基于人臉識別技術的學生宿舍門禁系統設計

郝雪燕 沈陽工程學院

引言

隨著義務教育的普及和高校擴招，大學校園里面學生的數量越來越多，給學生管理工作帶來了很大的壓力。一方面，大學校園是一個有著開放、自由、平等的學習和生活環境，學校應該給學生更多的自主時間和空間，使學生們擁有一個充實、快樂的大學生活；另一方面，學校也要盡全力保障學生們的人身安全和財產安全。當前，大部分高校的宿舍仍然使用傳統的機械鎖，部分高校使用的是傳統的射頻識別技術的卡門禁系統，這兩種情況下學生如果忘記帶鑰匙或者門卡就會被鎖在門外，無法滿足當代大學生日常需求的現狀。尤其是當前在疫情常態化的形勢下，使用基于人臉識別技術的學生宿舍門禁系統有利于學生管理，采用不摘口罩就能精準識別用戶信息的三維人臉識別技術更為安全有效。

1 基于人臉識別技術的學生宿舍門禁系統的優勢

當今社會的各個領域，個人身份識別是全球最大的問題之一，在所有生物特征中可用于識別的內容，例如指紋、人臉識別、語音、虹膜是使用最廣泛的。因其獨特性、普遍性、不變性和提取設施而受到人們的認可。傳統的門禁系統，學生在出入宿舍的時候必須要刷校園卡才能通過，然后門禁系統通過識別感應到的學生校園卡卡號在數據庫中讀取學生的相關信息。這種方法存在很大的漏洞，即這種門禁系統主要是通過當天最后一次刷卡的時間來確保學生晚上已經回到了宿舍，用于統計當天未歸宿舍的學生姓名和人數，但是無法識別出入宿舍的學生是不是本人，也就是說無法對學生進行身份判別。

指紋識別技術是一種屬于生物識別的技術，指紋識別技術一般包括三個步驟：指紋識別、特征提取和指紋的匹配。將指紋識別技術應用于高校學生宿舍門禁系統中，既可以方便高校的管理，又可以解決傳統門禁系統的漏洞。由于高校里師生數量較大，當數字數據庫中模板的數量增加，雖然有些方法設計得盡可能快，但并不能保持其精度，因此不適合解決大型數據庫問題。

人臉識別技術相對于指紋識別技術的優勢：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定性。人臉識別技術采集到的用戶面部生物特征，具有高度的防偽性，為實現用戶身份安全、準確識別提供了重要的技術保證。其次，人臉識別不需依靠其他物理介質，相對于指紋識別的門禁系統，用戶信息在識別過程中完全和設備無直接接觸，減少了接觸式感染的風險，滿足目前疫情防控的要求，具有更高的安全系數。尤其是在此次疫情期間，將三維人臉識別技術運用于門禁系統，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酶咦R別率、高精度、高防偽的三維人臉識別終端進行學生宿舍的門禁管理，在提高安全性的同時，可以為學校的管理工作帶來更佳的便捷性。

2 基于人臉識別技術的學生宿舍門禁系統的設計

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

2.1 人臉識別模塊。該模塊是基于人臉識別技術的學生宿舍門禁系統的核心模塊，采用的是三維人臉識別模式。與二維人臉識別相比，采用的識別終端將面部信息的點云數量提升到了5～8萬個，能夠以小于等于0.2 mm的精度構建出用戶的面部結構信息，特別是眼周數據的采集，為不摘口罩也可以精準識別用戶信息提供了技術支撐。此外人臉比對AI算法服務器通過立體建模的方式對掃描到的用戶面部信息進行動態分析，相較于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，實現了更加精準的人臉識別，并且具有更高的防偽性。人臉識別模塊主要包含以下四個部分：

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

(2）人臉比對AI算法服務器：周期性地從權限中心和人臉特征庫同步該設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的人臉特征數據。

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

(4）門禁控制器：可以控制門禁電開關的上電與下電。

2.2 用戶管理模塊。該模塊主要用于系統管理員管理準備登錄或者注冊該系統的用戶。

(1）審核：系統管理員在人臉識別終端登錄，錄入待注冊用戶的學號、姓名等信息，完成注冊的審核認證。

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

(3）抓拍：人臉識別客戶端掃描到人臉后，對人臉進行抓拍。

(4）挑選：系統將抓拍到的人員面部信息進行初步的評分，將評分最符合系統要求的人臉數據信息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，需要再進行第二次注冊；若驗證成功，則完成用戶注冊。

2.3 未歸學生名單管理模塊。該模塊主要是可以導出當天超過宿舍歸寢時間而未歸宿舍的學生，這便于各個學院的老師和領導查閱。本系統可以記錄和保存一周之內未歸宿舍學生的名單，但是超過一周的記錄系統中就不顯示了，只有管理員有權限查找在一周之前的未歸宿舍學生的名單。所以當需要查詢時，只有通過系統管理員的權限才能查看得到。

2.4 異常情況警報模塊。人臉識別模塊每隔一定時間會讀取攝像頭的圖像，共600幀，然后對圖像進行人臉檢測，若檢測到人臉就和訓練器比較距離。置信度越靠近0表示越準確，本系統的置信度取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。如果陌生人想要進入宿舍，系統會對其發出警報并拍照存檔作為黑檔案。

3 結束語

本系統采用三維人臉識別技術，結合當前疫情防控需求，實現了高精準、高安全的門禁認證，相比較于單純的刷校園卡就能進出宿舍的宿舍門禁系統和指紋識別門禁系統，帶人臉識別的學生宿舍門禁系統是對它的一個專業技術上的提高，更符合當前疫情常態化的形勢下現代化的大學校園里對于學生管理的要求。隨著智慧校園建設的不斷推進，人臉識別等新興技術也將會在實際應用中不斷發揮作用。