人脸识别门禁系统设计开题报告

1.1 研究背景：

（1）国外现状

人脸识别(FaceRecognition)^[1]属于模式识别领域的重要课题之一，在门禁系统、安防系统、考勤系统、刑事案件侦破等领域都已有广泛的应用。随着计算机技术、通信技术的飞速发展和3C^[2](计算机、通信、消费电子)的融合,嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中。人脸识别技术^[3]是一种生物识别技术，出现于指纹识别、虹膜识别以及声音识别等生物识别技术之后，因其方便、经济、符合人们普遍的识别方式等优势，受到了越来越广泛的关注。人脸识别需要摄像头来采集图像，而摄像头的发展便要追溯到上世纪上世纪80年代初，马尔博士经过多年参与机器视觉的研发，他从图像处理角度认为机器视觉大致分为三个层次：原理层次、软件层次和硬件层次，是第一个提出了比较系统完整的视觉结构图。后来又经过人们的研究，第一次引用并应用了自主机器识别系统，把物种视觉的理念与看法结合在了一起，突出了视觉机器系统的觉察性、理念性以及可行性。之后又有科学家完成了以联合检测传感器为基础的研究实验，打破了主动视觉，从此以后，摄像机就被用作视觉检验。到目前为止，我们的生活中仍然使用着机器视觉，它仍有着非常的用处，提供巨大的帮助。现在许多外国的科研人员注重研究内部算法可以更大程度的研究机器视觉，例如：使用Hough变换的方法，从摄像头拍摄到的信息中提取外界环境标志物；采用SSD算法，并用数据测量采用自适应滤波处理，可减少误差测量。还有使用面部图像的摄像头，检测到人脸再使用Haar人脸跟踪算法^[4]，主成分分析（PCA）^[5]和线性判别分析（LDA）算法。随着人脸识别技术^[6]的发展和RFID技术的广泛应用，身份认证的可靠性和效率得到了提高，在公共场所安全检查、小区门禁、考勤管理等领域方面有很重要的实用价值。

（2）国内现状

虽然国内在机器视觉领域的研究发展起步较晚，但也得到了飞速的进步。随着国家政策支持，老百姓生活品质和安全意识的提高，对嵌入式人脸识别门禁系统^[7]有非常大的期望，所以当前,人脸识别门禁系统以其非接触性、稳定性好、采集设备简单及安全性高等优点被广泛应用到公共安全防护,信息保护与管理等领域中,具有良好的市场前景。同时门禁系统也随着自动识别技术的发展而得到拓展，国内从事门禁系统有捷顺、北京青云等多家公司。目前，国内研制和使用的门禁系统主要集中在卡片感应门禁系统和指纹识别门禁系统。随着图像处理和集成设备的不断发展与成熟，指纹识别系统和卡片感应门禁系统的市场体积将会不断缩小，会出现以人脸识别门禁系统为主导的市场流入，加快人民生活质量的提高。随着信息技术的发展以及嵌入式、人脸识别^[8]、计算机网络等技术的提高,人们正在感受着科技带来的便利和益处。目前，我们国家正在以人工智能为国家战略，加大人才进行该方面的研究，大规模数据库快速检索和数据挖掘方法也正在加速研究中。所以未来人脸识别技术^[9]作为生物识别技术研究中的热点之一,以高安全性、便携性,难以伪造等优点用于门禁系统^[10]的身份认证,使门禁系统^[11]更安全,更易被人接受, 而且在当今的社会它已经成为一种不可缺少的工具。事实证明人脸识别能够起到很好的实际应用效果，将来的智能门禁市场在中国具有特别大的发展潜力，从事这方面研究也会加大力度开发科研项目，人脸识别门禁系统会得到越来越多人们的青睐。但是在技术发展阶段同时也存在诸多需要解决的问题,例如，如何对在强背光影响下准确快速的识别人脸?识别的人脸的数据库是否可以扩大？对此运用了远程射频识别(RFID)技术,重构人脸识别标准数据库,缩小了人脸识别的范围,提高了识别速度和识别率,解决了大容量的人脸识别^[12]问题。

1.2 研究目的及意义

随着“互联网 ”产业的深入发展,我国明确将发展人工智能提升到了国家战略层面,而人脸识别技术又是人工智能产业的重要组成部分,人脸识别系统已在政府、军队、银行、电子商务、安防等领域得到广泛的应用,并将继续与传统产业进行深度融合,展现了广阔的发展前景^[13]。而且人民生活水平的不断提高，社会公众安全意识的逐步增强，安全防范也得到人们的广泛关注，而门禁系统^[14]作为整个安防系统的一部分，已经成为安防领域关注点。传统的诸如密码式、卡片式传统式门禁系统在便捷性、人性化以及安全性等方面都存在不足和缺点。目前,随着嵌入式技术以及生物识别技术的不断发展,结合两者的门禁系统技术^[15]已经成为热门研究方向。因此出现了指纹识别，虹膜识别，人脸识别等智能门禁系统，它们安全性高，方便，易管理，门禁系统的应用领域也越来越广。近年来，基于PC机^[16]和单片机^[17-19]的人脸识别门禁系统，通过从前端摄像头获取人脸图像,在PC机上完成识别,然后给单片机发送命令来控制门禁系统，数据匹配，识别成功；数据不匹配，报警器发^[20]出响声。人脸识别主要过程有人脸检测^[21]，人脸图像特征提取^[22]和身份判定，简单易实现，且以其非接触性、稳定性好、采集设备简单及安全性高等优点被广泛应用到公共安全防护,信息保护与管理等领域中,具有良好的市场前景，因此,人脸识别门禁系统在安防领域得到多数研发机构的青睐。

2.1 研究内容

(1) 研究人脸识别门禁系统现状及可行性分析。分析人脸识别门禁系统研究现状，对比各种方法及其应用场合、优缺点，分析本设计的可行性；

(2) 硬件系统构建。硬件选型，实现人脸识别门禁系统外围电路设计；

(3) 软件系统构建。根据硬件系统，设计人脸识别门禁系统软件程序；

(4) 系统综合调试。对软件系统和硬件系统进行综合调试；

实现的功能：

(1) 人脸图像预处理功能：对采集的人脸图像进行预处理为后面的识别做好工作准备。

(2) 人脸图像训练：对经过预先采集的人脸图像进行人脸特征提取，作为后面识别工作的比对数据。

(3) 图像采集识别功能：能够将环境中的光照强度不同实时准确地追踪且识别人物身份，同时能够通过软件显示出是否正确识别身份。

(4) 人脸图像存储，查询，修改，删除，增加功能：能够针对进出人员变化时做出相应的更改操作。

(5) 蜂鸣功能：当数据匹配不成功时，不启动门禁系统且能够发出蜂鸣声，及时提醒相关人员。

(6) 门禁功能：当数据匹配成功时，启动门禁系统；当数据匹配不成功时，不启动门禁系统。

2.2 预期目标

(1) 实现人脸信息的获取与分析；

(2) 实现人脸识别门禁系统设计

3.1 研究方法

本文通过对人脸识别和门禁系统两个部分功能分析，完成人脸识别门禁系统整体研究，从布局上来看，系统设计分为软件和硬件设计两部分，其中最主要的，同样也是此次设计的难点是采集图像后的图像处理。说的简单一点就是对人员脸部进行识别，通过数据比对，并控制门禁系统的开闭。

3.2 步骤

(1) 通过查阅资料，明确设计内容及实现功能要求，研究人脸识别门禁系统现状及可行性分析，对本系统软硬件设计进行划分并提出具体的实现方案；

(2) 对比各种方法及其应用场合、优缺点，分析本设计的可行性从而确定设计的总体方案，包括其功能和电路；

(3) 硬件系统构建。硬件选型，实现人脸识别门禁系统外围电路设计；

(4) 软件系统构建。根据硬件系统，设计人脸识别门禁系统软件程序；

(5) 根据所设计的硬件原理图，完成各部分的软件流程设计并编写相应的程序代码，遇到不懂及时查阅相关资料或请教老师和同学；

(6) 根据课题要求达到的功能，完成人脸识别门禁系统的调试、仿真和实物制作。

(7) 进行综合系统调试，验证系统各个功能，并根据实际调试的结果修改与完善程序流程与代码，达到精确范围；

(8) 总结此次毕业设计，整理相关资料，完成论文初稿。

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进度安排

（1）2022-03-05----2022-03-18课题调研，了解相关技术和要求；

（2）2022-03-19----2022-04-01查阅资料，撰写并提交开题报告；

（3）2022-04-02----2022-04-15硬件设计与调试；

（4）2022-04-16----2022-05-03软件设计与调试；

（5）2022-05-04----2022-05-24完成论文初稿；

（6）2022-05-25----2022-06-14论文完善、修改、论文答辩。