一种基于人脸检测和识别的门禁系统的制作方法

本发明涉及门禁系统，尤其是涉及一种基于人脸检测和识别的门禁系统，属于数字图像处理与计算机视觉技术领域。

背景技术：

随着社会经济的迅速发展，人民的生活水平达到了小康社会的水平，大家的安防意识也越来越高。而在智慧城市的发展中，如何利用新的人工智能技术来设计可靠性、安全性高的门禁系统成为了焦点。门禁系统因其智能化、自动化等特点倍受青睐。与此同时，人脸识别技术的发展势不可挡，它是基于生物特征识别技术的身份认证中最主要的方法之一。与虹膜、指纹等特征相比，它以具有直接、友好和方便的特点使得群众很容易接受这种身份鉴别方式。因此，以人脸检测和识别为基础的门禁系统近年来备受市场瞩目。它不仅对出入权限进行了有效的自动化管理，也免去了忘带钥匙或卡的烦恼，且若有人员变动只需要重新对人脸进行注册即可。

虽然人脸识别技术已经发展了半个世纪，但计算机识别人脸依然受到人脸表情丰富、光照、角度等因素的影响，导致识别效果不佳。目前市场上的部分门禁系统在限制人脸数据库规模、成像理想条件、用户配合的条件下，其识别性能都已高达90%以上。而在光照变化复杂的应用条件下，人脸识别的性能仍是一项具有挑战性的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于人脸检测和识别的门禁系统，它能够克服光照的影响，自主地鉴别真人，然后检测到人脸并识别其身份，并及时更新数据库以适应人群的变化，提高了门禁处的智能性及安全性。

本发明提供一种基于人脸检测和识别的门禁系统，门禁系统包含人脸识别终端模块、服务器模块、门禁控制器模块、通信模块、语音模块；人脸识别终端模块包含人脸图像采集模块，人脸识别终端模块通过通信模块连接服务器模块、门禁控制器模块、语音模块；

人脸识别终端模块用于接收人脸图像采集模块采集的人脸图像信息，并识别、判断人脸图像信息；人脸图像采集模块用于采集人脸图像信息，人脸图像采集模块由红外摄像头和可见光摄像头构成；

服务器模块用于接收人脸识别终端模块传送的人脸图像信息，并对人脸图像信息进行人脸检测和特征提取；

门禁控制器模块用于接收服务器模块信号并控制门禁系统；

通信模块用于门禁系统整体信息传输；

语音模块用于接收服务器模块信号并进行语音报警及语音提示；

人脸识别终端模块首先通过人脸图像采集模块采集图像，当判断是真人，而非照片或者视频伪造物的时候，此时忽略可见光摄像头的检测结果，同时通过通信模块将采集到的人脸图像信息传输至服务器模块中，服务器模块进行人脸检测和特征提取，再将该人脸图像与数据库中已注册的人脸图像进行比对；

若该人脸图像信息存在于数据库中即识别成功，则服务器模块通过通信模块给门禁控制器模块发送“开门”信号，电控锁就会开门；同时给语音模块发送信号，播放“识别成功”提示音；

若数据库中不包含该人脸图像信息，则服务器模块通过通信模块给门禁控制器模块发送“不开门”信号，电控锁就不会开门；同时给语音模块发送信号，播放“不具备开门权限”提示音；

服务器模块并将保存该人脸图像信息，管理员查看后可自行决定是否开门，管理员可手动给门禁控制器模块发送开门信号；

若人脸识别终端模块的红外摄像头判断出非真人，而同时可见光摄像头检测到人脸的时候，则认为有人拿照片或者视频企图冒充他人开门，即认为有入侵，则服务器模块通过通信模块给语音模块发送信号，播报“有入侵”提示音，并可通过通信模块进行报警或通知系统管理员。

该门禁系统还包括可见光数据库和红外数据库，可见光数据库由可见光人脸图像构成，而红外数据库由红外人脸图像构成，为适应人群的日常改变，红外数据库中的图像在每次识别成功后进行更新。

该门禁系统还包含出门按钮及电控门，出门按钮及电控门与门禁控制器模块连接。

该门禁系统的工作过程为：

a.人脸图像采集模块:采用近红外摄像头的识别系统能够消除可见光人脸图片中光照变化的影响，从而产生光照均衡的人脸图片，而且对于相片或者视频等无生命载体不能在热成像仪中形成温谱图的伪造物，近红外识别系统在识别的第一步就能够轻松剔除；

b.人脸数据库的建立与训练：利用近红外摄像头和可见光摄像头建立一个包含红外图像和可见光图像的数据库，该数据库包含N类，每一类包含几张不同姿态、表情的红外图像和面部表情端正的可见光图像，归一化样本库中的图片，并提取子空间特征，且利用主成分分析算法提取子空间特征的同时能够也对该特征进行降维；

c.人脸检测和特征提取模块：采用基于机器学习的Adaboost人脸检测算法定位出人脸部分，并利用主成分分析算法提取人脸的子空间特征；

d.人脸识别模块：采用人脸识别算法对检测出的人脸进行识别，并将识别结果发送给服务器；

e.电控锁控制器模块：门禁控制器接收到服务器传送的人脸识别成功与否的信号后，执行相应操作控制电控锁开门或者关门；

f.语音提示模块：语音提示模块接受到服务器传送的人脸识别成功与否的信号后，执行相应的语音播报提示；

g.入侵检测模块：在红外摄像头模块检测出存在真人后，则忽略可见光摄像头模块的检测结果，继续执行人脸检测和识别操作；而若检测出不存在真人后，同时可见光摄像头模块检测到人脸，则认为有人入侵；

i.数据库更新模块：对于可见光图像的数据库不进行更新，而近红外图像的数据库在每次识别成功后就更新，以适应人群的变化。

发明的有益效果为：本发明提供了一种基于人脸检测和识别的门禁系统，所述系统包括：人脸图像采集、数据库训练、人脸检测、人脸识别、电控锁控制器、语音提示、入侵检测、数据库更新这些主要模块。该门禁系统能够自主地判断是否为真人后，检测门禁处的人脸图像，并与数据库中已注册的人群比较识别其身份信息，而后电控锁控制器根据识别结果来决定是否开门。本发明完全实现门禁系统的智能化，无需人员的参与，大大减少了人力资源，也提高了门禁处的安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的人脸检测和识别流程图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，例举以下实施例，并详细说明如下：

本发明的结构示意图参考图1，一种基于人脸检测和识别的门禁系统主要包含人脸识别终端模块、服务器模块、门禁控制器模块、通信模块、语音模块。

本发明的人脸检测和识别流程图参考图2，人脸识别终端模块首先通过红外摄像头采集图像，并判断是真人，而非照片或者视频等伪造物的时候，忽略可见光摄像头模块的检测结果，同时通过通信模块将采集到的人脸图像传输至服务器中，进行人脸检测和特征提取，再将该人脸图像与数据库中已注册的人脸图像进行比对。若存在于数据库中即识别成功，则服务器通过通信模块给门禁控制器发送“开门”信号，电控锁就会开门；同时给语音提示模块发送信号，播放“识别成功”提示音。若数据库中不包含该人脸图像，则服务器通过通信模块给门禁控制器发送“不开门”信号，电控锁就不会开门；同时给语音提示模块发送信号，播放“不具备开门权限”提示音；另外，服务器将保存该图像，管理员查看后可自行决定是否开门，若想开门，则可手动给门禁控制器发送开门信号。

若是人脸识别终端模块的红外摄像头模块判断出非真人，而同时可见光摄像头模块检测到人脸的时候，则认为有人拿照片或者视频企图冒充他人开门，即认为有入侵，则服务器通过通信模块给语音提示模块发送信号，播报“有入侵”提示音。

本发明构建了可见光数据库和红外数据库，可见光数据库由可见光人脸图像构成，而红外数据库由红外人脸图像构成。而为了适应人群的日常改变，红外数据库中的图像将在每次识别成功后进行更新。

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于人脸检测和识别的门禁系统，它能够让有权限进入门禁处的人群无需刷卡、输入密码或者指纹识别等操作，只需在人脸检测和识别终端的范围内前站定刷脸，在判断出是真人而非照片或者视频伪造物后，进行人脸检测和识别并显示来客身份，并语音提示“识别成功”，同时门禁控制器控制电控锁开门。若是不具备开门权限，则语音提示“不具备开门权限”，并将此人照片发送到后台管理服务器，管理人员看到后可决定是否开门。而若判断出非真人且检测到人脸的时候，则语音提示“有入侵”。

本发明目的通过以下技术方案来实现，包括以下步骤：

a.人脸图像采集模块:采用近红外摄像头的识别系统能够消除可见光人脸图片中光照变化的影响，从而产生光照均衡的人脸图片。而且对于相片或者视频等无生命载体不能在热成像仪中形成温谱图的伪造物，近红外识别系统在识别的第一步就能够轻松剔除。故在本发明中采用近红外摄像头和可见光摄像头构成人脸图像采集模块。

b.人脸数据库的建立与训练：利用近红外摄像头和可见光摄像头建立一个包含红外图像和可见光图像的数据库，该数据库包含N类，每一类包含几张不同姿态、表情的红外图像和面部表情端正的可见光图像。归一化样本库中的图片，并提取子空间特征，且利用主成分分析算法提取子空间特征的同时能够也对该特征进行降维；

c.人脸检测和特征提取模块：采用基于机器学习的Adaboost人脸检测算法定位出人脸部分，并利用主成分分析算法提取人脸的子空间特征；

d.人脸识别模块：采用人脸识别算法对检测出的人脸进行识别，并将识别结果发送给服务器；

e.电控锁控制器模块：门禁控制器接受到服务器传送的人脸识别成功与否的信号后，执行相应操作控制电控锁开门或者关门；

f.语音提示模块：语音提示模块接受到服务器传送的人脸识别成功与否的信号后，执行相应的语音播报提示；

g.入侵检测模块：在红外摄像头模块检测出存在真人后，则忽略可见光摄像头模块的检测结果，继续执行人脸检测和识别等操作。而若在检测出不存在真人后，同时可见光摄像头模块检测到人脸，则认为有人入侵；

i.数据库更新模块：对于可见光图像的数据库不进行更新，而近红外图像的数据库在每次识别成功后就更新，以适应人群的变化。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。