劉聰 劉延春 劉東華 魏煥兵 陳明志 齊魯理工學(xué)院

目前儲物柜的應(yīng)用非常廣泛，逛商城超市前存?zhèn)€包，去酒吧玩樂前放下隨身物品，去健身房運(yùn)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(tǒng)有機(jī)械式儲物柜系統(tǒng)和電子式儲物柜系統(tǒng)兩種。機(jī)械式儲物柜系統(tǒng),采用非常傳統(tǒng)的機(jī)械鎖的結(jié)構(gòu),使用者通過使用相應(yīng)的鑰匙實現(xiàn)儲物柜的開關(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(jié)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(fèi)，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(tǒng)的設(shè)計，消除目前電子式儲物柜存在的缺點(diǎn)，在安全性、信息化程度、成本控制、簡便性及維護(hù)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(jìn)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(biāo)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(tǒng)計特征的提取后，本設(shè)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(jī)將提取出來的特征信息轉(zhuǎn)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(jié)果。

人機(jī)交互系統(tǒng)

2 人臉識別儲物柜的系統(tǒng)設(shè)計

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

圖2．1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計

硬件部分

2.1 主控芯片

主控芯片采用STM32F103x8B芯片（在實現(xiàn)人臉識別時可通過連接計算機(jī)，利用計算機(jī)的Matlab軟件對人臉進(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個定時器、2個ADC、9個通信接口構(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)控計算機(jī)通過與人機(jī)交互系統(tǒng)的通信，實現(xiàn)了對現(xiàn)場儲物柜的集中管理，并且需要實時將儲物柜的存儲狀態(tài)反饋給主機(jī)單片機(jī)。主控單片機(jī)通過RS485接口實現(xiàn)對多個箱柜的連接，RS485通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)主從通信方式，它通過一個主機(jī)帶動多個從機(jī)，具有傳輸速率快、抗干擾性好、傳輸距離長等優(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16位定時器、一個14路的12位的模數(shù)轉(zhuǎn)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(nèi)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(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,方便實用,而且,可以在超低功耗模式下工作,對環(huán)境和人體的輻射小,測量結(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)，通過單片機(jī)連接的電腦對圖像信息進(jìn)行識別處理。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、高對比度等優(yōu)點(diǎn)，其顯示效果接近CRT式顯示器。LED燈實現(xiàn)信息提示，通過紅外對管來檢測儲物柜存儲狀態(tài)。

軟件部分

2.4 存取操作流程

通過鍵盤輸入模塊實現(xiàn)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(jī)單片機(jī),當(dāng)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(dāng)前狀態(tài)及其他相關(guān)操作信息．其軟件設(shè)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(jié)語

本文設(shè)計的基于面部識別的智能儲物柜安全性高、節(jié)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(fù)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(guān)營銷信息；還可增加媒體設(shè)備充電功能，讓顧客不用擔(dān)心手機(jī)沒電的狀況。通過人臉登記識別過程，無耗材、安全易維護(hù)。功能拓展性強(qiáng)，可實現(xiàn)人臉識別+卡、人臉識別+密碼功能。

目前人臉識別系統(tǒng)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(wěn)定，人可以通過臉部的變化產(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)在不久的將來都是會被逐一解決的。