一种基于面部识别的智能门禁系统的制作方法
本发明涉及智能门禁系统技术领域，具体为一种基于面部识别的智能门禁系统。
背景技术：
智能门禁系统，顾名思义就是对出入口通道进行管制的一类系统，它是在传统的门锁基础上发展而来的。传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置，无论结构设计多么的合理，以及材料多么的坚固，人们总能通过各种手段把它打开，且在人流量很大的通道时，对机械门锁钥匙的管理很麻烦，若钥匙丢失或人员更换都要对机械门锁进行更换。针对上述问题，则衍生出了智能门禁系统，它具有操作方便、安全系数高、方便通行和简化管理流程等优点。
但在现有的智能门禁系统中，不能够实现在识别过程中，既避免直射面部又可达到有效的补光操作；同时不能够对一次识别，多人通过的情况进行警示；且难以实现自主学习的情况。
为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于面部识别的智能门禁系统。
本发明所要解决的技术问题如下：
(1)如何实现在识别过程中，既避免直射面部又可达到有效的补光操作；
(2)如何解决在一次识别、多人通过时，对周围住户或相关人员起到警示的作用；
(3)如何提供一种有效的方式，来实现自主学习。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于面部识别的智能门禁系统，包括人脸检测模块、信息采集模块、角度计算模块、控制器、光源控制模块、发光元件、数据处理模块、室内响应模块、业主允通模块、蓝牙互联模块、门禁控制模块、安全门、红外传感器、警报模块、数据库、录入模块和显示模块；
所述人脸检测模块用于检测人脸图像，以及自动的过滤非人脸区域，且自动的过滤非人脸区域即为自动的对人脸图像以外的背景进行填充或虚化，可参照现有的人脸图像处理技术，以免背景中存在一些反光或遮挡的情况而影响检测精度，所述人脸检测模块用于将检测到的人脸图像传递到信息采集模块；所述信息采集模块用于采集人脸图像中的位置信息，所述信息采集模块用于将采集的位置信息传输到角度计算模块；所述角度计算模块用于根据信息采集模块采集的位置信息，来对发光元件在照射时的安全角度进行计算，以避免直射眼部和达不到有效的补光，从而影响检测精度，所述角度计算模块在接收到信息采集模块采集的位置信息时即开始进行计算操作，具体步骤如下：
步骤一：利用激光测距技术分别测算出发光元件与人脸鼻子处的直线距离l1和发光元件与人脸的直线距离l2；
步骤二：利用公式
步骤三：再利用激光测距技术测算出发光元件与人脸下巴处的直线距离l3；
步骤四：利用公式
所述角度计算模块在实时获取到避免直射眼部的角度α和无效的照射角度β时，会立即计算得出安全角度为α-β，此时角度计算模块会向控制器传输控制信号；所述控制器在接收到角度计算模块传输的控制信号时，会将控制信号传输到光源控制模块；所述光源控制模块用于接收控制器传输的控制信号，所述光源控制模块用于根据控制信号来控制发光元件旋转，以改变发光角度；所述发光元件可为补光灯、照明灯；
系统运行前期会涉及到一个数据灌输阶段，并在位于数据灌输阶段时，所述信息采集模块还用于采集人脸图像中的特征信息，所述信息采集模块还用于将特征信息传递到数据处理模块；所述数据处理模块用于整理信息采集模块中采集的特征信息，所述数据处理模块用于将整理的特征信息传输至室内响应模块；所述室内响应模块用于在接收到整理的特征信息时，发出声响提示室内人员，所述室内响应模块还用于将整理的特征信息传输到业主允通模块；所述业主允通模块用于控制安全门的开闭，所述业主允通模块还用于将整理的特征信息传输到蓝牙互联模块；所述蓝牙互联模块在接收到特征信息时，会将特征信息在业主手机进行显示，便于业主进行对到访人员进行查看，所述蓝牙互联模块还用于将业主的处理信号传输至业主允通模块，所述蓝牙互联模块与业主手机之间通过蓝牙相连；
系统运行中期会涉及到一个数据计算阶段，并在位于数据计算阶段时，所述数据处理模块还用于根据整理的特征信息来对所有来访人员进行自主评判操作，所述数据处理模块在接收到信息采集模块传输的特征信息时即开始进行自主评判，具体步骤如下：
步骤一：获取到一段时期内所有来访人员的记录，并将这段时期内的所有来访人员对应标记为ri，i＝1...n；
步骤二：获取到这段时期内的所有来访人员中，每个人相对应的总进出次数，并将其标记为zi，i＝1...n，且zi与ri一一对应；
步骤三：获取到这段时期内的所有来访人员中，每个人相对应的每一次进出停留时间，并将其标记为yij，i＝1...m，j＝1...n，即可认为在当i＝1时，有y1j与r1相对应，并在j＝1...n时，表示r1的每一次进出停留时间；
步骤四：获取到这段时期内的所有来访人员中，每个人相对应的总进出停留时间ti，i＝1...n，且ti与ri一一对应；
步骤五：根据公式
步骤六：根据公式
其中，一段时期可界定为由人脸检测模块初次检测到该人脸图像后的一段时间，所述数据处理模块在获取到这段时期内的所有来访人员中，每个人相对应的每次停留时长的离散系数lp后，会对其数值从小到大进行排序，同时也会对这段时期内的所有来访人员中，每个人所一一对应的ui、zi和ti的数值从大到小进行排序，当lp中的最小值所对应的来访人员ri，与ui、zi和ti中任意两项的最大值所对应的来访人员ri为同一人时，则自主评判该来访人员ri为熟人；
系统运行后期会涉及到一个数据判定阶段，并在位于数据判定阶段时，所述数据处理模块还可用于将熟人的特征信息进行记录，并标定为安全数据传输至数据库内进行存储；所述安全数据用于数据处理模块在后续的识别时进行比对，所述数据处理模块在比对到一致的特征信息时，会自动的向控制器传输开门信号；所述控制器在接收到数据处理模块传输的开门信号时，会将开门信号传输到门禁控制模块；所述门禁控制模块在接收到数据处理模块传输的开门信号时，会控制安全门开启，所述门禁控制模块用于控制安全门的开关，以达到自主学习的效果；所述数据处理模块在未比对到安全数据时，会将此人在信息采集模块中采集到的相应特征信息传输至室内响应模块；所述室内响应模块还用于将此人相应的特征信息传输到业主允通模块；所述业主允通模块用于控制安全门的开闭，所述业主允通模块还用于将此人相应的特征信息传输到蓝牙互联模块；所述蓝牙互联模块在接收到此人相应的特征信息时，会在业主手机进行显示，所述蓝牙互联模块还用于将业主的处理信号传输至业主允通模块，所述蓝牙互联模块与业主手机之间通过蓝牙相连，且根据业主的处理信号来控制安全门的开闭，便于业主实时的了解到访情况。
进一步地，所述录入模块用于录入及删除登记在数据库中的特征信息，便于业主对能够自动控制安全门开启的人员进行把控。
进一步地，所述红外传感器用于实时监测人员通过的数量信息，并将人员通过的数量信息传输到控制器，所述控制器在人员通过的数量信息超过预设值时，会向警报模块传输报警信号，所述警报模块在接收到控制器传输的报警信号时，会自动的发出报警，以对周围住户或相关人员起到警示的效果。
进一步地，所述特征信息可为人脸中两眼的间距、鼻宽、眼窝的深度、两耳的间距和两眉的间距。
进一步地，所述数据处理模块还可用于将zi、ti和ui传输至控制器，所述控制器会将zi、ti和ui传输到显示模块进行实时显示，以供业主在进出时查看。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过信息采集模块将采集到的位置信息传输至角度计算模块，角度计算模块会依据位置信息来计算得出避免直射眼部的角度α和无效的照射角度β，并立即得到安全角度为α-β，同时角度计算模块会向控制器传输控制信号，而控制器在接收到控制信号时，会实时的传输到光源控制模块，进而通过光源控制模块来控制发光元件运动至安全角度，以免在识别过程中，灯光直射面部，以及难以达到有效的补光操作；
(2)本发明通过红外传感器实时监测人员通过的数量信息，如果人员通过的数量超过预设值时，会自动的通过警报模块发出报警，且警报模块可为报警器、蜂鸣器，以对周围住户或相关人员起到警示的效果，防止一人识别，多人通过的情况发生，进而影响住户的人身及财产安全；
(3)本发明通过数据处理模块来对信息采集模块传输的特征信息进行自主评判操作，在获取到这段时期内的所有来访人员中，每个人相对应的lp、ui、zi和ti的数值时，即对这段时期内的所有来访人员中的每个人ri进行评判，当lp中的最小值所对应的来访人员ri，与ui、zi和ti中任意两项的最大值所对应的来访人员ri为同一人时，则认定该来访人员ri为熟人，且数据处理模块还会对所认定的熟人的特征信息进行记录，并标定为安全数据传输至数据库内进行存储，以便在日后比对到安全数据时，自动的通过控制器驱动控制门禁控制模块将安全门打开，以实现自主学习的过程。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于面部识别的智能门禁系统，包括人脸检测模块、信息采集模块、角度计算模块、控制器、光源控制模块、发光元件、数据处理模块、室内响应模块、业主允通模块、蓝牙互联模块、门禁控制模块、安全门、红外传感器、警报模块、数据库、录入模块和显示模块；
所述人脸检测模块用于检测人脸图像，以及自动的过滤非人脸区域，且自动的过滤非人脸区域即为自动的对人脸图像以外的背景进行填充或虚化，可参照现有的人脸图像处理技术，进而检测到最佳效果的人脸图像，以免背景中存在一些反光或遮挡的情况而影响检测精度，所述人脸检测模块用于将检测到的人脸图像传递到信息采集模块；所述信息采集模块用于采集人脸图像中的位置信息，所述信息采集模块用于将采集的位置信息传输到角度计算模块；所述角度计算模块用于根据信息采集模块采集的位置信息，来对发光元件在照射时的安全角度进行计算，以避免直射眼部和达不到有效的补光，从而影响检测精度，所述角度计算模块在接收到信息采集模块采集的位置信息时即开始进行计算操作，具体步骤如下：
步骤一：利用激光测距技术分别测算出发光元件与人脸鼻子处的直线距离l1和发光元件与人脸的直线距离l2；
步骤二：利用公式
步骤三：再利用激光测距技术测算出发光元件与人脸下巴处的直线距离l3；
步骤四：利用公式
所述角度计算模块在实时获取到避免直射眼部的角度α和无效的照射角度β时，会立即计算得出安全角度为α-β，此时角度计算模块会向控制器传输控制信号；所述控制器在接收到角度计算模块传输的控制信号时，会将控制信号传输到光源控制模块；所述光源控制模块用于接收控制器传输的控制信号，所述光源控制模块用于根据控制信号来控制发光元件旋转，以改变发光角度；所述发光元件可为补光灯、照明灯；
系统运行前期会涉及到一个数据灌输阶段，并在位于数据灌输阶段时，所述信息采集模块还用于采集人脸图像中的特征信息，所述信息采集模块还用于将特征信息传递到数据处理模块；所述数据处理模块用于整理信息采集模块中采集的特征信息，所述数据处理模块用于将整理的特征信息传输至室内响应模块；所述室内响应模块用于在接收到整理的特征信息时，发出声响提示室内人员，所述室内响应模块还用于将整理的特征信息传输到业主允通模块；所述业主允通模块用于控制安全门的开闭，所述业主允通模块还用于将整理的特征信息传输到蓝牙互联模块；所述蓝牙互联模块在接收到特征信息时，会将特征信息在业主手机进行显示，便于业主进行对到访人员进行查看，所述蓝牙互联模块还用于将业主的处理信号传输至业主允通模块，所述蓝牙互联模块与业主手机之间通过蓝牙相连；
系统运行中期会涉及到一个数据计算阶段，并在位于数据计算阶段时，所述数据处理模块还用于根据整理的特征信息来对所有来访人员进行自主评判操作，所述数据处理模块在接收到信息采集模块传输的特征信息时即开始进行自主评判，具体步骤如下：
步骤一：获取到一段时期内所有来访人员的记录，并将这段时期内的所有来访人员对应标记为ri，i＝1...n；
步骤二：获取到这段时期内的所有来访人员中，每个人相对应的总进出次数，并将其标记为zi，i＝1...n，且zi与ri一一对应；
步骤三：获取到这段时期内的所有来访人员中，每个人相对应的每一次进出停留时间，并将其标记为yij，i＝1...m，j＝1...n，即可认为在当i＝1时，有y1j与r1相对应，并在j＝1...n时，表示r1的每一次进出停留时间；
步骤四：获取到这段时期内的所有来访人员中，每个人相对应的总进出停留时间ti，i＝1...n，且ti与ri一一对应；
步骤五：根据公式
步骤六：根据公式
其中，一段时期可界定为由人脸检测模块初次检测到该人脸图像后的一段时间，所述数据处理模块在获取到这段时期内的所有来访人员中，每个人相对应的每次停留时长的离散系数lp后，会对其数值从小到大进行排序，同时也会对这段时期内的所有来访人员中，每个人所一一对应的ui、zi和ti的数值从大到小进行排序，当lp中的最小值所对应的来访人员ri，与ui、zi和ti中任意两项的最大值所对应的来访人员ri为同一人时，则自主评判该来访人员ri为熟人；
系统运行后期会涉及到一个数据判定阶段，并在位于数据判定阶段时，所述数据处理模块还可用于将熟人的特征信息进行记录，并标定为安全数据传输至数据库内进行存储；所述安全数据用于数据处理模块在后续的识别时进行比对，所述数据处理模块在比对到一致的特征信息时，会自动的向控制器传输开门信号；所述控制器在接收到数据处理模块传输的开门信号时，会将开门信号传输到门禁控制模块；所述门禁控制模块在接收到数据处理模块传输的开门信号时，会控制安全门开启，所述门禁控制模块用于控制安全门的开关，以达到自主学习的效果；所述数据处理模块在未比对到安全数据时，会将此人在信息采集模块中采集到的相应特征信息传输至室内响应模块；所述室内响应模块还用于将此人相应的特征信息传输到业主允通模块；所述业主允通模块用于控制安全门的开闭，所述业主允通模块还用于将此人相应的特征信息传输到蓝牙互联模块；所述蓝牙互联模块在接收到此人相应的特征信息时，会在业主手机进行显示，所述蓝牙互联模块还用于将业主的处理信号传输至业主允通模块，所述蓝牙互联模块与业主手机之间通过蓝牙相连，且根据业主的处理信号来控制安全门的开闭，便于业主实时的了解到访情况。
进一步地，所述录入模块用于录入及删除登记在数据库中的特征信息，便于业主对能够自动控制安全门开启的人员进行把控。
进一步地，所述红外传感器用于实时监测人员通过的数量信息，并将人员通过的数量信息传输到控制器，所述控制器在人员通过的数量信息超过预设值时，会向警报模块传输报警信号，所述警报模块在接收到控制器传输的报警信号时，会自动的发出报警，以对周围住户或相关人员起到警示的效果。
进一步地，所述特征信息可为人脸中两眼的间距、鼻宽、眼窝的深度、两耳的间距和两眉的间距。
进一步地，所述数据处理模块还可用于将zi、ti和ui传输至控制器，所述控制器会将zi、ti和ui传输到显示模块进行实时显示，以供业主在进出时查看。
一种基于面部识别的智能门禁系统，在工作时先通过人脸检测模块将检测到的人脸图像传输至信息采集模块，之后信息采集模块将采集到的人脸图像中的位置信息传输至角度计算模块，并利用角度计算模块立即计算得出安全角度α-β，同时向控制器传输控制信号，使得光源控制模块在接收到控制信号后，来控制发光元件运动至安全角度α-β，以免在识别过程中，灯光直射面部，以及难以达到有效的补光操作；
且人脸检测模块在检测出人脸图像时，可由信息采集模块将人脸图像中的特征信息进行采集，之后传输至数据处理模块，并通过数据处理模块将特征信息进行整理后传输至室内响应模块，同时室内响应模块可发出声响来提示室内人员，之后室内响应模块将整理后的特征信息传输至业主允通模块，并由业主允通模块传输至蓝牙互联模块，蓝牙互联模块与业主手机之间通过蓝牙相连，进而将整理后的特征信息在业主手机进行显示，且蓝牙互联模块还可将业主的处理信号传输至业主允通模块，并通过业主允通模块来控制安全门的开启，便于业主实时了解来访人员的信息；同时数据处理模块还可根据整理的特征信息来对所有的到访人员进行自主评判，在获取到这段时期内的所有来访人员中，每个人相对应的lp、ui、zi和ti的数值时，即对这段时期内的所有来访人员中的每个人ri进行评判，并依据lp中的最小值所对应的来访人员ri，与ui、zi和ti中任意两项的最大值所对应的来访人员ri为同一人时，则认定该来访人员ri为熟人，之后通过数据处理模块对所认定的熟人的特征信息进行记录，并标定为安全数据传输至数据库内进行存储，当在日后比对到安全数据时，自动的将处理信号传输至控制器，并驱动控制门禁控制模块将安全门打开，当在日后未比对到安全数据时，则同样的通过数据处理模块将其在信息采集模块中采集到的相应特征信息传输至室内响应模块，室内响应模块可发出声响来提示室内人员，之后室内响应模块将整理后的特征信息传输至业主允通模块，并由业主允通模块传输至蓝牙互联模块，蓝牙互联模块与业主手机之间通过蓝牙相连，进而将整理后的特征信息在业主手机进行显示，且蓝牙互联模块还可将业主的处理信号传输至业主允通模块，并通过业主允通模块来控制安全门的开启，进而达到实现自主学习的效果；
且红外传感器可实时监测人员通过的数量信息，当人员通过的数量超过预设值时，会自动的通过警报模块发出报警，以对周围住户或相关人员起到警示的效果，防止一人识别，多人通过的情况发生，进而影响住户的人身及财产安全。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明通过信息采集模块将采集到的位置信息传输至角度计算模块，角度计算模块会依据位置信息来计算得出避免直射眼部的角度α和无效的照射角度β，并立即得到安全角度为α-β，同时角度计算模块会向控制器传输控制信号，而控制器在接收到控制信号时，会实时的传输到光源控制模块，进而通过光源控制模块来控制发光元件运动至安全角度，以免在识别过程中，灯光直射面部，以及难以达到有效的补光操作；
(2)本发明通过红外传感器实时监测人员通过的数量信息，如果人员通过的数量超过预设值时，会自动的通过警报模块发出报警，且警报模块可为报警器、蜂鸣器，以对周围住户或相关人员起到警示的效果，防止一人识别，多人通过的情况发生，进而影响住户的人身及财产安全；
(3)本发明通过数据处理模块来对信息采集模块传输的特征信息进行自主评判操作，在获取到这段时期内的所有来访人员中，每个人相对应的lp、ui、zi和ti的数值时，即对这段时期内的所有来访人员中的每个人ri进行评判，当lp中的最小值所对应的来访人员ri，与ui、zi和ti中任意两项的最大值所对应的来访人员ri为同一人时，则认定该来访人员ri为熟人，且数据处理模块还会对所认定的熟人的特征信息进行记录，并标定为安全数据传输至数据库内进行存储，以便在日后比对到安全数据时，自动的通过控制器驱动控制门禁控制模块将安全门打开，以实现自主学习的过程。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
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