專利名稱：基于fpga的人臉識別門禁裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于FPGA的人臉識別門禁裝置及方法，更具體的說，尤其涉及一種具有兩重信息驗證并可對使用者進行語音提示的基于FPGA的人臉識別門禁裝置及方法。
背景技術：
門禁是許多場合實現(xiàn)出入口安全管理的有效措施，適用于家庭、小區(qū)、銀行、辦公室及機密場所，實現(xiàn)門禁管理的有效方法之一是通過人臉識別來實現(xiàn)?，F(xiàn)有的基于人臉識別的門禁系統(tǒng)，主要采用微處理器或后臺服務器對信號進行處理。專利《一種人臉識別門禁系統(tǒng)》(公開號CN202150141 U)通過微處理器實現(xiàn)采集圖像與存儲圖像的比對。專利《基于人臉識別的門禁控制系統(tǒng)》(公開號CN102354409 A)將采集到的人臉圖像經(jīng)微處理器處理后傳輸至后臺控制計算機，由后臺控制計算機完成比對?！兑环N嵌入式門禁管理系統(tǒng)》(公開號CN102568068 A)通過控制電路獲取人臉采集器采集到的人臉信息，然后傳送到服務器完成比對，同時決定電子門鎖是否打開和鑰匙盒是否解鎖。由于人臉圖像的處理及比對運算量極大，當預先存儲的人臉圖像較多時更為如此，采用微處理器處理時實時性無法得到保證，采用計算機或服務器則成本過高。再者，現(xiàn)有基于人臉識別的門禁裝置，單純依靠采集的人臉圖像進行識別，存在兩個較大的缺點一是，沒有對測試者進行初步的識別判斷，直接進行人臉圖像采集，增加了門禁裝置的額外識別工作；二是，如果他人獲取合法者的人臉圖像或面部模型，即可認證通過，安全性較低。針對基于人臉識別的門禁裝置存在的問題，提出了一種新的門禁裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述技術問題的缺點，提供了 一種具有兩重信息驗證并可對使用者進行語音提示的基于FPGA的人臉識別門禁裝置及方法。本發(fā)明的基于FPGA的人臉識別門禁裝置，包括起運算和控制作用的FPGA、用于提供電能的電源以及用于采集人臉圖像的攝像頭；其特別之處在于所述FPGA連接有用于鍵入密碼的按鍵、產(chǎn)生報警信號的報警器以及播放語音信息的語音模塊，F(xiàn)PGA的輸出端與電子門鎖的控制端相連接。FPGA實現(xiàn)采集、運算和控制作用，電源用于給整個門禁裝置提供電能，攝像頭用于采集人臉圖像。通過按鍵，使用者可鍵入進行初步識別的密碼；當判斷出使用者為非法時，通過報警器發(fā)出報警信號；語音模塊用于發(fā)出語音提示，以供使用者正確使用。本發(fā)明的基于FPGA的人臉識別門禁裝置，所述FPGA連接有存儲人臉圖像信息的數(shù)據(jù)存儲器。通常情況下，數(shù)據(jù)存儲器需要存入大量人臉圖像。本發(fā)明的基于FPGA的人臉識別門禁裝置，所述攝像頭通過圖像解碼器與FPGA相連接。圖像解碼器用于將攝像頭采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為FPGA可以直接處理的格式。
一種門禁裝置的人臉識別方法，其特別之處在于，包括以下步驟a).判斷鍵入密碼是否正確，F(xiàn)PGA判斷使用者通過按鍵鍵入的數(shù)字密碼是否正確，如正確，執(zhí)行步驟b);如不正確，則通過語音模塊發(fā)出“重新輸入密碼”的語音提示；b).提示采集人臉圖像，通過語音模塊發(fā)出“請將臉部靠近攝像頭處”的語音提示，以便對使用者的臉部圖像進行采集；
c).采集合適的人臉圖像，F(xiàn)PGA通過攝像頭獲取使用者臉部的圖像，通過對人臉圖像上兩瞳孔連線尺寸大小和傾斜度的判斷，獲取尺寸合適的圖像；如果兩瞳孔連線尺寸過小，則發(fā)出“請靠近攝像頭”的語音警告，如果兩瞳孔連線尺寸過大，則發(fā)出“請遠離攝像頭”的語音警告；如果兩瞳孔連線向右傾斜，則發(fā)出“請將頭部向左傾斜”的語音警告，如果兩瞳孔連線向左傾斜，則發(fā)出“請將頭部向右傾斜”的語音警告；直至采集到合適的人臉圖像；d).圖像對比，將采集到的人臉圖像與預先存儲的模板圖像進行對比，判斷模板圖像中是否存在與采集到的人臉圖像相一致的圖像；如存在，則執(zhí)行步驟e);如不存在，則執(zhí)行步驟f)；
e).打開電子門鎖，F(xiàn)PGA發(fā)出控制信號，打開電子門鎖；f).發(fā)出報警信號，通過語音模塊發(fā)出報警信號，以警示有人要非法進入。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的基于FPGA的人臉識別門禁裝置及方法，通過按鍵輸入預先設置好的簡易密碼，語音將提示采集人臉圖像，圖像解碼器將采集到的人臉信息暫時存儲在數(shù)據(jù)存儲器里，F(xiàn)PGA內(nèi)部的人臉識別模塊將采集到的圖像信息與預先存儲在數(shù)據(jù)存儲器里的模板圖像(具有門禁權(quán)限的人的人臉圖像)進行預處理及比對，得到比對結(jié)果，根據(jù)比對結(jié)果決定電子門鎖是否打開；若判定不是一人，則產(chǎn)生報警。由于采用了 FPGA來對人臉圖像數(shù)據(jù)進行處理，具有比微處理器更快的速度，也避免了采用服務器所帶來的成本高的問題；在判斷對人臉圖像采集的過程中，通過對兩瞳孔連線尺寸大小和傾斜度的判斷，來實時地以語音形式提醒使用者，可高效、迅速地采集出符合標準的圖像。


圖1為本發(fā)明的基于FPGA的人臉識別門禁裝置的電路原理框圖。圖中1 FPGA，2電源，3按鍵，4攝像頭，5圖像解碼器，6數(shù)據(jù)存儲器，7報警器，8電子門鎖，9語音模塊。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，給出了本發(fā)明的基于FPGA的人臉識別門禁裝置的電路原理框圖，其包括FPGA1、電源2、按鍵3、攝像頭4、圖像解碼器5、數(shù)據(jù)存儲器6、報警器7、電子門鎖8以及語音模塊9。FPGAl實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、運算和控制作用，F(xiàn)PGAl為整個人臉識別系統(tǒng)的核心；對采集到得人臉圖像的實時處理；完成采集圖像與存儲圖像的比對；根據(jù)比對結(jié)果做出響應，決定是否打開電子門鎖8。電源2為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。按鍵3采用數(shù)字按鍵形式，用于輸入驗證所需的密碼，也可用于設置裝置的工作狀態(tài)。攝像頭4用于人像的采集；圖像解碼器5用于將輸入圖像信息解碼，提供給FPGA做進一步處理。數(shù)據(jù)存儲器6預先存儲具有門禁權(quán)限的人的人臉圖像；語音模塊9用于對操作者的語音提示；電子門鎖8用于開關大門；報警器7用于驗證不通過時產(chǎn)生報警。
本發(fā)明的門禁裝置的人臉識別方法，包括以下步驟
a).判斷鍵入密碼是否正確，F(xiàn)PGAl判斷使用者通過按鍵3鍵入的數(shù)字密碼是否正確，如正確，執(zhí)行步驟b);如不正確，則通過語音模塊9發(fā)出“重新輸入密碼”的語音提示；
b).提示采集人臉圖像，通過語音模塊發(fā)出“請將臉部靠近攝像頭處”的語音提示，以便對使用者的臉部圖像進行采集；
c).采集合適的人臉圖像，F(xiàn)PGA通過攝像頭獲取使用者臉部的圖像，通過對人臉圖像上兩瞳孔連線尺寸大小和傾斜度的判斷，獲取尺寸合適的圖像；如果兩瞳孔連線尺寸過小，貝U發(fā)出“請靠近攝像頭”的語音警告，如果兩瞳孔連線尺寸過大，則發(fā)出“請遠離攝像頭”的語音警告；如果兩瞳孔連線向右傾斜，則發(fā)出“請將頭部向左傾斜”的語音警告，如果兩瞳孔連線向左傾斜，則發(fā)出“請將頭部向右傾斜”的語音警告；直至采集到合適的人臉圖像；
d).圖像對比，將采集到的人臉圖像與預先存儲的模板圖像進行對比，判斷模板圖像中是否存在與采集到的人臉圖像相一致的圖像；如存在，則執(zhí)行步驟e);如不存在，則執(zhí)行步驟f);
e).打開電子門鎖，F(xiàn)PGA發(fā)出控制信號，打開電子門鎖8；
f).發(fā)出報警信號，通過語音模塊發(fā)出報警信號，以警示有人要非法進入。本發(fā)明的基于FPGA的人臉識別門禁裝置及方法，通過按鍵輸入預先設置好的簡易密碼，語音將提示采集人臉圖像，圖像解碼器將采集到的人臉信息暫時存儲在數(shù)據(jù)存儲器里，F(xiàn)PGA內(nèi)部的人臉識別模塊將采集到的圖像信息與預先存儲在數(shù)據(jù)存儲器里的模板圖像(具有門禁權(quán)限的人的人臉圖像)進行預處理及比對，得到比對結(jié)果，根據(jù)比對結(jié)果決定電子門鎖是否打開；若判定不是一人，則產(chǎn)生報警。
權(quán)利要求
1.一種基于FPGA的人臉識別門禁裝置，包括起運算和控制作用的FPGA、用于提供電能的電源(2)以及用于采集人臉圖像的攝像頭(4);其特征在于所述FPGA連接有用于鍵入密碼的按鍵(3)、產(chǎn)生報警信號的報警器(7)以及播放語音信息的語音模塊(9)，F(xiàn)PGA的輸出端與電子門鎖(8)的控制端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的人臉識別門禁裝置，其特征在于所述FPGA(I)連接有存儲人臉圖像信息的數(shù)據(jù)存儲器(6 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于FPGA的人臉識別門禁裝置，其特征在于所述攝像頭(4)通過圖像解碼器(5)與FPGA (I)相連接。
4.一種基于權(quán)利要求1所述的門禁裝置的人臉識別方法，其特征在于，包括以下步驟a).判斷鍵入密碼是否正確，F(xiàn)PGA(I)判斷使用者通過按鍵(3)鍵入的數(shù)字密碼是否正確，如正確，執(zhí)行步驟b);如不正確，則通過語音模塊(9)發(fā)出“重新輸入密碼”的語音提示；b).提示采集人臉圖像，通過語音模塊發(fā)出“請將臉部靠近攝像頭處”的語音提示，以便對使用者的臉部圖像進行采集；c).采集合適的人臉圖像，F(xiàn)PGA通過攝像頭獲取使用者臉部的圖像，通過對人臉圖像上兩瞳孔連線尺寸大小和傾斜度的判斷，獲取尺寸合適的圖像；如果兩瞳孔連線尺寸過小，則發(fā)出“請靠近攝像頭”的語音警告，如果兩瞳孔連線尺寸過大，則發(fā)出“請遠離攝像頭”的語音警告；如果兩瞳孔連線向右傾斜，則發(fā)出“請將頭部向左傾斜”的語音警告，如果兩瞳孔連線向左傾斜，則發(fā)出“請將頭部向右傾斜”的語音警告；直至采集到合適的人臉圖像；d).圖像對比，將采集到的人臉圖像與預先存儲的模板圖像進行對比，判斷模板圖像中是否存在與采集到的人臉圖像相一致的圖像；如存在，則執(zhí)行步驟e);如不存在，則執(zhí)行步驟f);e).打開電子門鎖，F(xiàn)PGA發(fā)出控制信號，打開電子門鎖(8)；f).發(fā)出報警信號，通過語音模塊發(fā)出報警信號，以警示有人要非法進入。
全文摘要
本發(fā)明的基于FPGA的人臉識別門禁裝置，包括FPGA、電源和攝像頭；特征在于所述FPGA連接有用于鍵入密碼的按鍵、產(chǎn)生報警信號的報警器以及播放語音信息的語音模塊，F(xiàn)PGA的輸出端與電子門鎖的控制端相連接。本發(fā)明的人臉識別方法，包括a).判斷鍵入密碼是否正確；b).提示采集人臉圖像；c).采集合適的人臉圖像；d).圖像對比；e).打開電子門鎖；f).發(fā)出報警信號。由于采用了FPGA，具有比微處理器更快的速度，也避免了采用服務器所帶來的成本高的問題；在判斷對人臉圖像采集的過程中，通過對兩瞳孔連線尺寸大小和傾斜度的判斷，來實時地以語音形式提醒使用者，可高效、迅速地采集出符合標準的圖像。
文檔編號G07C9/00GK103035049SQ20121053281
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者張傳鋒, 許野平 申請人:山東神思電子技術股份有限公司