摘要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展及學(xué)習(xí)生活節(jié)奏加快，教室、宿舍等場所智能化管理需求日益增加。本文在Linux平臺(tái)下基于OpenCV、Face Recognition等開源算法開發(fā)人臉識(shí)別和RFID門禁考勤系統(tǒng)，一方面解決教師、學(xué)生進(jìn)入宿舍、教室需要鑰匙的不便以及教室鑰匙管理的煩瑣;另一方面可以快速地對(duì)上課和夜間歸宿情況考勤記錄，實(shí)現(xiàn)了教室宿舍的智能化管理。

　　關(guān)鍵詞：Linux;人臉識(shí)別;門禁;考勤;RFID

　　開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID)：

　　校園教室、宿舍管理一直都是學(xué)校管理工作的重難點(diǎn)，以往傳統(tǒng)的管理方式依賴于人工，需要消耗大量的人力物力，且安全性和實(shí)時(shí)性也不能得到很好的保證，隨著電子信息技術(shù)發(fā)展，校園的很多設(shè)施都趨向自動(dòng)化、智能化發(fā)展，但在教室、宿舍管理方面的信息化應(yīng)用還不夠普遍。

　　人臉識(shí)別[1]應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，而且安全性也日益提高，即使在支付、認(rèn)證這類高要求場合也能勝任。人臉識(shí)別[2，3]具有便捷、速度較快、非接觸、非侵入性、適應(yīng)性強(qiáng)、可并發(fā)等特點(diǎn)，非常適用于考勤與門禁，而RFID[4](無線射頻識(shí)別)技術(shù)具有抗干擾、速度快、容量大、體積小、成本低、實(shí)現(xiàn)容易等特點(diǎn)，在校園卡、地鐵公交、高速計(jì)費(fèi)等很多場合都有應(yīng)用。

　　該系統(tǒng)的教室門禁功能可以根據(jù)教室安排分配不同教師及學(xué)生的權(quán)限，讓學(xué)生課前無須等待及時(shí)進(jìn)入教室準(zhǔn)備學(xué)習(xí);教室考勤功能利用學(xué)生進(jìn)教室時(shí)快速識(shí)別，考勤信息自動(dòng)上傳教務(wù)系統(tǒng)，將節(jié)省寶貴的課堂時(shí)間。該系統(tǒng)的宿舍門禁功能可以方便學(xué)生進(jìn)入寢室同時(shí)保障了宿舍財(cái)產(chǎn)安全;宿舍考勤功能可以記錄學(xué)生回寢時(shí)間，夜間考勤信息及時(shí)上傳，保障學(xué)生安全[5，6]。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)以BCM2711處理器作為主控，運(yùn)行嵌入式linux系統(tǒng)，配置Python-OpenCV、Face Recognition環(huán)境，首先通過攝像頭實(shí)時(shí)采集圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行人臉檢測、人臉區(qū)域裁剪、灰度變換、直方圖均衡化等預(yù)處理[7];其次通過Face Recognition與之前學(xué)習(xí)的人臉數(shù)據(jù)比對(duì)，返回匹配的人臉I(yè)D;再次把相應(yīng)信息上傳服務(wù)器;最后服務(wù)器判斷是否有開門權(quán)限后下達(dá)指令，并進(jìn)行考勤統(tǒng)計(jì)、整理、存檔，以Web界面的方式進(jìn)行展示和管理，信息與教務(wù)系統(tǒng)[8]共享。RFID與人臉識(shí)別互補(bǔ)，增加了系統(tǒng)的靈活性。本文系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的框圖如圖1所示。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 核心模塊

　　系統(tǒng)選用了高性能BCM2711處理器，該處理器為四核Cortex-A72架構(gòu)，主頻1.5GHz，保障系統(tǒng)穩(wěn)定流暢運(yùn)行，集成工作頻率為500Mhz的Video core VI GPU，為人臉識(shí)別并行運(yùn)算提供硬件加速，支持4K 60FPS HEVC視頻解碼，芯片工藝為28納米，有利于系統(tǒng)低功耗、低發(fā)熱設(shè)計(jì)。內(nèi)存采用的是LPDDR4內(nèi)存芯片，容量2G，滿足系統(tǒng)運(yùn)行需求，F(xiàn)lash為外擴(kuò)16G MicroSD卡。

　　2.2 圖像采集

　　系統(tǒng)選用的攝像頭為OV5647，它是500萬像素的cmos圖像傳感器，具有低電壓、高性能的特點(diǎn)，圖像分辨率最高可達(dá)2592*1944，為系統(tǒng)準(zhǔn)確人臉識(shí)別提供基礎(chǔ)保障，通過CSI接口與處理器連接，減少I/O占用。視角為65°，適合近距離采集人像，在1080P分辨率下，F(xiàn)PS可以達(dá)到30，滿足系統(tǒng)要求。本文選用的圖像采集攝像頭的功能塊描述如圖2所示。

　　2.3 射頻識(shí)別

　　系統(tǒng)選用的射頻識(shí)別芯片為MFRC522，它工作在13.56MHZ，支持協(xié)議多、低功耗、低成本， 傳輸速率高達(dá)424Kbit/s，與處理器使用SPI協(xié)議通信。13.56MHZ是目前RFID使用最為廣泛的頻率，許多校園卡、公交卡、門禁、手機(jī)NFC都使用此頻率，因此還可添加支持NFC功能的手機(jī)、手環(huán)等作為認(rèn)證設(shè)備，該頻率兼顧了速度和安全性，通信距離一般不超過10cm。該系統(tǒng)選用的卡片是Mifare S50，該卡片有1K的存儲(chǔ)容量，滿足系統(tǒng)要求，遵守ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)，具有安全、防干擾、速度快、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)全扇區(qū)進(jìn)行加密，防止復(fù)制，加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。

　　2.4 以太網(wǎng)通信

　　系統(tǒng)的以太網(wǎng)選用常見的RJ45接口，驅(qū)動(dòng)芯片為BCM54213PE，它是一款三速1000BASE-T / 100BASE-TX / 10BASE-T千兆以太網(wǎng)收發(fā)器，完全符合RGMII標(biāo)準(zhǔn)，支持IEEE 802.3az標(biāo)準(zhǔn)，與處理器使用RGMII接口連接，可與標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)交換機(jī)、路由器相連，兼容性好，方便系統(tǒng)安裝。

　　2.5 電控門鎖

　　電控門鎖采用電磁鎖，當(dāng)通電時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生巨大吸力吸住鐵板，達(dá)到把門鎖住的效果，當(dāng)電源斷開，磁力消失，門即可打開。同時(shí)電磁鎖可以方便實(shí)現(xiàn)閉環(huán)檢測，當(dāng)有暴力開門時(shí)，可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)，且當(dāng)斷電時(shí)，門為常開狀態(tài)，符合消防安全規(guī)范。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 客戶端軟件設(shè)計(jì)

　　客戶端安裝linux系統(tǒng)，移植部署OpenCV、Face Recognition，主程序?yàn)镻ython編寫，客戶端軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。客戶端運(yùn)行時(shí)先從服務(wù)器更新已經(jīng)處理好的已知人員的面部編碼，并從攝像頭采集圖像，使用OpenCV檢測、裁剪人臉，然后進(jìn)行灰度變換，減少后期運(yùn)算量，加快識(shí)別速度;并進(jìn)行直方圖均衡化處理，弱化光線的影響，接著使用face_recognition.face_encodings對(duì)當(dāng)前人臉進(jìn)行編碼，將結(jié)果使用face_recognition.face_distance得出與已知人員面部編碼的歐拉距離，通過歐氏距離判斷該人臉是否屬于已知人臉，并得出與哪一個(gè)人臉最匹配。最后，將識(shí)別結(jié)果上傳服務(wù)器，由服務(wù)器記錄考勤信息并判斷當(dāng)前個(gè)人是否有開門權(quán)限后下達(dá)開門指令，RFID作為備份，當(dāng)檢測到正確的卡片，執(zhí)行開門操作的同時(shí)上傳服務(wù)器記錄。

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