基于人臉識別技術(shù)的高校圖書館門禁系統(tǒng)設(shè)計

朱 寧

(中國人民大學(xué)蘇州校區(qū) 圖書館，江蘇 蘇州 215123)

0 引言

人臉識別技術(shù)，是指基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識別的一種生物識別技術(shù)，通常也稱為人像識別、面部識別[1]。它是人工智能中的生物識別技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的一卡通刷卡身份驗證和指紋識別驗證，人臉識別技術(shù)主要有三點優(yōu)勢：第一是準(zhǔn)確性極高且穩(wěn)定[2]；第二是難被偽造，具有唯一性；第三是終端設(shè)備進(jìn)行人臉識別身份驗證時，不需要與終端設(shè)備接觸，可以避免病毒或細(xì)菌的接觸性傳播，在當(dāng)前背景下具有明顯的實際價值。隨著人臉識別技術(shù)的快速發(fā)展，將人臉識別技術(shù)應(yīng)用于高校圖書館門禁系統(tǒng)身份識別的成本在降低。因此，建設(shè)基于人臉識別技術(shù)的高校圖書館門禁系統(tǒng)是很有必要的。

1 人臉識別門禁系統(tǒng)的工作原理

基于人臉識別技術(shù)的高校圖書館門禁系統(tǒng)是將人臉識別技術(shù)和圖書館門禁系統(tǒng)相結(jié)合，主要是將人臉識別作為門禁系統(tǒng)身份識別的方式。人臉識別圖書館門禁系統(tǒng)的工作原理主要是：安裝了攝像裝置的人臉識別終端采集臉部的圖像或視頻流，自動檢測到人臉，再進(jìn)行圖像采集、定位、特征提取、特征比對[3]，達(dá)到識別不同讀者身份的效果。如果提取的人臉特征與人臉數(shù)據(jù)庫比對成功，讀者身份識別就成功，各控制單元的入口由門禁控制器開啟，讀者可進(jìn)入；如果經(jīng)過比對人臉特征識別失敗時，各控制單元的入口就不開啟，讀者不可進(jìn)入。

2 基于人臉識別技術(shù)的高校圖書館門禁硬件系統(tǒng)

基于人臉識別技術(shù)的高校圖書館門禁硬件系統(tǒng)由門禁系統(tǒng)服務(wù)器、遠(yuǎn)程管理計算機(jī)、門禁控制器、人臉識別終端、出門按鈕和通信網(wǎng)絡(luò)等部分構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 基于人臉識別技術(shù)的高校圖書館門禁硬件系統(tǒng)

門禁系統(tǒng)服務(wù)器是門禁系統(tǒng)的核心，通過通信網(wǎng)絡(luò)(TCP/IP)對人臉識別門禁系統(tǒng)各控制單元進(jìn)行控制，系統(tǒng)管理員使用遠(yuǎn)程計算機(jī)通過通信網(wǎng)絡(luò)管理門禁系統(tǒng)服務(wù)器。每個控制單元由圖書館入口、人臉識別終端、圖書館出口、出門按鈕構(gòu)成。人臉識別終端一般安裝在圖書館入口處，安裝高度與人的身高接近；出門按鈕安裝在出口附近，安裝高度也近似人的身高。圖書館可以按照大門數(shù)量把整個區(qū)域劃分成N個控制單元。

當(dāng)讀者從每個入口進(jìn)入時，人臉識別終端對人臉進(jìn)行特征提取，將數(shù)據(jù)上傳至門禁控制器，門禁控制器通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與門禁系統(tǒng)服務(wù)器中的人臉數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，當(dāng)讀者的臉部特征符合數(shù)據(jù)庫中存儲的信息時，入口自動開啟，讀者可以進(jìn)入。當(dāng)讀者從出口離開時，按下出門按鈕，則控制出口的繼電器開啟，出口打開，讀者就可以離開。通常入口和出口為同一個門，只要在入門方向安裝人臉識別終端，在出門方向安裝出門按鈕就可實現(xiàn)單門雙向通行。遠(yuǎn)程管理計算機(jī)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)控制門禁系統(tǒng)服務(wù)器，實現(xiàn)系統(tǒng)的人臉數(shù)據(jù)庫操作、人員進(jìn)入圖書館記錄查詢統(tǒng)計、用戶管理等操作。

3 基于人臉識別技術(shù)的高校圖書館門禁軟件系統(tǒng)

基于人臉識別技術(shù)的高校圖書館門禁軟件系統(tǒng)[4]主要包括系統(tǒng)模塊和管理模塊兩部分，如圖2所示。

圖2 基于人臉識別技術(shù)的高校圖書館門禁軟件系統(tǒng)

3.1 人臉識別門禁系統(tǒng)模塊

系統(tǒng)模塊主要有門禁監(jiān)控、對讀者臉部識別兩個功能。

3.1.1 門禁監(jiān)控

門禁監(jiān)控模塊主要是監(jiān)控整個門禁系統(tǒng)的正常運行，可設(shè)置各個門禁控制器的通信參數(shù)，包括IP地址、網(wǎng)關(guān)、端口號。通過門禁監(jiān)控模塊還可以查看到成功通過各入口的讀者相關(guān)信息，以及人臉識別驗證成功或失敗記錄。如果有外接接口，還可以查看與外接接口的連接狀態(tài)。這些功能可以確保整個門禁系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行。

3.1.2 對讀者臉部識別

當(dāng)有讀者試圖進(jìn)入圖書館時，門禁系統(tǒng)將人臉識別終端采集到的壓縮后的臉部圖像或視頻流通過網(wǎng)絡(luò)上傳到臉部識別模塊，臉部識別模塊對采集圖像進(jìn)行人臉定位、特征提取、特征比對等一系列生物識別處理，特征比對環(huán)節(jié)需要與人臉數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，若與人臉數(shù)據(jù)庫的人臉圖像比對成功，將會關(guān)聯(lián)到人臉圖像所對應(yīng)的學(xué)工號信息，同時生成一條入館記錄，并給人臉識別終端所在的門禁控制器發(fā)送開門消息。若比對失敗，則不生成入館記錄，并且讀者無法進(jìn)館。

對讀者臉部識別可以在系統(tǒng)本地進(jìn)行，也可以通過外接接口交由第三方平臺處理，第三方平臺人臉比對成功后將對應(yīng)的信息返回給系統(tǒng)。

3.2 人臉識別門禁系統(tǒng)管理模塊

管理模塊主要有人臉數(shù)據(jù)庫操作、入館記錄查詢統(tǒng)計、用戶管理三個功能，管理模塊采用B/S結(jié)構(gòu)，管理員使用遠(yuǎn)程計算機(jī)上的瀏覽器通過校園局域網(wǎng)訪問門禁系統(tǒng)服務(wù)器，在登錄界面輸入用戶名和密碼后即可使用管理模塊的功能。

3.2.1 人臉數(shù)據(jù)庫操作

人臉數(shù)據(jù)庫操作模塊用于門禁系統(tǒng)管理員對人臉數(shù)據(jù)庫的操作，包括批量或單條讀者信息的導(dǎo)入、刪除、修改、查詢，讀者信息包括用于人臉識別的臉部圖像。人臉數(shù)據(jù)庫可以部署在本地門禁系統(tǒng)服務(wù)器上，也可以采集讀者臉部圖像后交由實現(xiàn)臉部識別功能的第三方平臺建庫。

3.2.2 入館記錄查詢統(tǒng)計

入館記錄查詢統(tǒng)計模塊用于門禁系統(tǒng)管理員設(shè)置相應(yīng)的查詢統(tǒng)計條件后，軟件根據(jù)自動存儲在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的入館記錄生成相應(yīng)的報表，并可以從系統(tǒng)中導(dǎo)出。

3.2.3 用戶管理

用戶管理模塊指系統(tǒng)管理員可以修改登錄密碼，可以查看、新增、刪除登錄管理模塊的用戶名和密碼，以及設(shè)置各用戶對人臉數(shù)據(jù)庫操作和入館記錄查詢統(tǒng)計兩個模塊的訪問權(quán)限。

4 結(jié)語

作為人工智能技術(shù)之一的人臉識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用是大勢所趨[5]，圖書館將人臉識別技術(shù)應(yīng)用于門禁系統(tǒng)建設(shè)，開創(chuàng)了人臉識別技術(shù)在圖書館應(yīng)用的新局面。隨著人臉識別技術(shù)的不斷成熟，其可靠性和準(zhǔn)確性將不斷提升，部署成本也會不斷下降，這將有利于人臉識別技術(shù)被廣泛用于智慧圖書館的建設(shè)。除了人臉識別門禁產(chǎn)品，適用于圖書館的人臉識別設(shè)備還有人臉識別考勤機(jī)、動態(tài)人臉監(jiān)控系統(tǒng)、人臉識別軟件等[6]，人臉識別這樣的人工智能技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)圖書館業(yè)務(wù)，必將打開智慧圖書館建設(shè)新的局面。