基于动态二维码的无线智能门禁系统设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

智能化的门禁技术在当今的智能化小区、写字楼等公共场所之中都得到了普遍的应用，进而实现了对公共场所出入的安全管理。智能、安全和高效的现代化门禁系统已经成为社会发展的必然趋势。当今的很多智能化门禁系统所应用的技术有指纹技术、射频技术以及面部识别技术等。但是，这些智能化的门禁技术都有着一定的缺点存在，让智能化的门禁系统应用受到一定的限制。射频技术，使用者必须随身携带门禁卡，门禁卡又容易丢失，进而为使用者带来较大的不便。指纹识别技术，如果使用者的手上有伤口或者是污垢，系统就很难识别其指纹。面部识别技术，价格十分昂贵，很难全面普及。

随着自动识别技术的发展以及携带高清摄像头的智能手机在民众中普及开来，二维码获得了快速的发展。现在，各种各样的广告、火车票、景点门票、产品包装以及商店支付都能见到二维码的身影。而且，随着二维码应用量的增大以及各种类型的二维码的出现，条码已发展成为庞大的产业。因为越来越普及的智能手机上有足够高清的摄像头以及较丰富的计算资源，而且手机已成为人们一种随声携带的必需品，因此二维码在手机上的应用变得越来越广泛。用户可以通过手机扫描二维码就可以享受如订票、付费、连接网页等多种服务。目前，qr二维码应用的范围包括：(1)二维码支付：目前，支付宝、微信支付等第三方支付机构广泛采用qr二维码进行支付。人们只需用安装相关支付软件的手机扫描带有收款信息的qr二维码并进行密码确认，就能轻松地完成了数字支付。这给人们生活带来快捷与方便，同时避免了人们携带现金从而提高个人资金的安全性。(2)网站链接：在生活中无处不在的广告上，人们可以直接扫描二维码从而获取其中的超链接地址，进而访问到公司或者产品的主页。这避免了繁琐的网址手动输入，无疑给人们节约了时间成本和更好的用户体验。(3)身份识别：携带个人信息的二维码越来越多的出现在名片上，方便别人记录和快速识别。利用二维码，只需手机轻松的扫码就可以实现会议签到、访客登记等功能。(4)商品溯源：产品厂家可以将产品相关信息如厂家名字、生产日期、保质期、产品原材料、使用说明、注意事项等生成qr二维码，并将生成的二维码印刷在包装袋或者标签上。消费者购买产品时可以通过手机非常方便地登陆相关网站查询产品相关信息，从而得到更好的服务。

因为目前二维码的识别平台更多的是手机端，因此研究二维码技术在嵌入式产品上的应用具有重要应用意义。实现基于二维码的门禁系统使得门禁系统更加多样性，让人们有更多的选择。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：设计安全智能门禁/门锁硬件，该硬件具有读取二维码的摄像头。

设计安全智能锁专用物联网协议，完成认证中心与安全智能锁之间的身份认证和加密连接，并为安全智能锁设计了简洁的证书结构，实现认证中心对安全智能锁的有效管理。

设计构建双向认证协商协议的模型和代码，实现协议中的安全智能门禁/门锁及认证中心服务器生成证书。

3. 国内外研究现状

二维码研究现状：

二维码的识别过程就是将二维码图片中的黑白模块所表达的“0”、 “1”数据转换为编码前原始的数据。其中包括图像灰度化、图像滤波、图像二值化、二维码定位、二维码校正以及数据纠错与解码等步骤。

现在的图像采集设备获取的图片一般情况下都是rgb格式的彩色图像。为了方便进行图像存储和减少计算量，二维码解码的第一步就是将包含rgb三原色的图像转换为灰度图。因为二维码中只有黑白的“0”、“l”模块是有效数据，所以紧接着需要进行图像二值化处理。图像二值化一般可作为数字图像处理方法的预处理步骤，如边缘提取、目标识别、图像分割等都需要将图像进行二值化后再进行处理。二值化处理往往需要考虑光照不平衡的情况，目前主要有下几种常见的增强处理方法：灰度变换、同态滤波、retinex增强方法。目前，图像二值化算法的研究方向主要聚焦在合理快速的寻找阈值上，而阈值计算分为全局阈值法及局部阈值法两类。常用的局部二值化算法有bernsen、niblack等。虽然这类方法能有效的进行二值化，但是仍然不可避免地存在虚假目标或目标对象断裂等问题。madhuri等对bernsen进行优化，提出先用高斯滤波对原始图像进行滤波处理，然后将利用bernsen方法对原图和高斯滤波后的图像分别求出的两个阈值进行加权处理得到最终的阈值。abutaleb a.s利用图像灰度分布密度进行描述图像的熵，然后求解某个阈值使得目标和背景两者的熵的总和最大。brink a.d提出的方法也是基于图像熵。该方法求出一个阈值使得目标和背景两个区域的图像熵中较小的那个最大化。但该方法的计算较为复杂。路阳等人对同态滤波算法进行改进，据此消除qr二维码图像中光照不均匀的影响，然后采用ostu法对图像进行二值化。闫三虎等人先将图像进行分块，然后在此基础上计算各部分的灰度值，通过双线性插值算法设置每块灰度值为估计值，最后利用原图检测出背景图像从而得到校正图像。此种算法克服了图像中光照不均对阈值选取的影响，但只适用于背景较为简单图像的二值化。屈卫锋将二维码图像分块，然后在每块图像上采用ostu二值化算法进行二值化。但这种算法的结果受图像分块大小的影响较大。张洁玉针对区域分块二值化算法存在目标虚假和断裂的缺陷，提出首先将图像分块，然后利用更大的局部窗口判断分块窗口内灰度变化是否剧烈，从而进行二值化。

4. 计划与进度安排

2022年12月底前：完成开题报告

2022年01月底前：完成二维码及微信小程序开发相关知识学习

2022年02月底前：完成智能门锁设计与小程序开发

5. 参考文献

1. 刘中原.基于身份证和二维码的访客系统的设计与实现[j].电脑知识与技术,2019,(33).59-60.

2. 张志伟,乔雨,田季颖.基于微信小程序的校园身份验证系统的设计[j].电子制作,2020,(2).47~48.doi:10.3969/j.issn.1006-5059.2020.02.017.

3. 胡锦清.基于二维码技术的访客管理系统设计与实现[j].机电技术,2014,(3).37-40.doi:10.3969/j.issn.1672-4801.2014.03.013