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摘 要：此项目是以树莓派作为主控、辅以指纹模块作为多重识别的人脸识别门禁系统，选择简洁易读、可扩展性和可移植性较强python语言为编程脚本语言，用户可直接进入系统自定义设置人物权限，开启系统后，以摄像头实时监测到的画面为准（实时画面将直接反馈再屏幕上），检测并标识画面中的人物是否为权限目标人物，再将指纹识别模块作为二次识别，多重检测成功后再开启门禁，为用户打造更加安全高效的门禁系统。区别于传统的门禁方式（如钥匙，密码，IC识别卡等），采用生物特征识别，解决了因解锁关键物遗忘丢失而打不开门禁的尴尬问题，而且该系统适应物联网的发展趋势，可覆盖范围广泛，市场应用型强，进一步发展空间大，具有很大的实用价值和研究价值。
关键词：门禁系统；人脸识别；指纹识别；树莓派；Python OpenCV
1 前言
2009-2016年，全球生物识别市场规模由34.22亿美元上升至127.13亿美元，年均复合增长率为31.50%。其中，人脸识别市场规模占比由2009年的11.4%增长到2016年的市场规模20.87%，占比持续增高。通过人脸识别，快速为用户录入人脸信息，用户需要通行时，只需简单地进行人脸验证，即可完成身份信息确认。实现企业、商业、住宅等多种场景的刷脸进门，提升安全性、效率和用户体验。
2 系统的设计
本系统选择树莓派作为主控核心，用摄像头收集实时监控画面，当需要进行人脸识别时，按下识别键，系统自动捕捉画面中的人脸，并将画面直接传回经过对比验证后在终端显示结果并刷新阈值，此后经过指纹识别模块二次验证更新阈值，当阈值与用户自定义的阈值相符合后打开门禁开关；此外，用户还可以自主进入系统自定义用户信息（删除或录入人脸信息以及指纹信息），多重验证提高系统整体的安全性。
整体系统框架图如下图1所示：
图1 基于树莓派的门禁系统流程示意图
3 系统硬件选型及电路设计
3.1 主控芯片——树莓派
该系统的主控模块是使用微型计算机──树莓派3代B型主板。树莓派3代B型主板，该主控板模块的优势是拥有良好的标准模块扩展性，主板上预留的接口可完美对接与之配套的树莓派500万像素专用摄像头、7英寸液晶触摸屏、Sense Hat传感器模块等，同时拥有40个引脚，可自由外接多个设备传感器，主要承担视频传输，数据处理，门禁开关的控制等。
3.2图像检测——树莓派专用摄像头模块
该系统检测模块是使用树莓派专用500W像素摄像头。该摄像头提供了三个应用程序，分别为：raspistill、raspivid、raspistillyuv。其中 raspistill 和 raspistillyuv 非常相似，并且都是用于捕捉图像，而 raspivid 用于捕捉视频。所有应用程序均基于命令行方式运行，通过 OpenMAX 的 mmal API 进行编写，结合Opencv调用摄像头进行拍照操作。
3.3指纹模块
采用光学指纹模块：利用光的折射和反射原理，光从底部射向三棱镜，并经棱镜射出，射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就会不一样。CMOS或者CCD的光学器件就会收集到不同明暗程度的图片信息，就完成指纹的采集。
3.4显示模块
选择HDMI触摸显示屏USB电容触摸液晶屏，1024*600的高清分辨率，支持树莓派的Raspbian/Ubuntu mate等系统，操作方便，作为终端显示器，显示身份认证的结果。
4 实验结果
通过实物的制作，此系统一切都正常运行，可以实现实时人脸识别与指纹信息的识别，识别成功则打开门禁。实验结果表明，该系统具有灵活，可靠，便捷，成本低廉以及可扩展的特性，具有一定的商用价值。
5 结语
该文对人脸识别门禁系统的硬件制作，电路原理以及软件控制原理都做了系统的介绍。系统顺应时代科技的发展和市场的需求，运用生物识别技术、解放双手、减轻使用者的负担、避免了因钥匙丢失而造成的麻烦，符合现在的应用场景。通过不断的硬件与软件的调试，最终完成了此系统的设计，表现出稳定、灵活、高效的特点，具有广阔的应用前景和市场价值。
（西北民族大学国家级大學生创新创业训练计划资助项目，项目编号：201810742078，指导教师：王涛）
参考文献
[1]樊振萍.人脸检测与识别技术综述[J].电脑知识与技术，2008.
[2]Rick Golden著.符鹏飞译.树莓派应用速成：网络应用秘方[M].科学出版社，2014.
[3]Matt Richardson，Shawn Wallace著.李凡希译者.爱上Raspberry Pi[M].科学出版社，2013.
（作者单位：西北民族大学数学与计算机科学学院）
关键词：门禁系统；人脸识别；指纹识别；树莓派；Python OpenCV
1 前言
2009-2016年，全球生物识别市场规模由34.22亿美元上升至127.13亿美元，年均复合增长率为31.50%。其中，人脸识别市场规模占比由2009年的11.4%增长到2016年的市场规模20.87%，占比持续增高。通过人脸识别，快速为用户录入人脸信息，用户需要通行时，只需简单地进行人脸验证，即可完成身份信息确认。实现企业、商业、住宅等多种场景的刷脸进门，提升安全性、效率和用户体验。
2 系统的设计
本系统选择树莓派作为主控核心，用摄像头收集实时监控画面，当需要进行人脸识别时，按下识别键，系统自动捕捉画面中的人脸，并将画面直接传回经过对比验证后在终端显示结果并刷新阈值，此后经过指纹识别模块二次验证更新阈值，当阈值与用户自定义的阈值相符合后打开门禁开关；此外，用户还可以自主进入系统自定义用户信息（删除或录入人脸信息以及指纹信息），多重验证提高系统整体的安全性。
整体系统框架图如下图1所示：
图1 基于树莓派的门禁系统流程示意图
3 系统硬件选型及电路设计
3.1 主控芯片——树莓派
该系统的主控模块是使用微型计算机──树莓派3代B型主板。树莓派3代B型主板，该主控板模块的优势是拥有良好的标准模块扩展性，主板上预留的接口可完美对接与之配套的树莓派500万像素专用摄像头、7英寸液晶触摸屏、Sense Hat传感器模块等，同时拥有40个引脚，可自由外接多个设备传感器，主要承担视频传输，数据处理，门禁开关的控制等。
3.2图像检测——树莓派专用摄像头模块
该系统检测模块是使用树莓派专用500W像素摄像头。该摄像头提供了三个应用程序，分别为：raspistill、raspivid、raspistillyuv。其中 raspistill 和 raspistillyuv 非常相似，并且都是用于捕捉图像，而 raspivid 用于捕捉视频。所有应用程序均基于命令行方式运行，通过 OpenMAX 的 mmal API 进行编写，结合Opencv调用摄像头进行拍照操作。
3.3指纹模块
采用光学指纹模块：利用光的折射和反射原理，光从底部射向三棱镜，并经棱镜射出，射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就会不一样。CMOS或者CCD的光学器件就会收集到不同明暗程度的图片信息，就完成指纹的采集。
3.4显示模块
选择HDMI触摸显示屏USB电容触摸液晶屏，1024*600的高清分辨率，支持树莓派的Raspbian/Ubuntu mate等系统，操作方便，作为终端显示器，显示身份认证的结果。
4 实验结果
通过实物的制作，此系统一切都正常运行，可以实现实时人脸识别与指纹信息的识别，识别成功则打开门禁。实验结果表明，该系统具有灵活，可靠，便捷，成本低廉以及可扩展的特性，具有一定的商用价值。
5 结语
该文对人脸识别门禁系统的硬件制作，电路原理以及软件控制原理都做了系统的介绍。系统顺应时代科技的发展和市场的需求，运用生物识别技术、解放双手、减轻使用者的负担、避免了因钥匙丢失而造成的麻烦，符合现在的应用场景。通过不断的硬件与软件的调试，最终完成了此系统的设计，表现出稳定、灵活、高效的特点，具有广阔的应用前景和市场价值。
（西北民族大学国家级大學生创新创业训练计划资助项目，项目编号：201810742078，指导教师：王涛）
参考文献
[1]樊振萍.人脸检测与识别技术综述[J].电脑知识与技术，2008.
[2]Rick Golden著.符鹏飞译.树莓派应用速成：网络应用秘方[M].科学出版社，2014.
[3]Matt Richardson，Shawn Wallace著.李凡希译者.爱上Raspberry Pi[M].科学出版社，2013.
（作者单位：西北民族大学数学与计算机科学学院）