嵌入式人脸识别门禁考勤机

1.一种嵌入式人脸识别门禁考勤机，包含同步动态存储器SDRAM、闪存FLASH、液晶显示屏、按键、电源、时钟芯片和蜂鸣器，其特征在于，采用嵌入式数字信号处理器DSP为主处理器，还包含在固定红外光源下捕获人脸图像的CMOS红外摄像模组、作为恒定光源的红外发光二极管组、韦根接口和USB接口；
所述CMOS红外摄像模组与主处理器的视频口VP连接，在光线照在物体上反射经过镜片到图像传感器芯片上成像时阻挡可见光线，并允许红外线通过；包含普通镜头组和图像传感器芯片，普通镜头组前面装配有一个红外窄带滤光片；
所述红外窄带滤光片的光谱透过率曲线为一窄带曲线，窄带曲线的中心波长与红外发光二极管的中心波长对应，可见光的抑制深度达到10E-6，红外部分的抑制深度达到10E-3。
2.根据权利要求1所述的嵌入式人脸识别门禁考勤机，其特征在于，DSP处理器通过视频口VP和通信口I2C与CMOS红外摄像模组连接，通过外部总线分别连接液晶显示屏、同步动态存储器SDRAM、闪存FLASH和USB接口芯片，通过IO口分别连接红外发光二极管组、按键和蜂鸣器，通过IO口模拟门禁标准韦根信号，通过串口连接时钟芯片。

技术领域\n本发明属于生物特征识别领域，涉及一种嵌入式人脸识别门禁考勤机，特别是涉及一种采用红外窄带滤光片的红外人脸识别技术的门禁考勤机。\n背景技术\n门禁控制系统已在全球范围广泛应用，产品应用类型从接触式发展到非接触式，从ID卡、IC卡发展到生物特征识别，从单一门禁功能发展到门禁和考勤双重功能。目前市场上大量销售的具有生物特征识别、门禁考勤双重功能的设备，主要是指纹识别门禁考勤机产品，但由于指纹存在先天的脱皮、干湿手指、拒登率高、指纹印膜等缺陷，以及直接接触带来的卫生隐患和不方便性，使得人脸识别门禁考勤机的出现成为必然的发展趋势。\n人脸识别作为当前生物特征识别领域的一大热点，与指纹识别相比，有直观性、方便性、非接触性、友好性、用户接受度高等显著优点。但是，人脸识别算法的运算量远远大于指纹识别算法，因此，一般局限于PC平台的联机式应用，例如授权公告号CN 1110767C的“面像识别门禁和考勤系统”。另外，研究表明同一个人在不同光线下的特征差异，甚至大于在同一光线下不同人之间的特征差异，因此，基于可见光图像的人脸识别技术，对环境光线的影响有着难以克服的缺陷，当识别时的环境光线与注册时的不同，识别性能会有较大下降，无法满足实际产品应用的要求。正是基于这个原因，目前人脸识别门禁考勤，局限于先输入工号或者刷卡，再进行1∶1人脸识别比对，使其生物特征识别产品本身的方便性大打折扣。\n发明内容\n本发明所要解决的技术问题是，脱离PC机平台，在嵌入式平台上实现实时的人脸识别，并保证人脸识别性能的稳定性，实现1∶N比对。\n本发明解决上述技术问题采用的技术方案是，一种嵌入式人脸门禁考勤机包含同步动态存储器SDRAM、闪存FLASH、液晶显示屏、按键、电源、时钟芯片和蜂鸣器，采用嵌入式数字信号处理器DSP为主处理器，还包含捕获人脸图像的CMOS红外摄像模组、作为恒定光源的红外发光二极管组、韦根接口和USB接口；在CMOS红外摄像模组的镜头前安装有红外窄带滤光片。DSP处理器通过视频口VP和通信口I2C与CMOS红外摄像模组连接，通过外部总线分别连接液晶显示屏、同步动态存储器SDRAM、闪存FLASH和USB接口芯片，通过IO口分别连接红外发光二极管组、按键和蜂鸣器，通过IO口模拟门禁标准韦根信号，通过串口连接时钟芯片。\n本发明的有益效果是，在嵌入式DSP平台上，采用CMOS红外摄像模组、红外发光二极管组，彻底消除传统人脸识别中可见光线的影响，实现1∶N比对，保证人脸识别性能的稳定性和可靠性。本发明成本、体积、功耗和系统稳定性大大高于基于PC平台的人脸门禁考勤机，与目前指纹识别门禁考勤机相比较，直观性、非接触性、系统安全性和稳健性大大提升。\n附图说明\n下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。\n图1是本发明的硬件结构框图。\n图2是本发明的红外窄带滤光片的光谱透过率曲线。\n图3是本发明的红外窄带滤光片和摄像模组镜头的装配示意图。\n图4是本发明的菜单功能模块图。\n图5是本发明进行人脸识别的流程框图。\n图6是本发明接入门禁系统的系统框图。\n附图标记说明：\n1-图像传感器芯片；\n2-普通镜头组；\n3-红外窄带滤光片。\n具体实施方式\n图1为本发明的硬件结构框图。本发明以数字信号处理器DSP为主处理器，通过外部总线连接同步动态存储器SDRAM、闪存FLASH、液晶显示屏、USB接口芯片，并通过IO口连接红外发光二级管组、按键和蜂鸣器，通过IO口模拟门禁标准韦根信号的Data0、Data1，通过串口连接带有后备电池的时钟芯片，为系统提供实时时钟。本实施例以TMS320DM642为主处理器，最高处理能力可达4800MIPS(百万条指令/秒)，其视频口VP可以直接连接CMOS红外摄像模组，进行黑白灰度的人脸图像捕获。\nFLASH用于存储程序和固定数据，SDRAM用于运行程序，并存储临时数据，液晶显示屏显示菜单、图像和操作信息。在本实施例中采用分辨率为240×320、2.4英寸的液晶显示屏。\n红外发光二极管组提供固定光源，用红外发光二极管组作为固定光源，彻底解决光线问题，保证人脸登记、人脸识别时的光照一致性，而且不受可见光线的任何影响，即使在黑夜均可正常稳定地工作。本实施例采用48个中心波长为850nm的红外发光二极管。\nUSB接口芯片实现USB主机功能，可以外接普通U盘，通过磁盘文件的导入导出，实现用户数据和考勤记录的交换。本实施例采用CH375作为USB主机接口芯片。\n本实施例采用常规门禁接口中+9V～+12V直流电源作为外加电源输入，经电源电路为系统提供各种电源。通过IO口模拟产生标准的韦根信号，作为门禁控制输出。\n图2为本发明专用的红外窄带滤光片的光谱透过率曲线。可见光的波长范围大约是400-700nm，而700-1200nm大约是近红外光(nearinfrared)区域，我们既要屏蔽太阳光中的可见光，又要屏蔽太阳光中的红外光，仅仅通过红外发光二极管组所发出的近红外光线，因此，该透过率曲线为一个窄带曲线。本实施例的窄带曲线的中心波长为850nm，与红外发光二极管的中心波长对应，带宽为15nm，可见光的抑制深度达到10E-6，红外部分的抑制深度达到10E-3。经测试，完全满足在室内应用的需求。如果在室外太阳光直射下应用，还需要进一步加大抑制深度达到10E-9，但这样中心波长通过率也会大大降低，需要加大红外发光二极管组的功率，但原理是一样的。\n图3是本发明的红外窄带滤光片和摄像模组镜头的装配示意图。红外摄像模组的工作原理和普通摄像模组基本相同，都是利用光线照在物体上反射经过镜片到图像传感器芯片上成像，区别在于，普通摄像模组是阻隔红外线，允许可见光线通过，而红外摄像模组是阻挡可见光线，允许红外线通过。本发明所述的红外摄像模组包含普通镜头组2和图像传感器芯片1，普通镜头组前面装配有一个红外窄带滤光片3。采用红外摄像模组使得人脸摄像不依赖于可见光，解决了传统人脸识别中的光线影响问题。本实施例采用30万像素的CMOS红外摄像模组。\n图4为本发明的菜单功能模块图。通过管理员密码验证后，管理员可以进行登记用户、修改用户、删除用户、系统设置、清空记录和U盘通信。其中，系统设置包括时间设置、日期设置和门控设置，U盘通信包括导入用户、导出用户、导出记录。本实施例中一个用户取10个人脸模板数据，满足多姿态的需求，相比指纹门禁，非接触的、自动的人脸识别速度大大提高，达到8帧/秒，可以有效解决上下班高峰时间的排队现象。\n图5为本发明进行人脸识别的流程框图。人脸识别是本发明最主要的工作状态，首先通过CMOS红外摄像模组，在固定红外光源下，捕获图像，进行人脸检测；如果通过人脸检测，接着进行人眼定位，并以人的眼睛为基准，截取人脸图像，进行归一化处理，提取特征，用这个特征和存储的用户模板进行比对，如果得到的最高相似度超过门限，则通过，输出相应用户的韦根信号，通过门禁控制器实现开门，并存储考勤记录。如果不能通过，则重新开始进行人脸识别。\n图6为本发明接入门禁系统的系统框图。本发明完全支持和兼容目前市场上销售的门禁控制器。本装置从门禁控制器取得电源工作，并通过韦根信号连接门禁控制器，识别成功，则门禁控制器控制电插锁或者电磁锁，实现开门。大门内的开门按钮连接门禁控制器，实现在门内外出的开门。通过普通U盘导入导出文件，在PC机上的人脸考勤管理软件和门禁管理软件实现增强管理功能。\n本发明采用红外窄带滤光片、红外发光二极管组，彻底解决了长期困扰人脸识别的可见光影响问题，红外人脸识别的高稳定可靠性，实现了1∶N比对。在此基础上，在DSP嵌入式平台实现了实时的人脸识别，大大降低了成本，提升了系统稳定性。本发明具有独特的方便性、非接触性和稳定性，可以广泛应用到门禁考勤领域和安防领域。