MATLAB的疫情防控人脸门禁系统设计(1).docx

1、MATLAB的疫情防控人脸门禁系统设计玄冉，姜明明，王忠祥，米世新，刘涵玉（山东农业工程学院，山东淄博255000）摘要：作为数字图像处理和计算机视觉领域的一个重要组成部分，利用摄像机对图像进行采集，从图像中检测人脸并进行识别，有若非常重要的研究意义和应用价值。而对疫情，人员进出管控显得尤为迫切，防II凝似人员流窜，可以有效地保护自己和他人。如果有疫情防护I'噤系统，可以通过数字图像的采集识别，判别出此人是否海似人员，并发出相应警示，就可以对疑似人员进行管理。随着计算机视觉技术的发展，基于图像识别的门禁系统迅速吸引了人们的视线。笔者介绍了人脸识别的背景、意义及现状，对人脸识别实验中常用

2、的数据库进行分析，运用数理统计的知识，将PCA原理进行洋细的解释，并进行仿真：根据仿真结果，抽取其中个测度，将其进行总结,然后匹配。MATLAB仿真结果表明：人脸识别的准确率可以达到80%,它可以有效解决人员流帘问题，避免人力物力资源的浪费。关健词：人脸识别：图像处理：PCA算法中图分类号:TP391.41文献标志码：A文章编号：1672-3872（2021）12-0187-03伴随着高新技术及传感器的普及和应用，生物识别已经逐渐被揭开神秘的面纱，作为生物识别的一项重要分支，人脸识别已经成为研究领域的热门话题。生物识别在安全保障等众多领域被广泛应用，具有不易伪造、方便快捷、防伪性能好等优点。本

3、设计为基于人脸识别的门禁系统，可以将疑似人员设置为库内人员，当小区里的人需要外出时进行人脸采集与人脸定位，然后与库内人脸进行比对：当识别为库内人员的时候，发出疑似人员不可外出的警示，否则提示可以放开门禁给以通行。1人脸识别技术综述人脸识别，是利用摄像机采集到的含有人体面部的图像，通过相关技术进行检删，主要识别人体面部特征信息加以分辨，最终实现人类个体分类识别的一项技术。综上，可以大体将人脸识别的过程分为四个步骤，如图1所示。图1人脸识别流程图D图像采集。人体面部表情采集易受到环境因素的影响，不容易实现，人脸图像可以通过摄像头进行记录，许多著名实验室会通过严格控制图像采集的位置，规范地创建包括姿

4、态、表情变化在内的人脸库，通过人脸库进行相应的研究。2人脸检测。主要用于面部识别的预处理，它能通过作者简介：玄冉（1998-）,男，山东泰安人，本科，研究方向为电力电子技术、电力设计及应用。通信作者：姜明明Q986-）,男，山东沂水A,硕士，讲师，研究方向为电气控制。处理将面部的位置标出。人脸检测的目的是透过面部丰富的特征信息筛选出有用的特征，由于环境条件的干扰是随机的，必须将原始采集到的图像进行图像预处理。图像预处理的方法有中值滤波、灰度拉伸、归一化处理及锐化等。3特征提取。针对筛选出的最有利分类的特征信息,进行适当降维，保留最有效的特征信息。4分类识别。将采集的面部特征信息整合成数据，再与

5、数据库比对匹配，当相似度到达一定阚值，则将数据库匹配的结果输出。其本质就是根据特征相似关系确定人物信息。2PCA的人脸特征提取2.1PCA算法的基本原理PCA是缩写，展开以后就是PrincipalComponentAnalysis1；利用统计学原理，可以按照一定的原则，找到它们之间的不同进行分类，简化计算步骤，提高计算机的运行速率。将图形进行信息处理主要是为了降维，也就是将三维立体的人体图像特征转换到二维当中。正是由于它的这个功能,这项技术也被广泛地运用在图像压缩的处理当中，其最主要的依据是KL变换。这样就可以达到合并数据、简化数据的效果。在整个前期图像输入过程中，都是以灰度值来进行统计的，即

6、使其变成0255灰度范围内的像素点。当把所有的像素点进行分类统计以后，其会构成一个矩阵，输入到之前已经创建好的一个坐标空间中，然后经过KL变换，就M以很容易地找到需要的信息，这就为之后图像处理简便化奠定了基础。因为U俯已经收集到的数据其实是三维的，然后经过统计学，保留最主要区别的特征进行降维就可实现想要的结果。在PCA中，主要利用这个构成的向昂:作为基底。经过这项处理之后就能得到特征空间了，接下来的任务就是旋转使维数降低'七2.2基于PCA的特征提取这个部分具体包括下而讲述的几个环节：捕捉输入图188|ApplicationofMechanics-electronicsTechnolo

7、gy机电技术应用像，创建模板库和特征空间，获得特征值及对应向量。以下是有关这三个部分的详细介绍。D第一部分。利用摄像机进行图像采集和捕捉。首先，将采集到的图像进行预处理得到属性信息，判断是否需要进行二值化，本文采用的算法是KL算法，KL算法在线性算法中能量集中效率最高，图像压缩后均方误差最低。此种变换方式最主要的限制条件就是背景要致，完全可以构建一个简单的模板库。2>第二部分。在上述步骤完成以后，多放几张同一个人的图片进去，这就构成了一个训练矩阵。因为格式是相同的，KL变换之后就变成一维的，那么每个照片都能够统计为一个点，这样就使得整个空间更简化了。3>第三部分。上述步骤完成后，继

8、续进行下一步，将结果创建一个样本集，那么出现的协方差矩阵如下。：1.G=(7XXr)/Mnirkx2. Ca=(A：A，)/M(1)Ca=7(XrW)(XiW<)7/WC为El*A是在进行灰度二值化后与平均矩阵差值。A矩阵。X,是平均人脸图像，M为被测人员数量。2.3特征值和特征向量取得在上述C.得到以后，还要找到人和对应的特征向量。因为本文用到的算法以KL为基础，且最后得到的G是维的矩阵，因此可以宜接求对应的特征值和特征向量。但直接计算的话，其计算是非常复杂的，下面会介绍一些相对比较简单的办法。2.3.1特彳正并勰2。)假定，,那么就有正交矩阵U和V,如武(2)。“=片o在这个里而=d

9、iag(vi,V2,g.vr),v.=(l,2,g,r)是A的非零正特征值，那么：cr1>(T2>->crr>,>0(3)U的列向量是A'A的特征向量，V的列向量是AA'的特征向量。2.3.2特征向量如果遇到高阶矩阵的时候，可以将其分为多个低阶矩阵相乘的形式，这就在无形中降低了计算量。假定C=AV!要获得Ca的特征值和特征向量的值。那么我们就可以先找到曲！欧小的吼巧。心函®,具体关系可以简单地概括为：ArA-v,=(4)_>AAr(Av)=人(4叫)从这个式子就能够很容易得到它们的关系。那就是C,K=AA'的特征向量是ASv

10、,。在这里需要特别提到的是：运用上述提及到的方法，最终得到的计算结果是相同的，这也间接证明了确实起到了简化计算的效果。3基于PCA和欧式距离的分类器的人脸识别3.1MATLAB人机交互界面GU【介绍制作这个界面一般可以通过命令创建孙顷眼JATLAB提供的图形用户界面开发环境GUIDE中的图形用户界面开发工具的GUI创建方式制作，本文侧重于后者。3.2系统框架以及GUI设计在进行编程的时候，必须要有一个整体的认识F,每一部分做什么都要安排得清清楚楚，这样的话，在真正编写的时候才不至于忙乱。具体的整个系统的设计流程，如图2所示。图2人脸识坡J系统框架图GUI界面的使用在编写程序的时候主要有两大块3

11、物尾馄叔4的&卒和被测片的W示.3.3程序仿真及调试结果3.3.1人脸库采集在一开始进行模板库的创建时，一般使用的都是ORL人脸数据库，在创建的时候参照了一定的标准。如果这些库里面都没有适合的，就需要自己去拍照，自己去创建，但是需要对其进行预处理。整个数据库由两部分组成，一部分是模板库，一部分则是被测人脸库。在被测库里面有10个人的照片，每个人不同表情的照片各两张，照片格式大小完全一样。3.3.2特征提取仿且分析特征值分布图，如图3所示。特征提取之前，最重要的是先要把模板库里面的图像导入到MATLAB里面，然后进行变换，组成协方差矩阵。在这个里面，要把每一个点的特征值和特征向量计算出来

12、，就构成了所谓的特征分布图。每个图像的特征值差别非常大，但是在这个过程当中必须将其对应到子空间，这样才能大大降低计算量，也可以节约时间,对后续过程中的优化也是一个非常有优势的举措。3.3.3库外判别分析对疑似病例人员进行人脸采集、入库、训练，得到每个人的人脸特征值。本设计为提取人脸特征值，特征值与样本库里面的人脸特征值进行一一对比，设置一个判断阈值。当属于阈值内，则判定为库内人员，即疑似人员：否则为非疑似病例，提示可以放行。x108特征（ft分布图3-2-，fT02468101214161820人盼数图3特征值分布图4结语通过对实验结果的分析可以发现，本设计利用MATLAB数字图像处理相关技术

13、及PCA算法进行人脸识别在一定程度上能解决疫情期间人员管控的相关问题。MATLAB仿真结果表明：人脸识别的准确率可以达到80%,它可以有效解决人员流帘问题，有效地避免人力物力资源的浪费，本文所设计的系统对疫情防控是实用的。参考文献：1 何春.人脸识别技术综述智能计算机与应用,2016,6（5）：112-114.2 赵士伟，张如隔王月明，等生物特征识别技术综述J.中国安防，2015（7）:79-86.3 PerronninF,DugelayJL.AnIntroduclionToBiometricsand1'aceRecogniionClinage:E-learning,Understan

14、ding,InformationRetrieval&Medical-lheFirstIniernationalWorkshop,2014:1-20.W章毓晋基于子空间的人脸识别M.:|球：清华大学出版社,2009.5 吴鹏MATLAB高效编程技巧与应用25个案例分析M.北京:北京航空航天大学出版社，2010.6 龚声蓉.数字图像处理与分析M.2版J晾：清啊苫细版比2014胡丽乔.复杂条件卜.人脸识别特征提取算法的研究D.东华大学,2016.7 AlanL.Yui.le,PeterW.Uallinan,DavidS.Cohen.Featureextractionfromfacesusin

15、gdeformablelemplaieslj.InternationalJournalofComputerVision,1992,8（2）.K卢小玲.基于半监督学习的人脸识别算法研究：DL成都：电子科技大学,2015.（上接第186页）3结论1）对于圆锥轴承内圈倾斜情况，增加中心顶针，避免圆锥内圈倾斜；2对于圆锥轴承外圈倾斜，施加预紧力预紧同时转动圆锥轴承内圈导正：3对于圆锥轴承外圈需要控制三个传感器的差值在0.137以内，避免测虽倾斜导致测星不准确的情况。通过控制圆锥轴承内圈、外圈的倾斜可以保证测量圆锥轴承高度测量准确，保证变速器总成中选垫正确，避免了锥轴承外圈测量不准确引起的变速器总成故障

16、。参考文献：（）1濮良贵，纪刚.机械设计【M】.8版.貌：高鄢宵出版社，2006：316-317.2 胡金武.变速箱圆锥轴承调整垫片选定方法的设计J.机械管理开发,2017,32（7）：3-4.3 黄龙.汽车变速箱装备测量精度的影响因素及处理措旋J.南方农机,2020,51（12）:184.W万梦华，柳俊，范玲玲，等基I-MATLAB工程实验数据拟合与分析安徽建筑,2018,24（1）：182-184.南方农机投稿须知南方农机杂志为农业工程类学术期刊（TID,1970年创刊，由江西省农业农村厅主管，南方农吊嗓志衬编辑出版，半月刊，大16开，国内外公开发行。1992年被评为北大中文核心期刊；20

17、15年被国家新闻出版广电总局认定为第一批学术类期刊。本刊系中国知网、万方数据库、维普资讯和超星资源中心等各大权威数据库全文收录期刊。1）栏目设置：专家讲座、南方论坛、产皈11察、农机化研究、机噂制f发、农业技术推T、农机就艺、触技顿、机电顺惭、农机与气象等，2来稿须知：来稿要求论点明确、数据可靠、逻沏、文字幡每篇论文必须包括题目、作#姓名、作打单位所召她及由防场码、电话、摘要和美键词、正文、参考文献和第一作者及通信作者（一般为导师）简介（包括姓名、出生年月、性别、籍贯、学历、18脚、所获学位、研究方I句），并请在文稿的首页地脚处注明论文属何项目、何基金（编号）资助，没仃的不注明。郭文摘要尽困写成报道性摘要，包括目的、方法、结果、结论4方面内容（200字左右），应具有独立性与自明性，关键词选择贴近