這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)raspberry pi代碼如何實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別開鎖應(yīng)用，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后對(duì)相關(guān)知識(shí)有一定的了解。
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1. 背景
幫朋友實(shí)現(xiàn)了一個(gè)人臉識(shí)別進(jìn)行開鎖的功能，用在他的真人實(shí)景游戲業(yè)務(wù)中。幾個(gè)月來運(yùn)行穩(wěn)定，體驗(yàn)良好，借著此次宅家的時(shí)間，整理一下這個(gè)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)過程。
總的來說需求描述簡單，但由于約束比較多，在架構(gòu)與選型上還是花了些心思。2. 部署效果由于該游戲還在線上服務(wù)中，此處就不放出具體操作的視頻了。部署效果如下圖所示：
玩家發(fā)現(xiàn)并進(jìn)入空間后，在顯示屏看到自己在當(dāng)前場景出鏡的實(shí)時(shí)畫面。
玩家靠近觀察時(shí)，捕獲當(dāng)前幀進(jìn)行人臉識(shí)別，實(shí)時(shí)畫面中出現(xiàn)水印字幕“認(rèn)證中”
人臉認(rèn)證失敗時(shí)，實(shí)時(shí)畫面水印字幕變更為“認(rèn)證失敗”，字幕維持2秒后消失，恢復(fù)初始狀態(tài)。玩家繼續(xù)尋找游戲線索，重新進(jìn)行認(rèn)證。
人臉認(rèn)證成功時(shí)，實(shí)時(shí)畫面水印字幕變更為“認(rèn)證成功”，并彈開保險(xiǎn)箱門。進(jìn)入后續(xù)游戲環(huán)節(jié)。
需求提出時(shí)比較明確，核心邏輯不復(fù)雜。
人臉識(shí)別：通過人臉識(shí)別進(jìn)行鑒權(quán)。
開鎖管理：通過鑒權(quán)則打開箱門，未通過則保持鎖定。
反饋提示：需要有實(shí)時(shí)視頻反饋，指引明確，便于優(yōu)化玩家體驗(yàn)。
2. 約束說明
畢竟是生意，所以在商言商，對(duì)實(shí)用性和成本要求很高，關(guān)鍵是不要影響游戲過程，同時(shí)保證玩家體驗(yàn)。
低成本：需要低建設(shè)成本，低維護(hù)成本。
易維護(hù)：對(duì)維護(hù)人員技術(shù)水平要求低，出現(xiàn)軟硬件故障時(shí)，任意店員可以快速恢復(fù)。
高可靠：識(shí)別準(zhǔn)確率高，容錯(cuò)能力強(qiáng)，系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行中故障率低。
有限空間：整套系統(tǒng)在去除顯示屏、電磁鎖、保險(xiǎn)箱后，其它結(jié)構(gòu)實(shí)施空間不能超過20cm*15cm*15cm 體積。
采光不足：實(shí)景空間小，有頂光無側(cè)光，曝光時(shí)間較長。
通用供電：只提供5V、12V兩種直流電接口。
并行處理：鑒權(quán)流程與反饋流程并行，鑒權(quán)過程中，反饋系統(tǒng)不能出現(xiàn)中斷、阻塞等情況，使玩家有明顯的中斷、卡死體驗(yàn)。
弱網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：由于房間隔斷多，網(wǎng)絡(luò)共用，所以網(wǎng)速有限，有突發(fā)延遲情況。
可能的架構(gòu)方案有多種（不同方案間的比較，在文末進(jìn)行），下面展開說明一下最終上線的方案。
流程與效果，請(qǐng)參考前文“玩家體驗(yàn)” 部分內(nèi)容。
a. 騰訊云密鑰對(duì)
修改配置文件，用于適配騰訊云賬號(hào)切換功能（測(cè)試賬號(hào)/正式賬號(hào)）。
b. 人員庫ID
修改配置文件，用于指定不同人員庫（測(cè)試庫/正式庫）。
c. 水印提示
更換對(duì)應(yīng)圖片，實(shí)現(xiàn)更換水印。使用圖片管理，而不是文字配置的原因，是由于圖片配置模式無需字庫支持，無需配置顯示大小，易于圖案嵌入。由于所見即所得，對(duì)維護(hù)人員要求低。
d. 關(guān)機(jī)選項(xiàng)
可配置任務(wù)完成后，是否自動(dòng)關(guān)機(jī)。用于游戲環(huán)境復(fù)位準(zhǔn)備，減少復(fù)位工作量。
a. 系統(tǒng)運(yùn)營管理
場景啟動(dòng)時(shí)，統(tǒng)一上電。認(rèn)證通過后，自動(dòng)關(guān)機(jī)，完成復(fù)位。
b. 故障處理
軟硬件故障：無法開機(jī)、可開機(jī)無顯示、可開機(jī)顯示系統(tǒng)異常，可開機(jī)未知異常等等，更換樹莓派或其它硬件。網(wǎng)絡(luò)故障：正常運(yùn)行，無法認(rèn)證，可查網(wǎng)絡(luò)+查云日志，解決網(wǎng)絡(luò)問題；云產(chǎn)品異常：運(yùn)行4個(gè)月，未發(fā)生過，可以忽略，如發(fā)生則聯(lián)系云售后；
硬件成本：500～600元。
備件成本：按1:1備件，500～600元。
運(yùn)行成本：云端0元，使用免費(fèi)額度；電費(fèi)網(wǎng)費(fèi)，忽略不計(jì)。
樹莓派：終端主控?cái)z像頭：視頻輸入傳感器：超聲波測(cè)距顯示屏：視頻輸出繼電器：控制電磁鎖電磁鎖：控制保險(xiǎn)箱門
（2）關(guān)鍵特性
圖片識(shí)別：使用圖片識(shí)別，而非視頻流，減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求。識(shí)別要求低：欠曝光照片也有高識(shí)別率。觸發(fā)識(shí)別：玩家在場景內(nèi)活動(dòng)時(shí)間長，觸發(fā)模式避免了高頻認(rèn)證、誤開鎖情況，同時(shí)降低認(rèn)證成本。測(cè)距選型：超聲波傳感器技術(shù)成熟，成本低（3元）；激光傳感器成本高（30元）多進(jìn)程：視頻處理與監(jiān)測(cè)鑒權(quán)由兩個(gè)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)，避免了阻塞等情況，同時(shí)使用進(jìn)程間通信，實(shí)現(xiàn)可靠交互。
2. 系統(tǒng)搭建
（1） 騰訊云配置
a. 注冊(cè)賬號(hào)
按文檔指引，獲取API密鑰
b. 配置人臉識(shí)別
訪問官網(wǎng)控制臺(tái)，通過“新建人員庫->創(chuàng)建人員->上傳照片”，建立認(rèn)證基礎(chǔ)。其中所使用的“人員庫ID”是關(guān)鍵信息，用于后續(xù)API調(diào)用識(shí)別時(shí)，指定認(rèn)證動(dòng)作匹配的人員庫。注：由于此案例只識(shí)別一個(gè)人員，無需對(duì)人員ID進(jìn)行匹配，故不用指定人員ID。
（2）樹莓派配置
a. 安裝系統(tǒng)訪問 http://www.raspberrypi.org 獲取鏡像，并進(jìn)行安裝。注意必須安裝桌面版，否則需要單獨(dú)管理HDMI輸出。
b. 配置網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入命令行，執(zhí)行 "raspi-config"，選擇"Network Options"，配置WiFi接入點(diǎn)。為了固定IP，編輯 /etc/dhcpcd.conf 文件，添加配置信息。
# 具體內(nèi)容請(qǐng)參考你的本地網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 interface wlan0 static ip_address=192.168.0.xx/24 static routers=192.168.0.1 static domain_name_servers=192.168.0.1 192.168.0.2
c. 安裝騰訊云SDK
參考指引文檔，安裝調(diào)用騰訊云API的依賴庫。
sudo apt-get install python-pip -y pip install tencentcloud-sdk-python
d. 安裝圖像處理庫系統(tǒng)默認(rèn)安裝python2.7，但沒有 opencv 庫，需要安裝。（下載包體積較大，默認(rèn)源為國外站，比較慢。樹莓派改國內(nèi)源方法，請(qǐng)自行百度，并挑選離自己近的源站）
sudo apt-get install libopencv-dev -y sudo apt-get install python-opencv -y
e. 部署代碼
訪問github獲取源碼，將src文件夾內(nèi)容，復(fù)制到 /home/pi/faceid 下。更改 /home/pi/faceid/config.json 中的配置信息，必須改為你的 云API密鑰(sid/skey)、人員庫ID(facegroupid)，其它配置按需調(diào)整。
f. 配置自啟動(dòng)需要配置圖形界面自啟動(dòng)，保證視頻輸出由HDMI接口輸出至顯示屏，編輯 /home/pi/.config/autostart/faceid.desktop 寫入如下內(nèi)容
Type=Application Exec=python /home/pi/faceid/main.py
樹莓派GPIO圖示：
CSI接口
b. 超聲波傳感器
TrigPin：BCM-24 / GPIO24
EchoPin：BCM-23 / GPIO23
VCC ：接5V
GND ：接GND
c. 繼電器4引腳側(cè) 接 樹莓派GPIO引腳
VCC ：接5V
GND/RGND ：接GND
CH1 : BCM-12 / GPIO12
3端口側(cè) 接 電磁鎖
初始狀態(tài)為電磁鎖接常閉端。
繼電器原理請(qǐng)參考 3.3.4 硬件相關(guān) 部分。
完成上述工作后，接電啟動(dòng)系統(tǒng)，本地反饋查看顯示屏，云端識(shí)別結(jié)果可查看系統(tǒng)日志。
# 監(jiān)測(cè)鑒權(quán)進(jìn)程-主進(jìn)程 獲取應(yīng)用配置（API ID/Key 等） 初始化GPIO引腳（準(zhǔn)備控制 傳感器、繼電器） 啟動(dòng)視頻管理進(jìn)程（輔進(jìn)程） 循環(huán)開始： if not 測(cè)距達(dá)到觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn): continue 與輔進(jìn)程通信（捕獲當(dāng)前幀，并存入指定路徑，并添加“認(rèn)證中”水?。? 調(diào)用云API，使用該幀圖片人臉識(shí)別 if 識(shí)別成功: 與輔進(jìn)程通信（變更水印為“認(rèn)證成功”） 等待5秒 關(guān)機(jī) 或 繼續(xù)運(yùn)行（由config.json中 su2halt 字段指定） else： 與輔進(jìn)程通信（變更水印為“認(rèn)證失敗”） 等待2秒 與輔進(jìn)程通信（清除水?。? # 視頻管理進(jìn)程-輔進(jìn)程 初始化攝像頭 循環(huán)開始： 取幀 取進(jìn)程間共享隊(duì)列 按消息進(jìn)行不同操作（幀圖像保存/加不同水印/不處理） 輸出幀
a. 實(shí)時(shí)視頻如上文偽代碼所示，通過逐幀處理，并連續(xù)輸出，顯示實(shí)時(shí)視頻。
b. 觸發(fā)識(shí)別
測(cè)距傳感器確認(rèn)物體靠近，且0.3秒內(nèi)距離變化小于2cm，確認(rèn)為待認(rèn)證狀態(tài)。再延時(shí)0.3秒，進(jìn)行圖像幀捕獲。再次延時(shí)的原因是物體停止時(shí)，會(huì)有扭轉(zhuǎn)、微調(diào)等動(dòng)作，若直接取幀，會(huì)由于采光不足（上文提到的約束）出現(xiàn)模糊情況，所以再次延時(shí)，確保捕獲穩(wěn)定圖像。
c. 人臉識(shí)別
請(qǐng)參考文檔介紹。
a. 水印原理
opencv中，提供了多種圖像處理函數(shù)，如：圖文處理（圖加字）、圖圖處理（圖間加/減/乘/除/位運(yùn)算）等等。通過不同的處理方式，可以實(shí)現(xiàn) 底圖加字、底圖加圖、掩膜處理等等多種效果。本案例中使用的是基于位運(yùn)算的掩膜處理方式。
b. 水印圖片
為了便于維護(hù)和更新，本案例中使用圖片做為水印來源，避免字庫約束，也增大了靈活性，易于在水印中增加圖形，并以分辨率直接定義水印大小，所見即所得。默認(rèn)水印圖片為白底黑字。
c. 水印處理邏輯
為突出水印的浮動(dòng)效果，將水印圖片中的黑色區(qū)域透明化后，疊加到原始圖片中。由于字體透明效果，水印字體顏色隨基礎(chǔ)視頻變化，效果比較明顯。源碼說明
# img1為當(dāng)前視頻幀（底圖），img2為已讀取水印圖 def addpic(img1,img2): # 關(guān)注區(qū)域ROI-取底圖中將被水印圖編輯的圖像 rows, cols = img2.shape[:2] roi = img1[:rows, :cols] # 圖片灰化-避免水印圖非純黑純白情況 img2gray = cv2.cvtColor(img2, cv2.COLOR_BGR2GRAY) # 生成掩膜-過濾淺色，位運(yùn)算取非 ret, mask = cv2.threshold(img2gray, 220, 255, 3) #cv2.THRESH_BINARY mask_inv = cv2.bitwise_not(mask) # 生成水印區(qū)圖像-底圖裁出字體部分，生成水印區(qū)最終圖像，替換原圖水印區(qū) img1_bg = cv2.bitwise_and(roi, roi, mask=mask_inv) dst = cv2.add(img1_bg, img2) img1[:rows, :cols] = dst return img1
（4）硬件相關(guān)
a. 超聲波測(cè)距
超聲波傳感器（4引腳：VCC、Trig、Echo、GND）,Trig端輸出一個(gè)大于10μs的高電平，激活發(fā)出超聲波，并在收到反射波后，Echo端會(huì)輸出一個(gè)持續(xù)高電平，持續(xù)時(shí)間就是“發(fā)波至收波”的時(shí)間。即：測(cè)距結(jié)果(米)=Echo端高電平時(shí)長*340米/2
b. 繼電器
使用的5V繼電器模塊有雙側(cè)接線，一側(cè)為供電與信號(hào)（4引腳，兼容3.3V信號(hào)），一側(cè)為通路開閉管理（3端口）。繼電器在“通路管理側(cè)”實(shí)現(xiàn)了一個(gè)“單刀雙開關(guān)”的模式，通過“供電與信號(hào)”側(cè)“CH1引腳”的高低電平，控制單刀的方向。在安裝過程中，電磁鎖供電默認(rèn)接繼電器常閉端，對(duì)繼電器給出信號(hào)后，繼電器切換到常開端，則電磁鎖斷電開鎖.
c. GPIO
GPIO（General-purpose input/output 通用輸入輸出），以引腳方式提供硬件間的聯(lián)系能力。樹莓派 3B+，有40個(gè)GPIO引腳（請(qǐng)參考 3.2.3 硬件接線 中的參考圖示），樹莓派官方操作系統(tǒng) Raspbian 下，可以使用系統(tǒng)默認(rèn)安裝的 python 中 RPi.GPIO 庫，進(jìn)行操作。
關(guān)于raspberry pi代碼如何實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別開鎖應(yīng)用就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，可以學(xué)到更多知識(shí)。如果覺得文章不錯(cuò)，可以把它分享出去讓更多的人看到。
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