基于無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳保國

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210031）

1 人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

人臉識(shí)別是一種基于人臉信息的生物識(shí)別技術(shù)，可使用照相機(jī)或攝像頭收集包含人臉的照片或視頻，自動(dòng)檢測并跟蹤圖像中的人臉[1]，然后對檢測到的人臉進(jìn)行識(shí)別，也稱為人像識(shí)別和面部識(shí)別。基本識(shí)別過程包括4個(gè)步驟：圖像獲取和人臉圖像的預(yù)處理、人臉的檢測和分離、面部特征提取以及人臉圖像的匹配和識(shí)別。相對于指紋識(shí)別等其他的生物學(xué)識(shí)別方式，人臉識(shí)別具有識(shí)別過程自然、無障礙、高效便捷等優(yōu)勢，但同時(shí)也存在一些問題，即識(shí)別過程容易受到其他因素的干擾，如人臉識(shí)別過程普遍易受攝像頭采集圖片質(zhì)量好壞的影響[2]。

如何實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)下人臉識(shí)別的門禁系統(tǒng)是當(dāng)今研究人員的重要研究熱點(diǎn)課題。本文提出在現(xiàn)有人臉識(shí)別訪問控制系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)中，通過在主服務(wù)器中添加人臉識(shí)別控制的客戶端控制模式，再編寫一套簡潔、有效的管理系統(tǒng)界面來管理注冊用戶和配置訪問控制，以實(shí)現(xiàn)訪問控制系統(tǒng)的全面智能。該方案有望解決無線網(wǎng)絡(luò)下人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[3]。

2 無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)分析建模

2.1 用戶訪問人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)

注冊用戶使用其面部特征登錄并訪問各個(gè)門禁控制系統(tǒng)[4]，當(dāng)每個(gè)訪問控制系統(tǒng)檢測到用戶打算登錄時(shí)，首先將系統(tǒng)采集到的人臉信息與訪問控制站的用戶個(gè)人資料進(jìn)行匹配，如匹配成功，即表示該人臉獲得相應(yīng)的門禁權(quán)限，門將被自動(dòng)打開，反之亦反，具體如圖1所示。

圖1 用戶訪問人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)

2.2 管理員管理人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)

管理員對于無線網(wǎng)絡(luò)下人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的操作順序首先是登錄系統(tǒng)，管理員用戶必須首先登錄服務(wù)器以執(zhí)行后續(xù)操作，例如：查看或處理用戶數(shù)據(jù)、獲取相應(yīng)門禁權(quán)限信息和分組信息、注冊新用戶；對用戶信息進(jìn)行管理，包括更改或者刪除用戶基本信息；可以配置無線網(wǎng)絡(luò)功能以保持與用戶之間建立無線網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，通過建立這種關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)將無線網(wǎng)絡(luò)下的云端數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端的功能，由此達(dá)到將獨(dú)個(gè)配置文件發(fā)送到不同的客戶端的目的，具體如圖2所示。

圖2 管理員允許用戶進(jìn)行的操作示意

2.3 無線網(wǎng)絡(luò)人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)

無線網(wǎng)絡(luò)人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要指的是系統(tǒng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括用戶數(shù)據(jù)和訪問控制數(shù)據(jù)。用戶數(shù)據(jù)包括用戶名、用戶索引、用戶分組和用戶權(quán)限。門禁系統(tǒng)的訪問控制信息包括訪問控制的名稱、訪問控制的地址和所有用戶的訪問控制權(quán)限等。門禁系統(tǒng)的用戶索引用于對有關(guān)用戶面部特征的信息進(jìn)行引導(dǎo)，并且在訪問控制數(shù)據(jù)中將面部信息傳達(dá)給所有訪問控制用戶。

無線網(wǎng)絡(luò)人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總體功能結(jié)構(gòu)一般包括以下幾個(gè)部分：服務(wù)器控制臺(tái)、訪問控制系統(tǒng)客戶終端、無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊、人臉識(shí)別模塊和門禁訪問控制終端。無線網(wǎng)絡(luò)人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的服務(wù)端的功能結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)部分：管理員登錄界面、系統(tǒng)功能區(qū)界面、用戶分組結(jié)構(gòu)管理界面、用戶基本信息顯示界面和用戶擁有的所有門禁訪問控制界面。其功能界面包括：用戶的添加、門禁訪問控制的添加、無線網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建與配置以及發(fā)送數(shù)據(jù)。

3 無線網(wǎng)絡(luò)人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)性能需求

無線網(wǎng)絡(luò)人臉識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備以下性能要求。

3.1 正確性需求

在將用戶信息添加到數(shù)據(jù)庫時(shí)，管理員應(yīng)當(dāng)對用戶提供的人臉信息進(jìn)行充分核對以確保用戶信息的準(zhǔn)確性，并且保證所采集人臉圖像信息符合系統(tǒng)條件。管理員登錄系統(tǒng)后，基于無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)必須能夠正確讀取各類信息，具體包括用戶的基本個(gè)人信息、授權(quán)信息以及人臉特征信息，確保可以正確執(zhí)行所有操作。

3.2 安全性需求

系統(tǒng)需根據(jù)管理員提供的正確用戶名與密碼才能允許其登錄系統(tǒng)。用戶通過上傳自身人臉特征信息并將其發(fā)送至客戶端，系統(tǒng)根據(jù)不同用戶的權(quán)限信息進(jìn)行自動(dòng)篩選與匹配，從而獲取相應(yīng)的門禁權(quán)限，進(jìn)而打開相應(yīng)的門。為了防止用戶未經(jīng)允許打開不應(yīng)打開的門（未獲取相應(yīng)的門禁權(quán)限），系統(tǒng)必須在設(shè)計(jì)過程中確保服務(wù)器和客戶端的安全性，例如身份安全性和通信安全性。

3.3 界面需求

系統(tǒng)對運(yùn)行界面的窗口布局要求簡單明了。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)以簡單色調(diào)為主，且不應(yīng)過于煩瑣。每個(gè)模塊均被智能地劃分，每個(gè)窗口的主題樣式都應(yīng)當(dāng)大體相同。同時(shí)，它是使用WPF開發(fā)技術(shù)開發(fā)的，便于用戶使用。界面設(shè)計(jì)必須遵循以下規(guī)則：界面必須一致，必須遵循Microsoft Windows API的概念，并根據(jù)規(guī)范提供簡單的錯(cuò)誤處理方案進(jìn)行自動(dòng)處理；能夠及時(shí)提供各種反饋信息，以此實(shí)時(shí)提醒用戶系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。例如，系統(tǒng)當(dāng)前處于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境如何？當(dāng)前攝像機(jī)讀取狀態(tài)是否穩(wěn)定？當(dāng)前各門禁的數(shù)據(jù)和訪問控制信息情況具體怎么樣？另外，用戶如果不小心誤傳了相關(guān)信息，其可以在系統(tǒng)中撤銷不當(dāng)操作等。

3.4 時(shí)間特殊性需求與穩(wěn)定性需求

3.4.1 時(shí)間特殊性需求

當(dāng)新用戶被管理員添加到系統(tǒng)中時(shí)，系統(tǒng)管理員需要及時(shí)處理用戶的人臉信息，并及時(shí)將用戶的數(shù)據(jù)和面部信息輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)部。

3.4.2 穩(wěn)定性需求

基于無線網(wǎng)絡(luò)人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)一旦啟動(dòng)后，客戶端需滿足24小時(shí)持續(xù)工作運(yùn)行狀態(tài)。如果出現(xiàn)隨機(jī)問題，用戶可以通過重新啟動(dòng)設(shè)備解決；服務(wù)器端則須確保服務(wù)器軟件隨時(shí)控制開關(guān)軟件的狀態(tài)。

3.5 擴(kuò)展性需求

基于無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)支持一定的擴(kuò)展功能，例如：門禁訪問控制節(jié)點(diǎn)的添加、用戶和其他功能操作模塊的添加等方面內(nèi)容，并能夠充分保障系統(tǒng)具備足夠的兼容性，以此滿足更高的要求。

4 結(jié)語

本文對基于無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的理論進(jìn)行了分析和探討，分別對無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、系統(tǒng)分析建模、系統(tǒng)性能需求三方面展開介紹。在發(fā)展現(xiàn)狀中，本文提出了人臉識(shí)別存在的系列問題，還對基于無線網(wǎng)絡(luò)的門禁系統(tǒng)做出了功能描述；在對系統(tǒng)進(jìn)行分析和建模時(shí)，本文介紹了用戶、管理員對于系統(tǒng)的操作流程，并對本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與功能結(jié)構(gòu)開展了分析；在系統(tǒng)性能需求分析中，本文對該系統(tǒng)的正確性需求、安全性需求、界面需求、時(shí)間特殊性需求、穩(wěn)定性需求和擴(kuò)展性需求進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。本文通過充分論證得出以下結(jié)論，一是該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有較為充分的可行性、可操作性、可擴(kuò)展性。二是本文的理論分析能夠?yàn)槲磥頍o線網(wǎng)絡(luò)下的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供理論指導(dǎo)。