基于人臉識(shí)別的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)

孫雨帆 程晗 張海鑫 陳儒敏 于靜

摘要：針對(duì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)這個(gè)特殊的環(huán)境上，本文提出一套基于人臉識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室日常運(yùn)行的管理系統(tǒng)，推動(dòng)管理自動(dòng)化這一理念的實(shí)施。本篇論文對(duì)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理、算法代碼等方面進(jìn)行探討。本課題經(jīng)過(guò)了分析，針對(duì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室這一特殊環(huán)境，引入人臉識(shí)別系統(tǒng)，作為身份識(shí)別判定標(biāo)準(zhǔn)，與此同時(shí)引入語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)對(duì)人員目的進(jìn)行記錄，減少人員對(duì)系統(tǒng)的直接操作。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別；語(yǔ)音識(shí)別；開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室；管理自動(dòng)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）08-0157-02

開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室是高校為了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主使用實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)而準(zhǔn)備的特殊環(huán)境，但傳統(tǒng)的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室管理中，多采用人工登記或找管理人員申請(qǐng)磁卡進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室，在這種管理下，不僅會(huì)增加管理人員工作的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)磁卡丟失、冒用的現(xiàn)象，不利于開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室的日常管理。隨著人臉識(shí)別技術(shù)的完善，人臉這一生物體征具有“人臉無(wú)法替代”性、非侵犯性，使人臉對(duì)人員身份具有唯一標(biāo)識(shí)性，因此，本項(xiàng)目將人臉識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別這兩項(xiàng)技術(shù)引入開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室的門(mén)禁以及日常管理中，同時(shí)系統(tǒng)自身通過(guò)識(shí)別結(jié)果判斷人員進(jìn)入權(quán)限和生成使用記錄，達(dá)到減少管理開(kāi)銷(xiāo)的目的，輔導(dǎo)教師也可以通過(guò)系統(tǒng)，掌握學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室的使用情況，方便及時(shí)的做出決策，指導(dǎo)學(xué)生的日常學(xué)習(xí)。

1 選擇人臉識(shí)別技術(shù)的原因

現(xiàn)階段的自動(dòng)門(mén)禁系統(tǒng)基本可以分為基于傳統(tǒng)的標(biāo)識(shí)物品進(jìn)行驗(yàn)證的以及生物特征驗(yàn)證的這兩種方式[1]，見(jiàn)表1。標(biāo)識(shí)物品驗(yàn)證的身份驗(yàn)證是對(duì)人所持的卡片、密碼等物品進(jìn)行檢驗(yàn)，以完成對(duì)用戶身份識(shí)別。

但是隨著技術(shù)的發(fā)展和信息安全手段的提高，物品驗(yàn)證身份的安保方式受到了極大的挑戰(zhàn)，基于生物活體固有的生理特征識(shí)別的技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并且被快速的應(yīng)用到相關(guān)的領(lǐng)域。生物學(xué)特征為身份驗(yàn)證提供了可靠、穩(wěn)定的驗(yàn)證方式。相較于傳統(tǒng)的識(shí)別方式的對(duì)比見(jiàn)表2。

在眾多的生物學(xué)特征中進(jìn)行篩選，基于各個(gè)生物特征的優(yōu)缺點(diǎn)分析，見(jiàn)表3。選擇了人臉識(shí)別作為本系統(tǒng)的門(mén)禁系統(tǒng)的識(shí)別條件。

2 基于人臉識(shí)別的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由單片機(jī)終端、門(mén)禁控制器、樓層服務(wù)器、申請(qǐng)使用系統(tǒng)構(gòu)成。詳情見(jiàn)圖1。

樓層服務(wù)器可以對(duì)本實(shí)驗(yàn)樓層內(nèi)的門(mén)禁系統(tǒng)的控制單元進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，一個(gè)控制單元由一個(gè)人臉識(shí)別終端，一個(gè)語(yǔ)音采集終端，一個(gè)門(mén)鈴按鈕。

通過(guò)注冊(cè)申請(qǐng)的網(wǎng)站進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和審核，實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化，將統(tǒng)計(jì)到的信息進(jìn)行匯總交由審核人員進(jìn)行審核，通過(guò)的信息經(jīng)由TCP/IP協(xié)議的方式發(fā)送到樓層的服務(wù)器中，再由服務(wù)器定期將信息發(fā)送到各個(gè)實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁終端，本系統(tǒng)的工作方式，如圖2。

3 基于人臉識(shí)別的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)硬件部分

這里選擇樹(shù)莓派作為人臉識(shí)別終端核心，包括存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)通路、wifi模塊、拍照設(shè)備、語(yǔ)音采集設(shè)備等一系列硬件模塊組建[2]。人員到達(dá)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，按下門(mén)鈴按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行運(yùn)作，將拍照設(shè)備捕捉到的圖像與本地人臉庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，從而達(dá)到利用人臉識(shí)別來(lái)進(jìn)行身份確定的目的。

然后調(diào)用語(yǔ)音采集模塊，對(duì)人員進(jìn)行語(yǔ)音學(xué)習(xí)目標(biāo)的收集，并轉(zhuǎn)化為文字存儲(chǔ)，定期將收集數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總發(fā)送到服務(wù)器，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合匯總處理，在網(wǎng)站上通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)表的形式向負(fù)責(zé)老師進(jìn)行展示。代碼框圖，如圖3。

4 基于人臉識(shí)別的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室管理中層樞紐系統(tǒng)

樓層服務(wù)器在系統(tǒng)中起到了中間樞紐的作用，利用集成的wifi模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，接受各個(gè)終端的打卡記錄，定期將數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總發(fā)往服務(wù)器，并對(duì)實(shí)驗(yàn)室的情況進(jìn)行監(jiān)視匯總情況數(shù)據(jù)。

中層樞紐的作用可以進(jìn)行快速的標(biāo)識(shí)減輕主服務(wù)器的壓力和終端的體積，使服務(wù)器更加專注于數(shù)據(jù)處理和web業(yè)務(wù)，終端專注于人臉識(shí)別和門(mén)禁功能的實(shí)現(xiàn)。中層樞紐減輕了終端的任務(wù)壓力，每個(gè)星期根據(jù)打卡記錄進(jìn)行對(duì)人員名單進(jìn)行更新，加速人臉識(shí)別的效率。

5 結(jié)語(yǔ)

最近幾年，人工智能發(fā)展迅速，各種人工智能算法別應(yīng)用故意各行各業(yè)，人臉識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別作為其中的一部分同樣被大范圍的引用，但是仍具有一些弊端，急需解決，應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行擴(kuò)展，并且與其他技術(shù)進(jìn)行融合以及完善算法提高識(shí)別精準(zhǔn)概率是未來(lái)的研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張靜端 基于人臉識(shí)別技術(shù)的圖書(shū)館門(mén)禁系統(tǒng)的研究 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)圖形圖像處理，2016（18）.

[2] 周小仨.嵌入式系統(tǒng)人臉識(shí)別技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)[J].電子制作， 2015（3）：254-255.

【通聯(lián)編輯：唐一東】