专利名称：基于fpga的人脸识别门禁装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于FPGA的人脸识别门禁装置及方法，更具体的说，尤其涉及一种具有两重信息验证并可对使用者进行语音提示的基于FPGA的人脸识别门禁装置及方法。
背景技术：
门禁是许多场合实现出入口安全管理的有效措施，适用于家庭、小区、银行、办公室及机密场所，实现门禁管理的有效方法之一是通过人脸识别来实现。现有的基于人脸识别的门禁系统，主要采用微处理器或后台服务器对信号进行处理。专利《一种人脸识别门禁系统》(公开号CN202150141 U)通过微处理器实现采集图像与存储图像的比对。专利《基于人脸识别的门禁控制系统》(公开号CN102354409 A)将采集到的人脸图像经微处理器处理后传输至后台控制计算机，由后台控制计算机完成比对。《一种嵌入式门禁管理系统》(公开号CN102568068 A)通过控制电路获取人脸采集器采集到的人脸信息，然后传送到服务器完成比对，同时决定电子门锁是否打开和钥匙盒是否解锁。由于人脸图像的处理及比对运算量极大，当预先存储的人脸图像较多时更为如此，采用微处理器处理时实时性无法得到保证，采用计算机或服务器则成本过高。再者，现有基于人脸识别的门禁装置，单纯依靠采集的人脸图像进行识别，存在两个较大的缺点一是，没有对测试者进行初步的识别判断，直接进行人脸图像采集，增加了门禁装置的额外识别工作；二是，如果他人获取合法者的人脸图像或面部模型，即可认证通过，安全性较低。针对基于人脸识别的门禁装置存在的问题，提出了一种新的门禁装置。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了 一种具有两重信息验证并可对使用者进行语音提示的基于FPGA的人脸识别门禁装置及方法。本发明的基于FPGA的人脸识别门禁装置，包括起运算和控制作用的FPGA、用于提供电能的电源以及用于采集人脸图像的摄像头；其特别之处在于所述FPGA连接有用于键入密码的按键、产生报警信号的报警器以及播放语音信息的语音模块，FPGA的输出端与电子门锁的控制端相连接。FPGA实现采集、运算和控制作用，电源用于给整个门禁装置提供电能，摄像头用于采集人脸图像。通过按键，使用者可键入进行初步识别的密码；当判断出使用者为非法时，通过报警器发出报警信号；语音模块用于发出语音提示，以供使用者正确使用。本发明的基于FPGA的人脸识别门禁装置，所述FPGA连接有存储人脸图像信息的数据存储器。通常情况下，数据存储器需要存入大量人脸图像。本发明的基于FPGA的人脸识别门禁装置，所述摄像头通过图像解码器与FPGA相连接。图像解码器用于将摄像头采集的数据转化为FPGA可以直接处理的格式。
一种门禁装置的人脸识别方法，其特别之处在于，包括以下步骤a).判断键入密码是否正确，FPGA判断使用者通过按键键入的数字密码是否正确，如正确，执行步骤b);如不正确，则通过语音模块发出“重新输入密码”的语音提示；b).提示采集人脸图像，通过语音模块发出“请将脸部靠近摄像头处”的语音提示，以便对使用者的脸部图像进行采集；
c).采集合适的人脸图像，FPGA通过摄像头获取使用者脸部的图像，通过对人脸图像上两瞳孔连线尺寸大小和倾斜度的判断，获取尺寸合适的图像；如果两瞳孔连线尺寸过小，则发出“请靠近摄像头”的语音警告，如果两瞳孔连线尺寸过大，则发出“请远离摄像头”的语音警告；如果两瞳孔连线向右倾斜，则发出“请将头部向左倾斜”的语音警告，如果两瞳孔连线向左倾斜，则发出“请将头部向右倾斜”的语音警告；直至采集到合适的人脸图像；d).图像对比，将采集到的人脸图像与预先存储的模板图像进行对比，判断模板图像中是否存在与采集到的人脸图像相一致的图像；如存在，则执行步骤e);如不存在，则执行步骤f)；
e).打开电子门锁，FPGA发出控制信号，打开电子门锁；f).发出报警信号，通过语音模块发出报警信号，以警示有人要非法进入。本发明的有益效果是本发明的基于FPGA的人脸识别门禁装置及方法，通过按键输入预先设置好的简易密码，语音将提示采集人脸图像，图像解码器将采集到的人脸信息暂时存储在数据存储器里，FPGA内部的人脸识别模块将采集到的图像信息与预先存储在数据存储器里的模板图像(具有门禁权限的人的人脸图像)进行预处理及比对，得到比对结果，根据比对结果决定电子门锁是否打开；若判定不是一人，则产生报警。由于采用了 FPGA来对人脸图像数据进行处理，具有比微处理器更快的速度，也避免了采用服务器所带来的成本高的问题；在判断对人脸图像采集的过程中，通过对两瞳孔连线尺寸大小和倾斜度的判断，来实时地以语音形式提醒使用者，可高效、迅速地采集出符合标准的图像。
图1为本发明的基于FPGA的人脸识别门禁装置的电路原理框图。图中1 FPGA，2电源，3按键，4摄像头，5图像解码器，6数据存储器，7报警器，8电子门锁，9语音模块。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，给出了本发明的基于FPGA的人脸识别门禁装置的电路原理框图，其包括FPGA1、电源2、按键3、摄像头4、图像解码器5、数据存储器6、报警器7、电子门锁8以及语音模块9。FPGAl实现数据采集、运算和控制作用，FPGAl为整个人脸识别系统的核心；对采集到得人脸图像的实时处理；完成采集图像与存储图像的比对；根据比对结果做出响应，决定是否打开电子门锁8。电源2为系统提供稳定的电源。按键3采用数字按键形式，用于输入验证所需的密码，也可用于设置装置的工作状态。摄像头4用于人像的采集；图像解码器5用于将输入图像信息解码，提供给FPGA做进一步处理。数据存储器6预先存储具有门禁权限的人的人脸图像；语音模块9用于对操作者的语音提示；电子门锁8用于开关大门；报警器7用于验证不通过时产生报警。
本发明的门禁装置的人脸识别方法，包括以下步骤
a).判断键入密码是否正确，FPGAl判断使用者通过按键3键入的数字密码是否正确，如正确，执行步骤b);如不正确，则通过语音模块9发出“重新输入密码”的语音提示；
b).提示采集人脸图像，通过语音模块发出“请将脸部靠近摄像头处”的语音提示，以便对使用者的脸部图像进行采集；
c).采集合适的人脸图像，FPGA通过摄像头获取使用者脸部的图像，通过对人脸图像上两瞳孔连线尺寸大小和倾斜度的判断，获取尺寸合适的图像；如果两瞳孔连线尺寸过小，贝U发出“请靠近摄像头”的语音警告，如果两瞳孔连线尺寸过大，则发出“请远离摄像头”的语音警告；如果两瞳孔连线向右倾斜，则发出“请将头部向左倾斜”的语音警告，如果两瞳孔连线向左倾斜，则发出“请将头部向右倾斜”的语音警告；直至采集到合适的人脸图像；
d).图像对比，将采集到的人脸图像与预先存储的模板图像进行对比，判断模板图像中是否存在与采集到的人脸图像相一致的图像；如存在，则执行步骤e);如不存在，则执行步骤f);
e).打开电子门锁，FPGA发出控制信号，打开电子门锁8；
f).发出报警信号，通过语音模块发出报警信号，以警示有人要非法进入。本发明的基于FPGA的人脸识别门禁装置及方法，通过按键输入预先设置好的简易密码，语音将提示采集人脸图像，图像解码器将采集到的人脸信息暂时存储在数据存储器里，FPGA内部的人脸识别模块将采集到的图像信息与预先存储在数据存储器里的模板图像(具有门禁权限的人的人脸图像)进行预处理及比对，得到比对结果，根据比对结果决定电子门锁是否打开；若判定不是一人，则产生报警。
权利要求
1.一种基于FPGA的人脸识别门禁装置，包括起运算和控制作用的FPGA、用于提供电能的电源(2)以及用于采集人脸图像的摄像头(4);其特征在于所述FPGA连接有用于键入密码的按键(3)、产生报警信号的报警器(7)以及播放语音信息的语音模块(9)，FPGA的输出端与电子门锁(8)的控制端相连接。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的人脸识别门禁装置，其特征在于所述FPGA(I)连接有存储人脸图像信息的数据存储器(6 )。
3.根据权利要求1或2所述的基于FPGA的人脸识别门禁装置，其特征在于所述摄像头(4)通过图像解码器(5)与FPGA (I)相连接。
4.一种基于权利要求1所述的门禁装置的人脸识别方法，其特征在于，包括以下步骤a).判断键入密码是否正确，FPGA(I)判断使用者通过按键(3)键入的数字密码是否正确，如正确，执行步骤b);如不正确，则通过语音模块(9)发出“重新输入密码”的语音提示；b).提示采集人脸图像，通过语音模块发出“请将脸部靠近摄像头处”的语音提示，以便对使用者的脸部图像进行采集；c).采集合适的人脸图像，FPGA通过摄像头获取使用者脸部的图像，通过对人脸图像上两瞳孔连线尺寸大小和倾斜度的判断，获取尺寸合适的图像；如果两瞳孔连线尺寸过小，则发出“请靠近摄像头”的语音警告，如果两瞳孔连线尺寸过大，则发出“请远离摄像头”的语音警告；如果两瞳孔连线向右倾斜，则发出“请将头部向左倾斜”的语音警告，如果两瞳孔连线向左倾斜，则发出“请将头部向右倾斜”的语音警告；直至采集到合适的人脸图像；d).图像对比，将采集到的人脸图像与预先存储的模板图像进行对比，判断模板图像中是否存在与采集到的人脸图像相一致的图像；如存在，则执行步骤e);如不存在，则执行步骤f);e).打开电子门锁，FPGA发出控制信号，打开电子门锁(8)；f).发出报警信号，通过语音模块发出报警信号，以警示有人要非法进入。
全文摘要
本发明的基于FPGA的人脸识别门禁装置，包括FPGA、电源和摄像头；特征在于所述FPGA连接有用于键入密码的按键、产生报警信号的报警器以及播放语音信息的语音模块，FPGA的输出端与电子门锁的控制端相连接。本发明的人脸识别方法，包括a).判断键入密码是否正确；b).提示采集人脸图像；c).采集合适的人脸图像；d).图像对比；e).打开电子门锁；f).发出报警信号。由于采用了FPGA，具有比微处理器更快的速度，也避免了采用服务器所带来的成本高的问题；在判断对人脸图像采集的过程中，通过对两瞳孔连线尺寸大小和倾斜度的判断，来实时地以语音形式提醒使用者，可高效、迅速地采集出符合标准的图像。
文档编号G07C9/00GK103035049SQ20121053281
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者张传锋, 许野平 申请人:山东神思电子技术股份有限公司