常复杂的工作。一般系统采用效果比较好的中值滤波法完成图像的处理工作。二是人脸检测，人脸检测功能是从拍摄的图像经过数据传输来后确定人脸的大小和位置，并搜索出人的脸部特征，本系统采用的是灰度图像中眼睛梯度特征来检测人脸的方法来进行人脸的检测和定位。三是人脸识别通过之前就输入系统的图像来进行照片的比对，如果和之前某一张的相似度较高，然后再进行身份确认，从而进行人脸的识别功能，本系统采用的是对光照及人脸的表情变化都不敏感的Fisherface 法。
2 指纹识别门禁系统
指纹系统门禁系统是一种比人脸识别更为安全的门禁防护设置，由于指纹的唯一性使得其更在识别方面更准确。公元前7000-6000 年开始，在中国和叙利亚地区就开始用指纹作为辨别人身份的方法了。到了现代由于科技的发展，由于指纹采集技术的提高，指纹分类和指纹匹配都得到了前所未有的发展，指纹的唯一性更是成为了公安系统的好帮手，帮助破获了许多特大案件。同时随着电子计算机技术的应用和发展，指纹取得的效率越来越高，目前此技术已大量应用到了门禁系统当中。指纹识别的智能门禁系统在欧美等发达国家的应用已相当广泛，各种小区的大门，银行保险库的门等。
指纹识别门禁系统最主要的功能就是通过指纹图像的采集，通过计算机的识别处理，进行身份的辨别，因此图像的质量直接影响到cpu 对图像的处理速度，而且因为指纹在日常生活中会有磨损、或手指受伤等原因会直接影响到指纹的采集工作。
根据指纹的采集系统不同可分为三种。光学指纹采集是发展历史比较长、由于其经济性和实用性得到较为广泛的推广，光学指纹采集是通过吧手指放在光学镜片上，在镜片内置光源照射下，通过棱镜将指纹图像投射在电荷耦合器件上，从而形成多灰度指纹图像。虽然光学指纹采集技术发展比较成熟，而且经济性好，但是由于其指纹采集受诸多客观以因素的限制，如手指的磨损度比较大的话，指纹就比较难以采集，还有手指的干湿度对指纹的采集工作影响也比较大。这就导致了下面两种指纹采集的产生。
半导体指纹采集技术又名硅电容器指纹传感器，这是一种通过半导体上阵列的大约100000 个和电容传感器，通过手指的接触产生的电子度量来捕捉指纹，由于手指与其接触产生了两极的介电层，导致电容阵列的各个电容值不同，通过测量并记录各点的电容值，就可以得到有灰度级的指纹图像。半导体指纹采集由于其体积小、且采集精确度高，立即得到广大用户的青睐。
超声波指纹采集技术，这是一种正在试验发展的技术。它是通过声波扫描过手指，通过指纹的脊线和谷线反射的图像，得出灰度图像。该种技术有可能成为最为精确的指纹采集器。但是由于这种技术发展尚未成熟，而且开发成本高，因此目前还不普及。
3 结语
随着科学技术的发展，科学与生活的贴近度必定是越来越紧，人们在享受着科学发展带来种种益处，智能门禁系统就是科学发展带来的结果，但是同时也适应这市场的需求。人脸识别的门禁系统和指纹识别的门禁系统都具有很大的市场需求，但是其各自还有不完善，还有缺点，如人脸识别，对相当近似的如双胞胎就有可能误判，以及对图像要求过高，都是其限制因素；而指纹采集技术则受到手指磨损、手指受伤等方面的限制，致使采集有难度。但是我们加入有一天能把两项技术应用到一个门禁系统上，那么这个门禁系统就堪称完美了。
【参考文献】
[1] 马正华，孙玉强等. 嵌入式多重识别智能门禁系统的设计[J]. 微计算机信息.2009.10（25）：120
[2] 顾夏云庆，李苏剑. 无线射频识别技术理论与应用[M]. 电子工业出版社.2009.10
[3] 顾伟楠. 指纹识别技术的应用[J].电子计算机爱好者.2010.10（20）：121-122

李小路

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