人臉識別技術(shù)在醫(yī)院門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉從會，王梓名

（四川大學(xué)華西第二醫(yī)院，四川 成都 610041）

將人臉識別技術(shù)應(yīng)用于門禁系統(tǒng)進行醫(yī)院人員的準入管理工作，使得醫(yī)務(wù)工作人員可以直接刷臉認證，實現(xiàn)了高安全、高速度、高防偽的門禁管理。

1 需求分析

（1）醫(yī)院卡門禁系統(tǒng)的不足：采用傳統(tǒng)的射頻識別技術(shù)，將門禁權(quán)限信息與職工工牌卡進行一對一關(guān)聯(lián)，但忘記帶卡造成無法開門或遺失卡造成非授權(quán)人員進入授權(quán)區(qū)域的情況時有發(fā)生，不僅影響醫(yī)護人員工作的正常開展，還存在一定的安全隱患。與此同時，門禁卡信息易于拷貝，存在信息被非法讀取和惡意篡改的風(fēng)險，例如手機近場通信（Near Field Communication，NFC）功能可以直接復(fù)制卡門禁的權(quán)限信息。更重要的是卡門禁系統(tǒng)用于授權(quán)認證的物理介質(zhì)是射頻卡，讀寫距離近[1]，實際使用時無法避免完全無接觸，是引起醫(yī)院感染的潛在因素和導(dǎo)致醫(yī)源性感染的重要媒介。調(diào)查研究表明，醫(yī)院門禁系統(tǒng)微生物污染率高達85.53%[2]，因此，無法滿足醫(yī)院的感染防控要求，特別是2019年年底新冠肺炎疫情以來，醫(yī)院作為人流易聚集地，院感防控形勢極為嚴峻，亟需更加安全、便捷的門禁認證方式。

（2）人臉識別技術(shù)的優(yōu)勢：首先，與其他身體特征相比，人臉特征不容易被遺忘和竊取，人臉識別具有非接觸性和穩(wěn)定性[3]。人臉識別技術(shù)采集到的用戶面部生物特征，具有高度的防偽性，為實現(xiàn)用戶身份安全、準確識別提供了重要的技術(shù)保證。其次，人臉識別不需依靠其他物理介質(zhì)，用戶信息的識別完全和設(shè)備無直接接觸，減少了接觸式感染的風(fēng)險，滿足醫(yī)院感染防控的要求，具有更高的安全系數(shù)。最后，在實踐中，前期將二維人臉識別應(yīng)用于門禁系統(tǒng)的試點取得了很好的效果，且三維人臉識別技術(shù)運用于精子庫的志愿者身份認證也有了一定的經(jīng)驗積累，因此在此次疫情期間，將三維人臉識別技術(shù)運用于門禁系統(tǒng)，滿足不摘口罩就能精準識別用戶信息的“防疫精準管控”要求?？傊?，利用高精度、高識別率、高防偽的三維人臉識別終端進行醫(yī)院門禁管理，在提高安全性的同時，可以為醫(yī)護人員的工作帶來更佳的便捷性。

2 系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

根據(jù)門禁系統(tǒng)安全性和高效率管理的需求，醫(yī)院門禁系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循實用性、穩(wěn)定性、安全性、可擴展性、易維護性、靈活性等原則[4]。因而此次設(shè)計部署的三維人臉識別門禁系統(tǒng)，充分利用當前的卡門禁系統(tǒng)，并將其作為基礎(chǔ)架構(gòu)支撐，在保留原有卡門禁認證方式的基礎(chǔ)上，將前期部署的人臉識別中央服務(wù)器進行利用，并加入人臉比對人工智能（Artificial Intelligence，AI）算法服務(wù)器和三維人臉識別終端，只需將新增的服務(wù)器和識別終端接入醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)進行簡單調(diào)試，即可完成系統(tǒng)部署，為醫(yī)院門禁系統(tǒng)加入了新的更加安全、便捷的認證方式。

三維人臉識別門禁系統(tǒng)采用的識別終端將面部信息的點云數(shù)量提升到了5～8萬個，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，為醫(yī)護人員不摘口罩也可以精準被識別提供了技術(shù)支撐。此外人臉比對AI算法服務(wù)器通過立體建模的方式對用戶面部信息進行動態(tài)分析，相較于之前二維人臉識別單一以被檢測人員的面部紋理作為識別依據(jù)，實現(xiàn)了更加精準的人臉識別，具有更高的防偽性。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

三維人臉識別門禁系統(tǒng)主要由人臉識別中央服務(wù)器、人臉比對AI算法服務(wù)器、三維人臉識別終端和門禁控制器4個部分組成。服務(wù)器、門禁控制器、人臉識別終端之間的連接方式采用傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transmission Control Protocol / Internet Protocol，TCP/IP）的網(wǎng)絡(luò)通信模式，通過醫(yī)院局域網(wǎng)實現(xiàn)通信。

2.2 系統(tǒng)功能

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

（2）人臉比對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別終端所在樓層的卡門禁點位及其授權(quán)的人臉特征數(shù)據(jù)。

（3）三維人臉識別終端：獲取和識別人臉信息，向人臉比對AI算法服務(wù)器發(fā)送比對請求，并反饋比對結(jié)果。

（4）門禁控制器：控制門禁電開關(guān)上電與下電。

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

該系統(tǒng)功能實現(xiàn)主要有兩個層面：授權(quán)與認證。其中，授權(quán)又包括外部系統(tǒng)授權(quán)，即三維人臉識別門禁系統(tǒng)向卡門禁服務(wù)器請求用戶信息授權(quán)及向門禁控制器發(fā)送的控制授權(quán)；內(nèi)部系統(tǒng)授權(quán)，即人臉識別終端的用戶授權(quán)。

（1）授權(quán)功能的實現(xiàn)：首先，人臉識別中央服務(wù)器通過定期獲取卡門禁服務(wù)器的門禁點位及人員權(quán)限信息后，形成人臉識別門禁系統(tǒng)的門禁授權(quán)庫。其次，通過三維人臉識別終端錄入人臉特征數(shù)據(jù)，人臉比對AI算法服務(wù)器接收到終端人臉特征數(shù)據(jù)后將特征數(shù)據(jù)信息發(fā)送至人臉識別中央服務(wù)器，并和人臉識別的門禁授權(quán)庫進行匹配，形成人臉識別系統(tǒng)庫。

（2）認證功能的實現(xiàn)：首先，當三維人臉識別終端識別到用戶的人臉信息后會向人臉比對AI算法服務(wù)器發(fā)送對比請求。其次，由人臉比對AI算法服務(wù)器將終端采集到的人臉數(shù)據(jù)進行特征提取處理，處理完成后編入人臉識別系統(tǒng)庫，并將比對后的結(jié)果反饋回終端。最后，如果識別結(jié)果反饋用戶有此門禁的權(quán)限，中央服務(wù)器將根據(jù)人臉識別系統(tǒng)庫中的用戶門禁授權(quán)，向控制器發(fā)送相應(yīng)的開門請求，完成開門動作。

2.4 用戶注冊

系統(tǒng)通過超級管理員為每個業(yè)務(wù)科室分配相應(yīng)的科室管理員，科室管理員登錄識別終端后對需要進行人臉識別的用戶進行注冊，注冊有以下5個步驟：

（1）審核。管理員在三維人臉識別終端登錄，錄入待注冊用戶的工號，完成注冊的審核認證。（2）刷臉。待注冊用戶免冠站立在終端前0.5～1.0 m進行面部掃描。（3）抓拍。人臉客戶端掃描到人臉后，對人臉進行抓拍。（4）挑選：系統(tǒng)將抓拍到的人員面部信息進行初步的評分，評分最符合系統(tǒng)要求的人臉數(shù)據(jù)信息將作為此用戶人臉識別認證信息。（5）驗證。用戶二次刷臉，進行初次比對驗證，如果驗證失敗，則注冊失敗，需要進行二次注冊；驗證成功，則完成用戶注冊。

2.5 系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

該院錦江院區(qū)卡門禁系統(tǒng)刷卡點位800余個，日均刷卡次數(shù)12 000余次，門禁使用需求量大。本次三維人臉識別門禁系統(tǒng)實施部署終端140余個，點位覆蓋了該院錦江院區(qū)急診、產(chǎn)科、婦科、新生兒及部分醫(yī)技及行政辦公區(qū)的醫(yī)護辦公通道，目前，已經(jīng)能夠滿足超過25%的門禁識別認證需求，實現(xiàn)了醫(yī)務(wù)人員的刷臉自動開門，在疫情時期，能夠有效減少醫(yī)務(wù)人員因使用門禁卡可能帶來的接觸性感染風(fēng)險，大大提高了安全性。此系統(tǒng)還解決了戴口罩人臉識別問題，醫(yī)務(wù)人員即使佩戴口罩，也能實現(xiàn)精確的人臉識別，進出各權(quán)限范圍內(nèi)的通道時暢通無阻，大大提高了便捷性。三維人臉識別門禁系統(tǒng)通過采集創(chuàng)建人臉大數(shù)據(jù)庫，為今后的智慧醫(yī)院建設(shè)提供了有力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

為了滿足門禁系統(tǒng)安全性、易維護性、靈活性等要求，后期此系統(tǒng)的管理軟件將實現(xiàn)以下功能：（1）后臺設(shè)備管理，能夠查看設(shè)備詳細信息并完成后臺重啟。（2）通行記錄查詢導(dǎo)出，內(nèi)容包括通行人員的基本信息、通行點位、通行時間、通行認證照片，并且可以根據(jù)人員基本信息中的部分條件篩選導(dǎo)出記錄表單。（3）注冊信息查詢預(yù)覽，包括注冊照片、注冊終端點位、注冊時間、注冊管理員、關(guān)聯(lián)的卡信息、用戶狀態(tài)、切換視圖為列表顯示此類信息，查詢可以根據(jù)工號、姓名進行檢索。（4）數(shù)據(jù)同步設(shè)置，能夠設(shè)置同步規(guī)則、選擇同步字段如工號、姓名、科室、門禁卡號、職位及其他人員信息字段更新用戶數(shù)據(jù)信息。（5）系統(tǒng)設(shè)置，超級管理員登錄及修改密碼、管理科室管理員信息，包括添加、刪除、修改管理員用戶，重置科室管理員密碼。

3 結(jié)語

綜上所述，三維人臉識別門禁系統(tǒng)的設(shè)計部署是必要的，但是部分問題還有待改進。本系統(tǒng)運用三維人臉識別技術(shù)，結(jié)合醫(yī)院的現(xiàn)場場景以及疫情防控需求，實現(xiàn)了高精準、高安全的門禁認證，對減少醫(yī)院公共區(qū)域交叉感染、提升醫(yī)務(wù)人員工作效率有著顯著成效。隨著智慧醫(yī)院的不斷推進，人臉識別等新興技術(shù)也將會在實際應(yīng)用中不斷發(fā)揮更加重要的作用。