一種智能出門鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種智能出門鏡。本發(fā)明利用原子鏡在不同光度的環(huán)境下反射的光線不同，搭建單面可視的“普通鏡”。并針對(duì)高效低功耗的原則，采用STM32F103系列控制器和MBF200指紋傳感器搭建硬件系統(tǒng)。本發(fā)明具有穩(wěn)定低功耗的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)指紋作為識(shí)別身份的生物特征具有穩(wěn)定性、惟一性、普遍性的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種智能出門鏡
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于智能家居和智能家電的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及智能鏡在生活場(chǎng)景(洗漱和出門)中對(duì)用戶個(gè)性化信息查看與服務(wù)定制需求。
【背景技術(shù)】
[0002]自歐盟提出智能環(huán)境的愿景后，美國(guó)、新加坡、歐洲、加拿大、德國(guó)、日本等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家陸續(xù)提出了各有特色的家庭智能化系統(tǒng)，智能家居以迅猛的速度進(jìn)入人們的視野，并逐步走進(jìn)人們的生活。而在20世紀(jì)90年代中后期，國(guó)內(nèi)的智能小區(qū)建設(shè)由廣州、深圳和上海等沿海開(kāi)放城市，逐步向內(nèi)地?cái)U(kuò)展，部分高端房產(chǎn)項(xiàng)目開(kāi)始引入智能家居概念。
[0003]智能鏡作為智能家電中比較新的產(chǎn)品概念，因其將屏幕和鏡子的界限打破，通過(guò)鏡面承載信息的便利性，將更直觀的鏡面圖像，高度統(tǒng)一的信息和現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn)在智能設(shè)備上來(lái)提供人們所需的信息和服務(wù)，其顯示出了巨大的潛力與發(fā)展前景。但作為智能系統(tǒng)的衍生物，智能鏡的市場(chǎng)還未成熟，功能定義也尚未清晰，目前價(jià)格也無(wú)法做到平民化，同時(shí)對(duì)于智能鏡上定制個(gè)性服務(wù)(天氣，交通狀況，新聞等)，接收個(gè)性信息(郵件，日程安排等)的關(guān)鍵技術(shù)攻克還存在一定的挑戰(zhàn)。
[0004]智能鏡在生活場(chǎng)景上的設(shè)計(jì)大致可分三步:一、搭建智能設(shè)備模擬仿真普通鏡子；二、通過(guò)攝像頭或監(jiān)控器或傳感器達(dá)到對(duì)人進(jìn)行識(shí)別的作用;三、基于用戶需求定制個(gè)性服務(wù)，如:信息服務(wù)(天氣預(yù)報(bào)，交通狀況，新聞，郵件，日程安排)，健康信息(健康生活方式，鍛煉安排，食譜推薦等)。
[0005]目前，已有智能鏡在人員識(shí)別上，AwareMirror利用紅外測(cè)距儀檢測(cè)位置并利用固定位置的牙刷使用情況來(lái)識(shí)別人員；1-Mirror搭載著視頻投影儀和攝像機(jī)達(dá)到人員識(shí)別的目的;Philips的交互鏡利用傳感器收集人體的身高與體重達(dá)到人員識(shí)別的目的，然而這些設(shè)計(jì)方式在性能功耗和穩(wěn)定性等要求上均需要一定的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有人員識(shí)別技術(shù)的不足，提供了集成度高、開(kāi)發(fā)完善的指紋識(shí)別進(jìn)行人員識(shí)別，最后從遠(yuǎn)程服務(wù)器調(diào)用數(shù)據(jù)接口，達(dá)到定制信息(天氣、交通，新聞)的目的。
[0007]本發(fā)明的具體方法是:
I)借助原子鏡不同光度環(huán)境下反折射程度的不同，搭建單面可視的“普通鏡”。
[0008]2)搭建智能鏡的硬件平臺(tái):按照高效低功耗的原則，選擇STM32F103-103ZET6主控制模塊和針對(duì)嵌入式設(shè)備的電容式高性能指?jìng)鞲衅鱉BF200的指紋采集控制模塊。
[0009]3)搭建STM32主控制模塊，包括以下步驟:
3-1)系統(tǒng)通過(guò)STM32內(nèi)部穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換，為主控制器提供3.3V的電壓。系統(tǒng)上電后，STM32，LCD 和 SRAM 初始化。
[0010]3-2)STM32芯片內(nèi)置有64KB的靜態(tài)RAM及512K的FLASH空間，而系統(tǒng)通過(guò)指紋傳感器采集的圖像大小約76.8KB。所以采用外擴(kuò)的存儲(chǔ)器SRAM和FLASH。其中可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器FSMC實(shí)現(xiàn)內(nèi)部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，IS62WV51216BLL芯片作為外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器。
[0011]3-3)IXD1602需要電源轉(zhuǎn)換提供3.3v電壓，將家庭成員識(shí)別的結(jié)果，該成員的日程安排和遠(yuǎn)程服務(wù)器利用Internet調(diào)用的天氣、交通等信息呈現(xiàn)出來(lái)。
[0012]4)設(shè)計(jì)指紋采集模塊，包括以下步驟:
MBF200指紋傳感器采集指紋圖像，利用手指與傳感器接觸時(shí)不同的紋理特征產(chǎn)生不同的電容變化，引起傳感器陣列上的電壓值發(fā)生變化。模擬信號(hào)通過(guò)采樣保持電路和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在傳感器的寄存器上。
[0013]STM32在采集指紋前為MBF200的寄存器初始化，通過(guò)SPI接口使STM32工作在主控端，指紋傳感器工作在從動(dòng)端，使STM32和指紋芯片內(nèi)部的兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0014]5)應(yīng)用指紋識(shí)別算法識(shí)別家庭成員
5-1)指紋模式識(shí)別系統(tǒng)包括離線和在線兩部分。當(dāng)家庭成員的指紋未錄入系統(tǒng)，則將指紋存放在離線部分;若家庭成員的指紋已經(jīng)存在，則經(jīng)過(guò)指紋的在線匹配識(shí)別出是哪個(gè)家庭成員。
[0015]5-2)指紋識(shí)別的算法應(yīng)用
指紋識(shí)別的處理包括三大部分，即指紋的預(yù)處理，特征點(diǎn)提取，特征匹配。
[0016]圖像預(yù)處理通過(guò)指紋場(chǎng)的計(jì)算、分割、均衡、、收斂、平滑、智能增強(qiáng)、以及二值化和細(xì)化為指紋骨架的提取準(zhǔn)備，達(dá)到指紋圖像中模糊信息增強(qiáng)和去噪的目的。
[0017]指紋特征點(diǎn)的提取包括對(duì)整體特征和細(xì)節(jié)特征兩方面的提取，特征點(diǎn)提取后還要進(jìn)行最后的去偽存真。對(duì)提取特征點(diǎn)的質(zhì)量關(guān)系著指紋匹配的成功率，所以特征點(diǎn)的提取至關(guān)重要。
[0018]指紋圖像的匹配需要先對(duì)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，然后對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行匹配。
[0019]6)確定鏡子前人員的身份后，通過(guò)遠(yuǎn)程服務(wù)器將天氣、交通等信息借助Internet傳送給STM32的接口，與當(dāng)天日程的安排一起呈現(xiàn)給用戶進(jìn)行查看。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
基于指紋識(shí)別的智能出門鏡具有穩(wěn)定低功耗的優(yōu)點(diǎn)。指紋作為識(shí)別身份的生物特征具有穩(wěn)定性、惟一性、普遍性的特點(diǎn)，所以不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生明顯的變動(dòng)。配有開(kāi)發(fā)集成度高的指紋模塊的STM32系統(tǒng)，在不進(jìn)行指紋識(shí)別時(shí)，會(huì)一直處于休眠狀態(tài)，STM32F103系列更是以高效低功耗為主要性能，所以智能鏡系統(tǒng)省電又環(huán)保。
[0021]智能鏡由于只有指紋識(shí)別出家庭成員后才提供定制信息與服務(wù)，所以既不會(huì)影響日常的生活，又滿足成員查看信息的需求。其次，在選擇生物特征識(shí)別時(shí)放棄更直觀的人臉識(shí)別，一方面是由于人臉識(shí)別移植到嵌入式系統(tǒng)技術(shù)難關(guān)，另一方面是由于家庭特別是洗漱間是私密場(chǎng)所，采用攝像頭等會(huì)有侵犯隱私的嫌疑，而指紋識(shí)別具備成熟的技術(shù)，穩(wěn)定安全的性能，所以基于指紋識(shí)別的智能鏡定制信息是一種很好的選擇。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為智能鏡的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖2為指紋識(shí)別系統(tǒng)算法組成圖(離線+在線)；
圖3為智能鏡系統(tǒng)主程序流程圖； 圖4為指紋采集程序流程圖；
圖5為指紋特征提取流程圖；
圖6為指紋圖像匹配流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]本發(fā)明的總體構(gòu)思:利用原子鏡在不同光度的環(huán)境下反射的光線不同，搭建單面可視的“普通鏡”。并針對(duì)高效低功耗的原則，采用STM32F103系列控制器和MBF200指紋傳感器搭建硬件系統(tǒng)。以下為具體步驟:
I)借助原子鏡不同光度環(huán)境下反折射程度的不同，搭建單面可視的“普通鏡”。
[0025]2)搭建智能鏡的硬件平臺(tái):按照高效低功耗的原則，選擇STM32F103-103ZET6主控制模塊和針對(duì)嵌入式設(shè)備的電容式高性能指?jìng)鞲衅鱉BF200的指紋采集控制模塊，見(jiàn)圖1。
[0026]3)搭建STM32主控制模塊的設(shè)計(jì)，包括以下步驟:
3-1)系統(tǒng)通過(guò)電池提供9V穩(wěn)壓電源，經(jīng)過(guò)STM32內(nèi)部穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換，為主控制器提供
3.3V的電壓。系統(tǒng)上電后，為STM32，LCD和SRAM初始化。
[0027]3-2)由于STM32芯片內(nèi)置有64KB的靜態(tài)RAM及512K的FLASH空間，系統(tǒng)通過(guò)指紋傳感器采集的圖像大小為300*256矩陣的灰度圖像(約76.8KB)。所以STM32提供擴(kuò)展的存儲(chǔ)器，外擴(kuò)的SRAM存儲(chǔ)指紋數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序和指紋特征模板數(shù)據(jù)放在外擴(kuò)的FLASH中。
[0028]可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器FSMC實(shí)現(xiàn)內(nèi)核與外部存儲(chǔ)器總線交互，把外部存儲(chǔ)器劃分為固定大小為256M字節(jié)的四個(gè)存儲(chǔ)塊。系統(tǒng)通過(guò)擴(kuò)展存儲(chǔ)塊I的第3個(gè)子存儲(chǔ)塊來(lái)擴(kuò)展SRAM，并選擇IS62WV51216BLL芯片作為外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器。
[0029]3_3)IXD1602需要電源轉(zhuǎn)換提供3.3v電壓，對(duì)顯示屏進(jìn)行讀寫(xiě)操作，將指紋識(shí)別的結(jié)果和遠(yuǎn)程服務(wù)器利用Internet調(diào)用的天氣、交通等信息呈現(xiàn)出來(lái)。
[0030]4)設(shè)計(jì)指紋采集模塊
MBF200指紋傳感器采集指紋圖像，利用手指與傳感器接觸時(shí)不同的紋理特征產(chǎn)生不同的電容變化圖像，引起傳感器陣列上的電壓值發(fā)生變化。通過(guò)采樣保持電路和A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在傳感器的寄存器上。
[0031]STM32在采集指紋前為STM32和MBF200的寄存器初始化，通過(guò)SPI接口使STM32工作在主控端，指紋傳感器工作在從動(dòng)端，使STM32和指紋芯片內(nèi)部的兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0032]5)家庭成員識(shí)別時(shí)指紋識(shí)別算法的應(yīng)用
5-1)指紋模式識(shí)別系統(tǒng)包括離線和在線兩部分。I)系統(tǒng)算法離線部分:將指紋采集模塊采集的指紋圖像預(yù)處理后提取指紋圖像的特征點(diǎn)，并將特征點(diǎn)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為指紋圖像模板的數(shù)據(jù)庫(kù)。2)系統(tǒng)算法的在線部分:與離線部分類似，只是將圖像的特征點(diǎn)提取后與特征模板進(jìn)行匹配，判斷是否為同一個(gè)手指的指紋，見(jiàn)圖2。
[0033]當(dāng)家庭成員的指紋未錄入系統(tǒng)，則將指紋存放在離線部分;若家庭成員的指紋已經(jīng)存在，則經(jīng)過(guò)指紋的在線匹配識(shí)別出是哪個(gè)家庭成員。
[0034]5-2)指紋圖像預(yù)處理
圖像預(yù)處理包括對(duì)指紋圖像場(chǎng)的計(jì)算、指紋的分割和均衡、指紋的收斂、平滑、智能增強(qiáng)、并通過(guò)圖像的二值化為指紋骨架的提取準(zhǔn)備，最后進(jìn)行細(xì)化，達(dá)到指紋圖像中模糊信息增強(qiáng)和去噪的目的，見(jiàn)圖4。
[0035]5-3)指紋特征點(diǎn)的提取
指紋特征點(diǎn)的提取包括對(duì)整體特征和細(xì)節(jié)特征兩方面的提取。細(xì)化特征包括指紋特征端點(diǎn)、叉點(diǎn)的提取，而整體特征包括指紋特征中心點(diǎn)、三角點(diǎn)的提取。特征點(diǎn)提取后需要進(jìn)行去偽存真的算法模塊，才能真正達(dá)到指紋特征點(diǎn)的提取，見(jiàn)圖5。
[0036]5-4)指紋圖像匹配
指紋圖像的匹配包括圖像的配準(zhǔn)和匹配兩部分。其中，配準(zhǔn)采用特殊點(diǎn)法(即中心點(diǎn)和三角點(diǎn))計(jì)算兩幅圖的平移量和旋轉(zhuǎn)量。匹配通過(guò)兩指紋的相似度來(lái)確認(rèn)家庭成員的身份，見(jiàn)圖6。
[0037]6)確定鏡子前人員的身份后，通過(guò)遠(yuǎn)程服務(wù)器將天氣、交通等信息借助Internet傳送給STM32的接口，與當(dāng)天日程的安排一起呈現(xiàn)給用戶進(jìn)行查看，見(jiàn)圖6。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能出門鏡，其特征在于采用以下方式而得到: 1)借助原子鏡不同光度環(huán)境下反折射程度的不同，搭建單面可視的鏡子； 2)搭建智能鏡的硬件平臺(tái):選擇STM32F103-103ZET6主控制模塊和針對(duì)嵌入式設(shè)備的電容式高性能指?jìng)鞲衅鱉BF200的指紋采集控制模塊； 3)搭建主控制模塊，包括以下步驟: 3-1)通過(guò)S T M 3 2內(nèi)部穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換，為主控制模塊提供3.3 V的電壓；系統(tǒng)上電后，STM32，LCD 和 SRAM 初始化； 3-2)STM32芯片內(nèi)置有64KB的靜態(tài)RAM及512K的FLASH空間，同時(shí)外擴(kuò)存儲(chǔ)器SRAM和FLASH;其中可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器FSMC實(shí)現(xiàn)內(nèi)部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，IS62WV51216BLL芯片作為外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器； 3-3)LCD1602需要電源轉(zhuǎn)換提供3.3v電壓，將家庭成員識(shí)別的結(jié)果、該成員的日程安排和遠(yuǎn)程服務(wù)器利用Internet調(diào)用的天氣、交通信息呈現(xiàn)出來(lái)； 4)設(shè)計(jì)采集控制模塊，包括以下步驟: MBF200指紋傳感器采集指紋圖像，利用手指與傳感器接觸時(shí)不同的紋理特征產(chǎn)生不同的電容變化，引起傳感器陣列上的電壓值發(fā)生變化;模擬信號(hào)通過(guò)采樣保持電路和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在傳感器的寄存器上； STM32主控制模塊在采集指紋前為MBF200的寄存器初始化，通過(guò)SPI接口使STM32主控制模塊工作在主控端，指紋傳感器工作在從動(dòng)端，使STM32主控制模塊和指紋芯片內(nèi)部的兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換； 5)應(yīng)用指紋識(shí)別算法識(shí)別家庭成員 5-1)指紋模式識(shí)別系統(tǒng)包括離線和在線兩部分；當(dāng)家庭成員的指紋未錄入系統(tǒng)，則將指紋存放在離線部分;若家庭成員的指紋已經(jīng)存在，則經(jīng)過(guò)指紋在線匹配識(shí)別出是哪個(gè)家庭成員； 5-2)指紋識(shí)別的算法應(yīng)用 指紋識(shí)別的處理包括三大部分，即指紋的預(yù)處理，特征點(diǎn)提取，特征匹配； 圖像預(yù)處理通過(guò)指紋場(chǎng)的計(jì)算、分割、均衡、收斂、平滑、智能增強(qiáng)、以及二值化和細(xì)化為指紋骨架的提取準(zhǔn)備，達(dá)到指紋圖像中模糊信息增強(qiáng)和去噪的目的； 指紋特征點(diǎn)的提取包括對(duì)整體特征和細(xì)節(jié)特征兩方面的提取，特征點(diǎn)提取后還要進(jìn)行最后的去偽存真； 指紋圖像的匹配需要先對(duì)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，然后對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行匹配； 6)確定鏡子前人員的身份后，通過(guò)遠(yuǎn)程服務(wù)器將天氣、交通等信息借助Internet傳送給STM32的接口，與當(dāng)天日程的安排一起呈現(xiàn)給用戶進(jìn)行查看。
【文檔編號(hào)】G06Q10/10GK106022265SQ201610339681
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】史廷春, 莊方偉
【申請(qǐng)人】杭州電子科技大學(xué)