隨著有寵物的家庭越來越多，為了方便寵物進(jìn)出，會設(shè)置一個小門供寵物進(jìn)出，為了安全，本方案使用樹莓派 5 和 OpenCV 來實現(xiàn)寵物門禁，只讓自家寵物進(jìn)出。

1. 硬件準(zhǔn)備，樹莓派5套件，包括樹莓派5主板、電源、存儲卡等。 攝像頭：連接到樹莓派，用于拍攝寵物圖像。3. 電子門：選擇舵機(jī)來實現(xiàn)開閉門，可以通過 GPIO 接口控制其開關(guān)狀態(tài)。4. 杜邦線若干：用于連接樹莓派與舵機(jī)等設(shè)備。

樹莓派GPIO口

2、軟件安裝與環(huán)境配置在樹莓派 5 上安裝 Raspbian 操作系統(tǒng)。官網(wǎng)下載就可以。

然后安裝 OpenCV 庫：通過終端命令行執(zhí)行以下步驟：

更新軟件包列表： sudo apt-get update 

安裝 OpenCV 依賴項： 

sudo apt-get install build-essential cmake git libgtk2.0-dev pkg-config libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev

獲取 OpenCV 源碼： git clone https://github.com/opencv/opencv.git 

進(jìn)入 OpenCV 目錄并創(chuàng)建編譯目錄： cd opencv && mkdir build && cd build

配置編譯選項： cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local..

編譯和安裝： make -j4 && sudo make install

3、寵物圖像數(shù)據(jù)采集與訓(xùn)練模型，采集寵物的圖像數(shù)據(jù)：使用攝像頭拍攝寵物的照片，建立寵物圖像數(shù)據(jù)集。

數(shù)據(jù)預(yù)處理：對采集到的圖像進(jìn)行裁剪、縮放、歸一化等處理，以適應(yīng)模型訓(xùn)練要求。

門禁控制程序開發(fā)1. 使用 Python 語言結(jié)合 OpenCV 和樹莓派的 GPIO 控制庫開發(fā)門禁控制程序。

程序流程：初始化攝像頭和電子門鎖的 GPIO 引腳。循環(huán)讀取攝像頭圖像：使用 OpenCV 捕獲攝像頭的實時圖像幀。對圖像幀進(jìn)行預(yù)處理，如調(diào)整大小、灰度化等操作， 將圖像輸入到訓(xùn)練好的寵物識別模型中進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)預(yù)測結(jié)果判斷是否為自家寵物：如果識別為自家寵物，控制電子門鎖打開一定時間（如 5 - 10 秒），同時可以記錄寵物進(jìn)出的時間信息到日志文件中。 如果不是自家寵物，則保持門鎖關(guān)閉狀態(tài)。

開發(fā)工具使用的是 Python3 作為開發(fā)語言，OpenCV 作為圖像處理庫，使用樹莓派自帶的 Thonny編輯器。

軟件部分采用Python語言開發(fā)，代碼參考了OpenCV例程。Python編輯器采用Thonny。它簡單易用，可以在樹莓派上輕松使用。它的用戶界面直觀，具有代碼自動縮進(jìn)、語法高亮等功能。

在工程目錄下創(chuàng)建dataset文件夾儲存寵物圖像樣本，和trainer文件夾儲存訓(xùn)練數(shù)據(jù)。并將OpenCV提供的haarcascade 分類器（haarcascade_frontalface_default.xml)拷貝到工程目錄下。目錄結(jié)構(gòu)和文件見下圖。

dataset:放寵物圖片的文件，里面有諸如ABC文件夾，每個文件夾里是諸如ABC的數(shù)據(jù)圖片。

faces：數(shù)據(jù)文件，存放id和name.

face_dataset_01.py： 寵物狗圖像數(shù)據(jù)采集

face_training_02.py：訓(xùn)練已有數(shù)據(jù)并生成模型

face_recognition_03.py：寵物狗識別比對和開門工作

 

首先是寵物圖像數(shù)據(jù)的采集，在Thonny編輯器中運行程序1。錄入過程是用USB攝像頭對準(zhǔn)屏幕采集預(yù)先下載好的寵物圖像，能夠?qū)⒁曨l圖像顯示到界面中，并對寵物狗圖像進(jìn)行檢測，將圖像中所有的寵物狗檢測出來，并用矩形框框出。

采集30張灰度圖做圖像特征識別。程序會收集30個樣本數(shù)據(jù)，存儲樣本數(shù)據(jù)在dataset中，可在用戶界面直接打查看。

運行程序2進(jìn)行訓(xùn)練寵物特征數(shù)據(jù)，會讀取捕獲的寵物圖像進(jìn)行識別訓(xùn)練，并將訓(xùn)練數(shù)據(jù)保存在程序目錄下的文件中。

運行程序3進(jìn)行寵物識別比對和開鎖工作，用攝像頭對準(zhǔn)事先下載的圖片，依次進(jìn)行識別。

如寵物圖像比對正確，顯示OPEN DOOR，并驅(qū)動舵機(jī)打開小門，放寵物進(jìn)出。

4、系統(tǒng)測試與優(yōu)化 ，對整個寵物門禁系統(tǒng)進(jìn)行全面測試，檢查識別準(zhǔn)確率、門禁控制的可靠性、系統(tǒng)響應(yīng)速度等方面。根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化： 如果識別準(zhǔn)確率不夠高，可以增加訓(xùn)練數(shù)據(jù)量、調(diào)整模型結(jié)構(gòu)或超參數(shù)進(jìn)一步訓(xùn)練模型。如果門禁控制有延遲或不穩(wěn)定，檢查 GPIO 連接和控制代碼邏輯，進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

通過以上方案，可以實現(xiàn)基于樹莓派5和 OpenCV 的寵物門禁系統(tǒng)，讓寵物能夠自由進(jìn)出特定區(qū)域，同時防止其他物體或動物誤觸發(fā)門禁。