巧借百度智能云打造樹莓派門禁“刷臉”系統(tǒng)

牟曉東

在現(xiàn)實生活中，小區(qū)的門禁系統(tǒng)能夠?qū)κ孪鹊怯涍^的“合法”汽車牌照進行識別和自動放行;同樣，單位的上下班“刷臉”系統(tǒng)則可以對職員的人臉進行識別打卡。其實，類似的車牌與人臉等身份識別的原理并不復雜，以“人臉識別”為例：系統(tǒng)先要對單位的員工進行拍照和圖像預(yù)處理及特征的提取，然后將提取的信息存儲到“人臉”數(shù)據(jù)庫中;人臉識別的過程就是將“刷臉”抓拍到的數(shù)據(jù)特征與庫中的記錄進行匹配，當二者的相似度達到某個設(shè)定的閾值時（比如80%），即認定為匹配成功，再執(zhí)行某些預(yù)設(shè)的“動作”——比如語音輸出“張三上班打卡成功！”，同時還會在系統(tǒng)中進行該用戶某一時刻打卡成功的記錄。目前，我們普通人可以借助于百度智能云，通過使用樹莓派和攝像頭等設(shè)備進行開源硬件編程，快速打造出一個智能的門禁“刷臉”系統(tǒng)。

實驗裝置包括樹莓派3B+和古德微擴展板各一塊，USB接口高清攝像頭一個，SG90舵機一個，音箱一個，紅色、綠色和黃色LED燈各一支。

首先，將擴展板正確安裝在樹莓派上;接著，將舵機插入18號插孔，注意紅色線接VCC（電源正極）端、棕色線接GND（接地）端、黃色線接D（信號）端;然后，將紅色、綠色和黃色LED燈分別插入5號、6號和12號插孔，注意“長腿正、短腿負”的原則;最后，將攝像頭插入樹莓派的USB接口，音箱數(shù)據(jù)線插入音頻輸出孔;給樹莓派通電，啟動操作系統(tǒng)（圖1）。

首先，訪問百度智能云（https：//ai.baidu.com/），注冊并登錄進入個人中心，點擊“文檔”-“產(chǎn)品文檔”項;然后，在“文檔中心”頁面左側(cè)點擊“人工智能”，選擇中間區(qū)域的“人臉識別”項，再點擊其中的“立即使用”按鈕，進入“應(yīng)用”頁面;接著，點擊“創(chuàng)建應(yīng)用”按鈕，在“應(yīng)用名稱”處輸入“face”，“接口選擇”處的信息是之前申請時設(shè)置好的（包括人臉檢測和在線活體檢測等項），下方的“應(yīng)用歸屬”設(shè)置為“個人”，“應(yīng)用描述”中輸入“將‘人臉識別’應(yīng)用于小區(qū)門禁檢測的實驗”，點擊“立即創(chuàng)建”按鈕（圖2）。

此時，會有“創(chuàng)建完畢”的提示，點擊“返回應(yīng)用列表”按鈕就會看到已經(jīng)生成了一個名為“face”的應(yīng)用項目，后面對應(yīng)有三處非常關(guān)鍵的應(yīng)用信息，分別是應(yīng)用編號（AppID）、開發(fā)密鑰（API Key）和密鑰（Secret Key），復制粘貼到文本文件face.txt中，暫時保存（圖3）。

現(xiàn)在的“face”只是一個沒有用戶和人臉信息的“空倉庫”，可點擊“新建組”按鈕會彈出“新建用戶組”窗口，輸入組ID：“face_01”后點擊“確認”按鈕，完成“face_01”用戶組的建立操作，“詳情”處顯示為只有“0張人臉”;然后，點擊“face_01”（會提示“沒有相關(guān)的用戶”），再點擊“馬上創(chuàng)建”按鈕，在“用戶ID”中輸入“ZhangSan”;接著，點擊下方的“點此添加圖片”按鈕，選擇一張“合法”用戶的“正面、無遮擋照片”，將事先拍攝準備好的5MB以內(nèi)的相片進行上傳，之后點擊“確認”按鈕，完成第一個用戶人臉信息的采集。再使用同樣方法，添加第二個用戶“LiSi”的人臉信息，等等（圖4）。

值得一提的是，目前百度智能云對個人賬戶進行了一定的限制，需要先進行實名認證，而且必須手動申請免費資源的領(lǐng)取才可以使用包括人臉識別在內(nèi)的相關(guān)接口服務(wù)，操作方法是：從個人賬戶的“文檔”中再次找到“人臉識別”項，按照提示先完成實名認證后再點擊“領(lǐng)取免費資源”項，選中“接口名稱”處羅列的所有項目后再點擊下方的“0元領(lǐng)取”按鈕;此時，會有“領(lǐng)取成功”的提示，只不過“領(lǐng)取的免費測試資源預(yù)計30分鐘內(nèi)生效”，約半小時后刷新查看，發(fā)現(xiàn)在“已領(lǐng)取資源”中已經(jīng)有了對應(yīng)的基礎(chǔ)服務(wù)項（圖5）。

樹莓派門禁“刷臉”系統(tǒng)的實現(xiàn)功能是：黃色LED燈一直處于閃爍的警示狀態(tài)，提醒慢行通過;當有人在攝像頭前停留時，開始進行抓拍檢測，如果該人臉信息與數(shù)據(jù)庫中的某合法用戶的人臉信息較為吻合（置信度較高），則紅色LED燈亮起，同時播放歡迎的語音提醒，舵機控制門禁桿緩緩抬起90度，然后熄滅紅色LED燈、亮起綠色LED燈并持續(xù)7秒鐘，行人通行后綠色LED燈熄滅;接著又會亮起紅色LED燈，由舵機控制門禁桿恢復為原來的0度位置，熄滅紅色LED燈;如果“刷臉”失敗（判定為“非法”用戶），只播放“非本小區(qū)人員，禁止入內(nèi)！”的語音提醒信息，LED燈和門禁桿均無動作。

修改樹莓派config配置文件中的“baiduFaceKey”信息。首先，運行Windows的“遠程桌面連接”程序，通過IP地址（192.168.1.116）登錄進入樹莓派的遠程操作系統(tǒng)界面;接著，運行“文件管理器”并定位于/home/pi/back/testWrite目錄，雙擊打開其中的config文件，找到“[baiduFaceKey]”項，將原來默認的三個“default”值（FaceAppID、FaceAPIKey和FaceSecretKey）進行替換，分別對應(yīng)之前在百度智能云中“face”應(yīng)用項目的三處信息（AppID、API Key和Secret Key）;最后，將config配置文件保存并關(guān)閉，重啟一次樹莓派操作系統(tǒng)，使config配置文件生效（圖6）。

修改config配置文件中的“baiduFaceKey”信息，目的是讓樹莓派按照這些信息去進行人臉數(shù)據(jù)的查找與判斷，相當于在config配置文件中FaceAppID、FaceAPIKey和FaceSecretKey三處信息的“引導”下，與百度智能云對應(yīng)賬號的人臉庫“face_01”用戶組中所保存的若干張人臉信息數(shù)據(jù)進行置信度的計算與匹配，從而判斷攝像頭所抓拍到的人臉是否為應(yīng)該放行的本小區(qū)“合法”用戶。

在古德微機器人網(wǎng)站登錄自己的賬號后，開始“積木”式圖形化編程：

第一個是“黃燈持續(xù)閃爍”函數(shù)，通過“控制12號小燈亮/滅”（黃色LED燈插在12號引腳）和“等待1秒”模塊語句，在主程序中使用多線程調(diào)用后就會實現(xiàn)黃色LED燈不斷閃爍的功能（不必在函數(shù)中進行循環(huán)）。

第二個是“抬桿通行”函數(shù)，實現(xiàn)紅色LED燈（5號引腳）先亮后滅、音箱語音播放“歡迎回家！”、舵機控制門禁桿抬起90度和熄滅紅色LED燈、控制綠色LED燈（6號引腳）持續(xù)亮起7秒后再熄滅的功能，其中的固定次數(shù)循環(huán)結(jié)構(gòu)（變量i從500到1500），作用是控制舵機（18號引腳）緩緩從0度升至90度。

第三個是“通行后落桿”函數(shù)，實現(xiàn)的功能與“抬桿通行”函數(shù)相反：亮起紅色LED燈、語音播放“注意安全！”和舵機控制門禁桿由90度恢復為0度、熄滅紅色LED燈，其中的循環(huán)結(jié)構(gòu)所使用的變量i初值和終值分別是1500、500，步長也由1改為-1，實現(xiàn)舵機“反轉(zhuǎn)”90度的功能（圖7）。

從左側(cè)“線程”中找到“添加子線程，線程函數(shù)名為‘’”功能模塊，將調(diào)用的函數(shù)名設(shè)置為“黃燈持續(xù)閃爍”;然后，在“重復當真”的循環(huán)結(jié)構(gòu)中先建立一個名為“拍照”的變量，為其賦值為“用USB攝像頭拍一張照片”;接著，通過“檢測圖片‘拍照’中的人臉是否在人臉庫‘face_01’中”功能模塊，實現(xiàn)人臉信息置信度的獲取功能，將該數(shù)據(jù)保存至變量“人臉在人臉庫中的概率”中;再通過“建立字串使用”和“輸出調(diào)試信息”功能模塊，實現(xiàn)LOG調(diào)試信息區(qū)的提示輸出功能;最后，通過一個“如果…執(zhí)行…否則…”雙分支的選擇結(jié)構(gòu)，對人臉置信度進行設(shè)置的閾值（80%以上）判斷，條件成立，說明是“合法”用戶，則分別調(diào)用執(zhí)行“抬桿通行”和“通行后落桿”函數(shù);條件不成立，則輸出對應(yīng)的提醒信息（圖8）。

將程序保存并打開LOG調(diào)試信息區(qū)，點擊“連接設(shè)備”后再點擊“運行”按鈕：

黃色LED燈開始閃爍。先從手機中打開一張明星相片（未進行過人臉采集），靠近攝像頭后，很快就在屏幕上顯示有“人臉識別置信度為：11%”和“非本小區(qū)人員，禁止入內(nèi)！”的提示信息，同時還會有語音提醒;然后，本人直接正面靠近攝像頭，屏幕上顯示的是“人臉識別置信度為：91%”和“歡迎回家！”的提示信息，接著紅色LED燈亮起、音箱語音播報“歡迎回家！”、舵機控制門禁桿慢速抬起90度、紅色LED燈熄滅、綠色LED燈發(fā)光7秒鐘（此為“合法”用戶的通行時段）;接著，紅色LED燈又會亮起、門禁桿從90度慢速轉(zhuǎn)至0度位置、紅色LED燈熄滅。多次進行“合法”與“非法”用戶的模擬檢測，均實現(xiàn)了門禁“刷臉”系統(tǒng)的預(yù)設(shè)功能（圖9）。