基于人臉識(shí)別技術(shù)的學(xué)生宿舍門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郝雪燕 沈陽工程學(xué)院

引言

隨著義務(wù)教育的普及和高校擴(kuò)招，大學(xué)校園里面學(xué)生的數(shù)量越來越多，給學(xué)生管理工作帶來了很大的壓力。一方面，大學(xué)校園是一個(gè)有著開放、自由、平等的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境，學(xué)校應(yīng)該給學(xué)生更多的自主時(shí)間和空間，使學(xué)生們擁有一個(gè)充實(shí)、快樂的大學(xué)生活；另一方面，學(xué)校也要盡全力保障學(xué)生們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)前，大部分高校的宿舍仍然使用傳統(tǒng)的機(jī)械鎖，部分高校使用的是傳統(tǒng)的射頻識(shí)別技術(shù)的卡門禁系統(tǒng)，這兩種情況下學(xué)生如果忘記帶鑰匙或者門卡就會(huì)被鎖在門外，無法滿足當(dāng)代大學(xué)生日常需求的現(xiàn)狀。尤其是當(dāng)前在疫情常態(tài)化的形勢(shì)下，使用基于人臉識(shí)別技術(shù)的學(xué)生宿舍門禁系統(tǒng)有利于學(xué)生管理，采用不摘口罩就能精準(zhǔn)識(shí)別用戶信息的三維人臉識(shí)別技術(shù)更為安全有效。

1 基于人臉識(shí)別技術(shù)的學(xué)生宿舍門禁系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

當(dāng)今社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，個(gè)人身份識(shí)別是全球最大的問題之一，在所有生物特征中可用于識(shí)別的內(nèi)容，例如指紋、人臉識(shí)別、語音、虹膜是使用最廣泛的。因其獨(dú)特性、普遍性、不變性和提取設(shè)施而受到人們的認(rèn)可。傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)，學(xué)生在出入宿舍的時(shí)候必須要刷校園卡才能通過，然后門禁系統(tǒng)通過識(shí)別感應(yīng)到的學(xué)生校園卡卡號(hào)在數(shù)據(jù)庫中讀取學(xué)生的相關(guān)信息。這種方法存在很大的漏洞，即這種門禁系統(tǒng)主要是通過當(dāng)天最后一次刷卡的時(shí)間來確保學(xué)生晚上已經(jīng)回到了宿舍，用于統(tǒng)計(jì)當(dāng)天未歸宿舍的學(xué)生姓名和人數(shù)，但是無法識(shí)別出入宿舍的學(xué)生是不是本人，也就是說無法對(duì)學(xué)生進(jìn)行身份判別。

指紋識(shí)別技術(shù)是一種屬于生物識(shí)別的技術(shù)，指紋識(shí)別技術(shù)一般包括三個(gè)步驟：指紋識(shí)別、特征提取和指紋的匹配。將指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于高校學(xué)生宿舍門禁系統(tǒng)中，既可以方便高校的管理，又可以解決傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)的漏洞。由于高校里師生數(shù)量較大，當(dāng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫中模板的數(shù)量增加，雖然有些方法設(shè)計(jì)得盡可能快，但并不能保持其精度，因此不適合解決大型數(shù)據(jù)庫問題。

人臉識(shí)別技術(shù)相對(duì)于指紋識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：首先，與其他身體特征相比，人臉特征不容易被遺忘和竊取，人臉識(shí)別具有非接觸性和穩(wěn)定性。人臉識(shí)別技術(shù)采集到的用戶面部生物特征，具有高度的防偽性，為實(shí)現(xiàn)用戶身份安全、準(zhǔn)確識(shí)別提供了重要的技術(shù)保證。其次，人臉識(shí)別不需依靠其他物理介質(zhì)，相對(duì)于指紋識(shí)別的門禁系統(tǒng)，用戶信息在識(shí)別過程中完全和設(shè)備無直接接觸，減少了接觸式感染的風(fēng)險(xiǎn)，滿足目前疫情防控的要求，具有更高的安全系數(shù)。尤其是在此次疫情期間，將三維人臉識(shí)別技術(shù)運(yùn)用于門禁系統(tǒng)，滿足不摘口罩就能精準(zhǔn)識(shí)別用戶信息的“防疫精準(zhǔn)管控”要求?？傊酶咦R(shí)別率、高精度、高防偽的三維人臉識(shí)別終端進(jìn)行學(xué)生宿舍的門禁管理，在提高安全性的同時(shí)，可以為學(xué)校的管理工作帶來更佳的便捷性。

2 基于人臉識(shí)別技術(shù)的學(xué)生宿舍門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要是服務(wù)于各大高校的學(xué)生和管理學(xué)生事務(wù)的老師，在學(xué)生的管理方面有著不可替代的地位，主要分為四個(gè)功能模塊：人臉識(shí)別模塊、用戶管理模塊、未歸學(xué)生名單管理模塊、異常情況警報(bào)模塊。

2.1 人臉識(shí)別模塊。該模塊是基于人臉識(shí)別技術(shù)的學(xué)生宿舍門禁系統(tǒng)的核心模塊，采用的是三維人臉識(shí)別模式。與二維人臉識(shí)別相比，采用的識(shí)別終端將面部信息的點(diǎn)云數(shù)量提升到了5～8萬個(gè)，能夠以小于等于0.2 mm的精度構(gòu)建出用戶的面部結(jié)構(gòu)信息，特別是眼周數(shù)據(jù)的采集，為不摘口罩也可以精準(zhǔn)識(shí)別用戶信息提供了技術(shù)支撐。此外人臉比對(duì)AI算法服務(wù)器通過立體建模的方式對(duì)掃描到的用戶面部信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，相較于二維人臉識(shí)別單一以被檢測(cè)人員的面部紋理作為識(shí)別依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了更加精準(zhǔn)的人臉識(shí)別，并且具有更高的防偽性。人臉識(shí)別模塊主要包含以下四個(gè)部分：

(1）人臉識(shí)別中央服務(wù)器：作為三維人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的權(quán)限中心，同時(shí)也是人臉特征庫的中心。作為權(quán)限中心時(shí)，一方面，負(fù)責(zé)從現(xiàn)有卡門禁服務(wù)器獲取當(dāng)前卡門禁系統(tǒng)的設(shè)備點(diǎn)位和人員權(quán)限信息，并形成人臉識(shí)別的權(quán)限系統(tǒng)；另一方面，管理人臉識(shí)別門禁授權(quán)認(rèn)證、記錄門禁日志。作為人臉特征庫中心時(shí)，負(fù)責(zé)向門禁控制器發(fā)送人臉識(shí)別系統(tǒng)的門禁控制信息。

(2）人臉比對(duì)AI算法服務(wù)器：周期性地從權(quán)限中心和人臉特征庫同步該設(shè)備接入的三維人臉識(shí)別終端所在樓層的卡門禁點(diǎn)位及其授權(quán)的人臉特征數(shù)據(jù)。

(3）三維人臉識(shí)別終端：獲取和識(shí)別人臉信息，向人臉比對(duì)AI算法服務(wù)器發(fā)送比對(duì)請(qǐng)求，并反饋比對(duì)結(jié)果。

(4）門禁控制器：可以控制門禁電開關(guān)的上電與下電。

2.2 用戶管理模塊。該模塊主要用于系統(tǒng)管理員管理準(zhǔn)備登錄或者注冊(cè)該系統(tǒng)的用戶。

(1）審核：系統(tǒng)管理員在人臉識(shí)別終端登錄，錄入待注冊(cè)用戶的學(xué)號(hào)、姓名等信息，完成注冊(cè)的審核認(rèn)證。

(2）刷臉：待注冊(cè)用戶免冠站立在面部信息采集終端前0.5～1.0 m進(jìn)行面部掃描。

(3）抓拍：人臉識(shí)別客戶端掃描到人臉后，對(duì)人臉進(jìn)行抓拍。

(4）挑選：系統(tǒng)將抓拍到的人員面部信息進(jìn)行初步的評(píng)分，將評(píng)分最符合系統(tǒng)要求的人臉數(shù)據(jù)信息作為此用戶人臉識(shí)別認(rèn)證信息。

(5）驗(yàn)證：用戶二次刷臉，進(jìn)行初次比對(duì)驗(yàn)證。如果驗(yàn)證失敗，則注冊(cè)失敗，需要再進(jìn)行第二次注冊(cè)；若驗(yàn)證成功，則完成用戶注冊(cè)。

2.3 未歸學(xué)生名單管理模塊。該模塊主要是可以導(dǎo)出當(dāng)天超過宿舍歸寢時(shí)間而未歸宿舍的學(xué)生，這便于各個(gè)學(xué)院的老師和領(lǐng)導(dǎo)查閱。本系統(tǒng)可以記錄和保存一周之內(nèi)未歸宿舍學(xué)生的名單，但是超過一周的記錄系統(tǒng)中就不顯示了，只有管理員有權(quán)限查找在一周之前的未歸宿舍學(xué)生的名單。所以當(dāng)需要查詢時(shí)，只有通過系統(tǒng)管理員的權(quán)限才能查看得到。

2.4 異常情況警報(bào)模塊。人臉識(shí)別模塊每隔一定時(shí)間會(huì)讀取攝像頭的圖像，共600幀，然后對(duì)圖像進(jìn)行人臉檢測(cè)，若檢測(cè)到人臉就和訓(xùn)練器比較距離。置信度越靠近0表示越準(zhǔn)確，本系統(tǒng)的置信度取100作為閾值，大于閾值表示陌生人，紅燈亮起，否則表示熟人，綠燈亮起。如果陌生人想要進(jìn)入宿舍，系統(tǒng)會(huì)對(duì)其發(fā)出警報(bào)并拍照存檔作為黑檔案。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用三維人臉識(shí)別技術(shù)，結(jié)合當(dāng)前疫情防控需求，實(shí)現(xiàn)了高精準(zhǔn)、高安全的門禁認(rèn)證，相比較于單純的刷校園卡就能進(jìn)出宿舍的宿舍門禁系統(tǒng)和指紋識(shí)別門禁系統(tǒng)，帶人臉識(shí)別的學(xué)生宿舍門禁系統(tǒng)是對(duì)它的一個(gè)專業(yè)技術(shù)上的提高，更符合當(dāng)前疫情常態(tài)化的形勢(shì)下現(xiàn)代化的大學(xué)校園里對(duì)于學(xué)生管理的要求。隨著智慧校園建設(shè)的不斷推進(jìn)，人臉識(shí)別等新興技術(shù)也將會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中不斷發(fā)揮作用。