基于面部识别的智能储物柜

刘聪 刘延春 刘东华 魏焕兵 陈明志 齐鲁理工学院

目前储物柜的应用非常广泛，逛商城超市前存个包，去酒吧玩乐前放下随身物品，去健身房运动前寄存一下替换衣服杂物等都离不开储物柜。目前常用的储物柜系统有机械式储物柜系统和电子式储物柜系统两种。机械式储物柜系统,采用非常传统的机械锁的结构,使用者通过使用相应的钥匙实现储物柜的开关,该系统安全性差,管理不便,因此逐渐被电子式储物柜代替。人脸识别智能储物柜，采用人脸存取的模式的话完全可以节省很多的成本，相比指纹识别解锁、条形码解锁、刷卡识别解锁、钥匙解锁、避免了材料的浪费，同时大大提高了人们储物的便捷性。本文提出了一种基于刷脸识别的智能电子储物柜系统的设计，消除目前电子式储物柜存在的缺点，在安全性、信息化程度、成本控制、简便性及维护性都有很大的提升。

人脸识别

1 人脸检测识别的过程

(1）选择使用的人脸识别库。

(2）均值滤波去噪模块：将被噪声干扰的模糊图片进行处理，确保得到一个清晰的图像。

(3）检测图像中是否存在人脸的模块：通过肤色模型分析法来确定图像中是否存在人脸图像。

(4）人脸检测定位模块：将人脸位置在图像中标注出来。

(5）特征提取模块：研究了基于几何特征的人脸提取和基于统计特征的提取后，本设计采用了第二种提取方法。

(6）人脸识别模块：通过支撑向量机将提取出来的特征信息转化为一维向量，在和人脸库中的图片信息做对比。

仿真验证：通过Matlab仿真并输出识别结果。

人机交互系统

2 人脸识别储物柜的系统设计

本文人脸识别储物柜的系统设计是利用主控机对各个模块的一个整体硬件上的控制，它是系统的终端，通过控制摄像头来处理面部信息，通过红外对管来检测柜子的存储状态，通过电磁锁来控制每个柜门的开关。该系统的总体设计如图2．1所示。

图2．1 系统硬件总体设计

硬件部分

2.1 主控芯片

主控芯片采用STM32F103x8B芯片（在实现人脸识别时可通过连接计算机，利用计算机的Matlab软件对人脸进行处理）。STM32F103x8B芯片属于中低端ARM微控制器，该芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。它由32位基于ARM核心的带64K或128K字节闪存的微控制器、CPU、CAN、7个定时器、2个ADC、9个通信接口构成，此款单片机功能强大、读写速度快、功耗较低。

2.2 从控芯片

系统采用集中管理，分布式控制网络结构。监控计算机通过与人机交互系统的通信，实现了对现场储物柜的集中管理，并且需要实时将储物柜的存储状态反馈给主机单片机。主控单片机通过RS485接口实现对多个箱柜的连接，RS485通信网络实现主从通信方式，它通过一个主机带动多个从机，具有传输速率快、抗干扰性好、传输距离长等优点。从控芯片MSP430F149是德州公司新开发的一类具有16位总线的带 FLASH 的单片机,由于其性价比和集成度高,受到广大技术开发人员的青睐．它采用 16 位的总线,外设和内存统一编址,寻址范围可达64K,还可以外扩展存储器．具有统一的中断管理,具有丰富的片上外围模块,片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个14路的12位的模数转换器、一个看门狗、 6路P口、两路USART通信端口、一个比较器、一个DC内部振荡器和两个外部时钟,支持 8M 的时钟．由于为 FLASH型,则可以在线对单片机进行调试和下载,且 JTAG 口直接和 FET(FLASH EMULATION TOOL)的相连,不须另外的仿真工具,方便实用,而且,可以在超低功耗模式下工作,对环境和人体的辐射小,测量结果为 100mw 左右的功耗(电流为 14mA 左右),可靠性能好,加强电干扰运行不受影响[8]。具有性价比高、抗干扰性强，耗能低的优点。

2.3 其他模块

柜门通过电磁锁控制开关，电磁锁具有能耗低，绿色节能环保的优点。摄像头采用数字摄像头，连接单片机，通过单片机连接的电脑对图像信息进行识别处理。TFDLCD液晶屏与键盘进行操作控制，TFT式显示器具有高响应度、高亮度、高对比度等优点，其显示效果接近CRT式显示器。LED灯实现信息提示，通过红外对管来检测储物柜存储状态。

软件部分

2.4 存取操作流程

通过键盘输入模块实现存/取操作命令的键入,并通过扫脸模块获取存/取人员的面部信息并反馈给主机单片机,当符合存取操作要求时，控制储物柜打开；LCD显示模块的功能是显示储物柜的当前状态及其他相关操作信息．其软件设计存取操作流程如图2．2所示：

图2．2 存取操作流程图

2.5 人脸识别储物箱的软件流程图

图2．3 控制器软件工作流程

3 结语

本文设计的基于面部识别的智能储物柜安全性高、节约成本、高效管理、高寿命。人脸识别的人脸特征以人脸作为载体，很难复制，防盗防遗失，存物安全性较高。人脸识别储物柜可播放定制商户广告或显示销售海报等，让顾客在储物时轻松了解到相关营销信息；还可增加媒体设备充电功能，让顾客不用担心手机没电的状况。通过人脸登记识别过程，无耗材、安全易维护。功能拓展性强，可实现人脸识别+卡、人脸识别+密码功能。

目前人脸识别系统依然存在许多不足，人脸识别最大的不足就是人脸的外形很不稳定，人可以通过脸部的变化产生很多表情，而在不同观察角度，人脸的视觉图像也相差很大。另外，人脸识别还受光照条件（例如白天和夜晚，室内和室外等）、人脸的很多遮盖物（例如口罩、墨镜、头发、胡须等）、年龄等多方面因素的影响。我相信这些缺点在不久的将来都是会被逐一解决的。