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基于Tengine的实验室门禁系统的实现.pdf
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1、第期(总第 期)年 月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o D e c 文章编号:()基于T e n g i n e的实验室门禁系统的实现过怡,詹鹏彦,任义超(苏州市职业大学 计算机工程学院,江苏苏州 )摘要:高校实验室存储有大量重要的数据,为了保障实验室数据的安全,需要严格控制进出实验室的人员,并对人员的访问时间予以记录.针对上述需求,设计了一种基于人脸识别的实验室门禁系统.该系统基于开源前向端侧推理框架T e n g i n e,在边缘平台E A I D K 开发板上进行部署.应用该系统提
2、高了实验室管理的安全性,降低了非法用户访问带来的实验室数据泄露的风险.关键词:实验室门禁系统;T e n g i n e;人脸识别中图分类号:T P 文献标识码:A苏州市职业大学 年度校研究生课程(S Z D Y K C )收稿日期:;修订日期:作者简介:过怡(),女,江苏苏州人,副教授,硕士,主要从事计算机应用技术、嵌入式系统研究.引言现有的使用人脸识别进行门禁管理的系统,大都采用模型在服务器上训练和存储以及计算资源联网工作的方式,适用于计算量大、模型存储量大的应用场合.这种人脸识别系统通常基于云计算技术,终端采集的图片通过网络传输到服务器端,使用G P U等专用计算设备进行特征提取识别,识
3、别准确率高,但是上传数据会受到网络带宽影响,存在一定的时间延迟,同时识别设备只有在联网时才能进行工作,造成采集的数据有泄露危险.高校实验室门禁系统的管理人员通常固定为某位教师,使用人员数量有限且相对固定,因此,本系统设计的人脸识别系统算量和模型都较小,适合直接部署在边缘终端设备上,以离线和本地存储的方式进行人脸的识别操作.实验室门禁系统总体结构实验室门禁系统总体结构如图所示,首先由摄像头拍摄采集人脸图片,在系统初始化阶段,主控模块对人脸图片进行特征提取并存储到数据库中,完成实验室人员的人脸注册;初始化完成后,系统进入人员识别阶段,主控模块对采集的人脸图片进行特征提取后与数据库中的数据进行比对,
4、比对成功开启门禁,比对失败发出警报.实验室管理员可以对系统进行数据管理,包括新成员注册、离开人员删除.硬件平台搭建 主控板系统硬件主控板采用E A I D K 开发板,主芯片采用瑞芯R K ,扩展性高,C P U为四核C o r t e x A 双 核C o r t e x A 和 独 立N E ON协 处 理 器,G P U为A RM四核图像处理器M a i l T .主频 GH z,运行内存采用双通道L P D D R(b i t)G B,支持HDM I、M I P I、E D P显 示 接 口,E t h e r n e t/M b/s,W I F I a c/a/b/g/n,B T 网
5、络.操作系统支持F e d o r a、A n d r o i d和U b u n t u,搭载深度学习 推 理 框 架T e n g i n e,以 及 轻 量 级C V加 速 库B l a d e C V.图实验室门禁系统总体结构框图 图像采集摄像头E A I D K 开发板拥有路M I P IC a m e r a接口,可以外接个OV 摄像头,组成双M I P IC a m e r a同步显示和前后摄像模式.OV 主摄像头和主机采用M I P IC S I接口,分辨率为 .软件系统 T e n g i n e部署T e n g i n e是由O P E NA IL A B公司推出的一款嵌
6、入式开源前端A I推理框架,T e n g i n e支持目前市场上各种主流的模型框架,如T e n s o r F l o w、C a f f e和MX N e t,并且通过O N N X模型实现了对P y T o r c h和P a d d l e P a d d l e的支持,让开发者能更自由地选择训练框架,降低了面对不同硬件和场景而迁移平台的成本.操作系统固件安装E A I D K 开 发 板 默 认 安 装 的 操 作 系 统 是F e d o r a ,桌面环境是L X D E,同时在E A I D K官方F T P服务器上提供了A n d r o i d 、U b u n t u
7、的固件安装包.本系统采用F e d o r a的E A I P R e l e a s e V 固件,在P C机上使用瑞芯驱动助手安装U S B驱动,将下载的固件压缩包解压缩,使用T y p e C线连接P C机和E A I D K 开发板,先后按下开发板上r e s e t和u p d a t e按 键 后 重 启 开 发 板,直 到 开 发 板 系 统 进 入L o a d e r模式,使用E A I D K烧写工具将固件烧写到开发板上.编译工具安装在L i n u x环境下需要下载T e n g i n e的源码,本地编译后生成T e n g i n e库,编译源码需要安装G i t、G
8、、CM a k e和M a k e等编译工具,最新版本的T e n g i n e源码不支持 版本以下的C m a k e工具,如果开发板上预先安装的C m a k e工具版本过低,则需要删除后重新安装高版本,否则无法编译.T e n g i n e编译从G i t h u b网站下载T e n g i n e源码保存到开发板的新建文件夹下,进入源码的T e n g i n e L i t e文件夹,新建b u i l d文件夹执行编译命令,在b u i l d/i n s t a l l/l i b下编译生成l i b t e g i n e l i t e s o库文件.在系统中配置生成的
9、库文件和其他依赖库并使其生效,后期就可以顺利使用T e n g i n e工作了.软件环境配置系 统 开 发 使 用 了P y t h o n库、O p e n C V库、F a c e R e c o g n i t i o n库、d l i b库,在软件开发之前必须安装配置上述软件库.开发板默认安装了P y t h o n .安装O p e n C V库,通过d n f包管理器命令从服务器下 载 安 装 依 赖 包o p e n c v d e v e l:s u d o d n fi s t a l lo p e n c vo p e n c v d e v e l.由于d l i b库
10、需要内存资源较多,可以从开发板官方F T P服务器上下载压缩包快速安装.软件系统设计软件系统包括U I界面模块、人员注册模块、人员识别模块和数据管理模块.U I界面模块使用Q t的P y t h o n界面开发工具P y Q t进行设计.人员注册模块可采用拍照注册和照片文件批量注册两种方式,拍照注册通过O p e n C V调用摄像头拍摄人脸图片,调用F a c e R e c o g n i t i o n库的f a c e_l o c a t i o n s方法标记人脸位置和大小,该方法默认采用方向梯度直方图进行人脸定位.对截取的人脸进行光线补偿、灰度处理、直方图均衡等图像预处理.对经过处
11、理的人脸调用F a c e R e c o g n i t i o n库的f a c e_e n c o d i n g s方法进行人脸特征提取,获得每张人脸的 维特征向量,并将注册人员的姓名和特征向量保存到数据库中.批量注册与拍照注册只是获得图片的方式不同,批量注册收集实验室人员包含个人清晰人脸的照片图片,对图片进行逐个读取后进行人脸检测定位、预处理、特征提取和数据库存储.人员注册程序流程如图所示.人员识别的模块功能与拍照注册相近,区别是识别模块特征提取后,将识别者人脸特征向量和数据库中的特征向量进行比对,如果小于阈值则比对成功开启闸门,如果比对失败发出警报.本系统的人脸识别使用C开源库d
12、l i b的深度学习模型实现,d l i b库使用基于梯度提高学习的回归数算法定位人脸的 个特征点,将人脸信息提取为 维向量,通过判断两个向量之间的欧氏距离来判定是否是同一个人,如果欧氏距离小于阈值则为同一个人,否则就是识别失败.人员识别程序流程如图所示.数据管理模块实现个别临时入住实验室人员的人脸注册、离开实验室人员的数据库数据删除.人员删除可以单个删除,也可以批量删除.图人员注册程序流程图人员识别程序流程模型部署实现由于T e n g i n e支持目前市场上各种主流的模型框架,如果实验室的人员较多,为了获得良好的识别效率,可以在服务器端使用主流框架,使用M o b i l e N e t
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