Python+Opencv+Tkinter指纹识别与人脸识别的门禁兼考勤(一)

一、设计目标:旨在PC端上搭建一款具有指纹识别与人脸识别功能的门禁兼考勤系统。该系统同时具备普通用户模式、管理员模式与超级管理员模式，下面具体介绍每种模式下的功能。

1）普通用户模式

该模式可分为收集用户信息，验证用户信息和开锁三个阶段。其中，收集用户信息即为收集用户的id,姓名，指纹信息和人脸信息，将除了指纹信息之外的用户信息存入数据库，而指纹信息直接存储在指纹模块；验证用户信息即为先验证用户的指纹，通过之后进行人脸验证，再根据验证情况，生成日志信息，日志信息可展示在右边区域，并存入数据库表；开锁即为通过指纹验证和人脸验证之后，PC进一步通过串口控制51单片机，进行开锁步骤。

2）管理员模式

该模式需要管理员输入账号和密码，在普通用户模式的基础上，拥有删除单个指纹信息，一键删除所有用户指纹信息，删除本地用户信息，删除数据库用户id、姓名和人脸信息，删除数据库日志信息，进入超级管理员模式，退出管理员模式，直接开锁等功能。

3）超级管理员模式

该模式是基于pyhton+django网页端的管理平台，具备操作数据库人脸信息，日志信息和管理员的账号、密码。

二、系统总体结构

从系统的设计目标可知，该门禁考勤系统分为硬件和软件两个部分。其中，硬件包括PC，单片机，继电器，AS608光学指纹模块和电磁锁；软件包括python+tkinter编写的UI界面，sqlite3数据库，python+django的网页端管理界面，python+dblib+opencv的人脸识别，python通过串口控制的AS608指纹模块，C语言编写的单片机控制电磁锁等等。系统的大体工作是采集用户指纹信息和人脸信息，与提前录入的指纹信息与人脸信息进行匹配，对于匹配正确的用户则记录考勤信息，为该用户打开电磁锁。总体设计下图所示。

该系统的指纹识别通过AS608指纹识别模块来实现对指纹的扫描和比对功能,而人脸采集则通过PC自带的摄像头来完成，基于PC端的人机交互界面是整个系统的核心所在，是由python搭建的软件运行环境，主要负责实现系统的指纹识别，人脸识别，信息存储和根据处理结果做出相应的选择，如发送信号控制单片机开锁等。

51单片机主要负责接收来自PC端的指令，做出相应的动作。例如，当单片机收到“1”时，则打开电磁锁，否则电磁锁保持常闭状态。

网页端管理界面是由python+Django搭建的，方便超级管理员进行数据库的操作，例如，修改用户个人信息，修改日志信息，修改管理员账号密码等。

人脸识别算法作为人脸识别的核心，负责该门禁兼考勤系统的人脸识别功能的实现，关系人脸识别的性能。而数据库负责存储用户个人信息以及人脸信息，日志信息和管理员的账号、密码。

三、系统的技术难点

在完成整个门禁兼考勤系统中，碰到以下诸多技术难点：

1）人脸识别的实现。人脸识别的整个过程略显复杂需要从五个步骤完成，分别是人脸检测、人脸关键点检测、人脸规整、人脸特征提取、人脸识别^[3]。前期采用python+opencv每个人采集100张人脸图像，训练生成.yml文件，再进行人脸识别，而后发现该方法实现人脸识别的精度不高。因此，人脸识别的实现，既要综合整个完成的步骤，又要提高人脸识别的精度。

2）搭建python+tkinter的软件操作平台。搭建该软件系统需要明确整个软件界面的布局，各个模块功能之间的交互以及减少Bug的出现。其中，如何利用pyhton建立数据库，访问数据库，如何进行数据库与前台的交互，如何搭建网页端的管理平台都是该系统的难点。因此，门禁兼考勤系统的开发需要对python语言以及相关库的应用有一定深入的学习。

3）用python操作AS608指纹模块。网络上提供的都是关于C语言操作AS608指纹模块，如何用python使用AS608指纹模块，必须深入了解该模块的指令应答与数据交换，各个功能对应的指令包。

希望有共同需求的，可以来共同探讨，后续将说明该系统的软件设计、硬件设计等。