刘忠富

第１０卷 第６期

Ｖｏｌ．１０Ｎｏ．６

智 能 计 算 机 与 应 用

ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ

２０２本事人 ０年６月

Ｊｕｎ．２０２０

文章编号：２０９５

－

２１６３（２０２０）０６

－

０１５２

－

０３中图分类号：ＴＮ４１文献标志码：Ａ

基于ＳＴＭ３２Ｆ４０７的人脸识别系统

周 亮，薛 原，王 章，马晗旭，刘忠富

（大连民族大学信息与通信工程学院，辽宁大连１１６６００）

摘 要：随着人工智能、大数据等技术的快速发展，人们在生活中无时无刻地感受着技术为生活带来的便利。在安防备受重

视的今天，生物识别技术快速发展，人脸识得到了广泛的应用，人脸识别是人工智能技术的应用之一。但是人脸识别也面临

着许多的挑战，其中如何将人脸识别技术应用到单片机中已经成为需要解决的问题之一。本文以ＳＴＭ３２Ｆ４０７单片机为核心，

利用ＯＶ７６７０摄像头模块采集人脸图像液晶显示，并通过特征脸识别等一系列算法加以处理，解决了便携式终端在人脸识别

领域的一些问题，可以应用于学校、家庭等小规模场景下的安全防控。

关键词：ＳＴＭ３２Ｆ４０７；液晶显示；ＯＶ安检英文 ７６７０；特征脸识别

ＦａｃｅＲｅｃｏｇｎ留一点微笑给自己 ｉｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄＯｎＳＴＭ３２Ｆ４０７

ＺＨＯＵＬｉａｎｇ，ＸＵＥＹｕａｎ，ＷＡＮＧＺｈａｎｇ，ＭＡＨａｎｘｕ，ＬＩＵＺｈｏｎｇｆｕ

（Ｓｃｈｏｏｌｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＤａｌｉａｎＬｉａｏｎｉｎｇ１１６６００，Ｃｈｉｎａ）

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｂｉｇｄａｔａｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｕｃｈａｓａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，ｔｈｅｐｅｏｐｌｅａｌｌｔｈｅｔｉｍｅｉｎｙｏｕｒｌｉｆｅｔｏ

ｆｅｅｌｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｒｉｎｇｓｔｈｅｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅｆｏｒｌｉｆｅｉｎｔｏｄａｙ＇ｓｓｅｃｕｒｉｔｙｃｏｎ水仙花诗句 ｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ｂｉｏｍｅｔｒｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅ

ｈｕｍａｎｆａｃｅｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄ，ｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｕｔｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｒｅａｌｓｏ

ｆａｃｉｎｇｍａｎｙｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｈｏｗｔｏｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｈａｓｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆ

ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔｎｅｅｄｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｔａｋｅｓＳＴＭ３２Ｆ４０７ＭＣＵａｓｔｈｅｃｏｒｅ，ＵＳＥＳＯＶ７６７０ｃａｍｅｒａｍｏｄｕｌｅｔｏｃｏｌｌｅｃｔｆａｃｅ

ｉｍａｇｅＬＩＱＵＩＤｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ，ａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｅｓｔ欧洲龙虾 ｈｒｏｕｇｈａｓｅｒｉｅｓｏｆａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｓｕｃｈａｓｆｅａｔｕｒｅｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｔｏｓｏｌｖｅｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓ

ｏｆｐｏｒｔａｂｌｅｔｅｒｍｉｎａｌｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｅｃｕｒｉｔｙｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｉｎｓｍａｌｌｓｃａｌｅｓｃｅｎｅｓ

ｓｕｃｈａｓｓｃｈｏｏｌｓａｎｄｆａｍｉｌｉｅｓ．

【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ＳＴＭ３匆匆朗读 ２Ｆ４０７；ＬＣＤ；ＯＶ７６７０；ｆｅａｔｕｒｅｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ

哈尔滨工业大学主办系统开发与应用●

基金项目：大连民族大学大学生创新创业训练计划资助（２０１９１２０２６１６２）。

作者简介：周 亮（１９９９

－

），男，本科生，主要研究方向：智能信息处理系统；薛 原（１９７７

－

），女，硕士，讲师，主要研究方向：硬件系统开发；

王 章（１９９６

－

），本科生，主要研究方向：智能信息处理系统；马晗旭（１９９９

－

），男，本科生，主要研究方向：智能信息处理系统；刘

忠富（１９７３

－

），男，硕士，副教授，主要研究方向：物联网技术。

收稿日期：２０２０

－

０２

－

２２

０ 引 言

随着人脸识别和单片机硬件技术的发展，单片机

结合人工智能等技术也取得了很大的进步。本系统是

以ＳＴＭ３２Ｆ４单片机作为核心控制器，通过ＯＶ７６７０和

特征脸识别算法

［１］

开发的一套系统。现在大多数人脸

识别系统都是基于大型的处理器进行图像处理，适用

于人流量较大的场景。而面向小众群体，人脸识别的

便携式机器在市场中的占有量却非常少，此项目具有

非常重要的意义。在现实场景中人的角度不一定是完

全正立的，使识别的准确度受到很大的影响，导致系统

在识别时可能产生误判，能不能对人脸的位置进行正

确的检测和定位成为衡量其性能的重要因素之一。

１ 系统总体方案设计

基于ＳＴＭ３２Ｆ４０７人脸识别系统的整体设计分

为硬件设计和软件设计两部分。系统硬件电路设计

以ＳＴＭ３２Ｆ４０７单片机为核心，控制电路由显示模

块，ＯＶ７６７０摄像头模块等电子元件组成。系统软

件系统设计包括通过摄像头采集脸部图片，在上位

机分析图片数据，通过程序控制图像的显示。硬件

系香菇猪蹄 统结构如图１所示。

O

V

7

6

7

0

T

F

T

显

示

特

征

脸

识

别

人脸识别系统

图１ 系统总体设计框图

Ｆｉｇ．１ Ｓｙｓｔｅｍｏｖｅｒａｌｌｄｅｓｉｇｎｄｉａｇｒａｍ

２ 系统硬件设计

单片机又称微控制器。价格便宜，体积小，容易移

植使之成为控制领域最佳选择。完整的单片机由ＬＣＤ

显示器电路，微控制器电路，ＡＤＣ采集五谷是哪五谷 电路，时钟电路

等电路组成。本系统的控制电路包括ＯＶ７６７０摄像头

模块，晶振模块，２．８寸ＴＦＴＬＣＤ液晶触摸等模块。图２

为ＳＴＭ３２Ｆ４０７单片机最小系统电路图。

图２ ＳＴＭ３２Ｆ４０７最小系统电路图

Ｆｉｇ．２ ＳＴＭ３２Ｆ４０７ｍｉｎｉｍｕｍｓｙｓｔｅｍｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍ

２．１ 微控制器电路

数据采集与控制器系统所采用的微控制器是ＳＴＭ３２Ｆ４０７ｚｇｔ６。该单片机容量大，芯片内嵌资源丰

富含有１６个定时器，３个ＡＤＣ共２４个通道ＤＣＭＩ

摄像头接口，百兆以太网端口，具备处理视频数据的

能力。一块完整的单片机模块具有１４个电路，双路２３２通信电路，三极管串口通信电路，单路２３２通信

电路，ＵＳＢ转２３２电路，ＳＰ７０６Ｓ复位电路，ＳＤ卡电

路液晶模块电路，全双工ＲＳ４８５电路，ＲＳ４８５半双工

通信电路，ＪＴＡＧ仿真电路，电源模块电路等。

２．２ ＴＦＴＬＣＤ液晶显示电路。

人脸数据通过单片机由ＴＦＴ液晶显示电路显

示，该显示屏的每一个像素上都设置一个薄膜晶体

管，可有效地克服非选通时的串扰，有效的提高了图

像质量

［２］。ＴＦＴ模块采用１６位的方式与外部链接，

在传输彩色图片时速度会更快。使用ＴＦＴ之前，设

置ＳＴＭ３２Ｆ４与ＴＦＴ模块相连接的ＩＯ初始化，ＴＦＴＬＣＤ模块通过函数将字符和数字显示到ＴＦＴ模

块上；之后设置坐标，写入ＲＡＭ指令，写入颜色数

据。ＴＦＴ液晶显示模块原理图如图３所示。

LCD_CS

WR/CLK

RST

DB2

DB4

DB6

DB8

DB11

DB13

DB15

DB17

BL

VDD3.3

GND

MISO

T_PEN

T_CS

TFT_LCD

RS

RD

DB1

DB3

DB5

DB7

DB10

DB12

DB14

DB16

GND

VDD3.3

GND

BL_VDD

MOSI

MO

CLK

2

4

6

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2民主生活会个人剖析材料 4

26

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LCDRS

LCDRD

DB1

DB3

DB5

DB7

DB10

DB12

DB14

DB16

GND

VCC3.3

GND

BLVDD

TMOSI

TCLK

1

3

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7

9

11

13

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33

LCDCS

LCDWR

LCDRST

DB2

DB4

DB6

DB8

DB11

DB13

DB15

DB17

BLCTR

VCC3.3

GND

T_MISO

T_PEN

T_CS

LCD1

图３ ＴＦＴ液晶显示模块原理图

Ｆｉｇ．３ ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＴＦＴＬＣＤｍｏｄｕｌｅ

２．３ ＯＶ７７２５摄像头电路

ＯＶ７６７０是一颗ＣＭＯＳＶＧＡ图像传感器，该传

感器有体积小，工作电压低等优点，提供单片ＶＧＡ

摄像头和影像处理器的所有功能

［３］。通过总线控

制，可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分

辨率，１０位或８位影像数据，ＶＧＡ图像输出最高可

达６０帧／秒。用户可以控制图像质量、数据格式和

３５１

第６期周亮，等：基于ＳＴＭ３２Ｆ４０７的人脸识别系统

传输方式。Ｏｖ７６７０图像传感器的传感器技术，通过

减少或消除光学噪声获得清晰的稳定的彩色图像。ＯＶ７６７０具有高灵敏度、低电压等特点，适合在嵌入

式终端使用，支持自动曝光控制、白平衡、消除灯光

条纹、黑电平校准等自动控制功能，同时支持色彩的

饱和度设置，支持图像缩小和放大。ＯＶ７６７０传感

器包括如下功能模块：感光整列、时序发生器、模拟

信号处理、Ａ／Ｄ转换。Ｏｖ７６７０存储的工作流程大致

为：等待帧同步信号、写指针复位、写使能、等待第

二个帧同步信号、写禁止，可以完成１帧图像在ＡＬ４２２Ｂ的存储。Ｏｖ７６７０摄像头原理图如图４所

示。

图４ ＯＶ７７２５摄像头原理图

Ｆｉｇ．４ ＯＶ７７２５ｃａｍｅｒａｓｃｈｅｍａｔｉｃ

３ 系统软件设计

系统拍照传回的图片首先需要降噪预处理，主

要采用灰度直方图均衡化的方法进行图像转换

［４］，

以提高图片的识别度。其次，进行模型的建立及优

化计算映射距离，并将得到的特征向量移植到ＭＤＫ

代码中进行人脸识别，最后在ＴＦＴ液晶显示屏上显

示。主要采用特征脸算法，把人脸的像素变换到另

外一个空间，空间进行比对。每个矩阵为Ｍ

Ｍ，那

么每个人脸的维度就是Ｍ

Ｍ，将每个维度加起来

得到平均脸，计算协方差得到一个特征脸。肯尼迪号航母 软件设

计流程图如图５所示。

４ 结束语

本文利用了摄像头加人脸识别技术，采用算法

控制实现了自动人脸识别，在一定程度上弥补了现

有的技术缺陷，解决了便携性终端的人脸识别难题。

基于单片机人脸识别系统以较低的价格实现了

人脸识别，在人次比较少的场合有比较好的识别率。

但系统仍有许多地方需要改进，比如随着样本数量

的提高识别率大大降低，处理器速度较低，实时报警

功能欠缺等问题。

TFT显示结果

结束子程序

KN近邻

计算映射距离

图像转换

开始读FIFO

按键是否

按下

初始化

否

是

图５ 软件设计流程图

Ｆｉｇ．５ Ｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｆｌｏｗｃｈａｒｔ

参考文献

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机科学与应用，２０１９，（９）１２８

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１２９．［２］程瑞龙．基于Ｔ５Ｌ芯片的电梯ＴＦＴ显示器设计［Ｊ］．无线互联

网科技，２０１９，（１０）：６１

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６２．［３］谢懿．基于ｓｔｍ３２与ｏｖ７７２５的嵌入式工件尺寸检测系统的设计

［Ｊ］．电子世界，２０１７，（５）１１０

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１１１．

［４］陆兴华，刘铭原，龙庆佳，等．基于灰度直方图的运动目标特征

检测算法［Ｊ］．计算机与现代化，２０１９，（６）７３

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７５．

４５１

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