人臉識別門禁系統在高校實驗室管理中的應用研究

許力文

（江蘇開放大學商學院，江蘇 南京 210013）

習近平總書記指出，“沒有信息化就沒有現代化”。2014 年全國教育會議上將全國教育的目標確定為“深化教育領域綜合改革，加快推進教育治理體系和治理能力現代化”，這是教育領域全民落實中央決策部署，適應新時代教育形勢的一次重大理論和實踐調整。近年來，隨著《教育信息化十年發展規劃（2011-2020）》的頒布和實施，各高校都加快了教育信息化建設的步伐。實驗教學作為提升學生實踐能力的重要抓手，已然成為高校日常教學中必不可少的一環。但實際情況是，高校在日常的實驗室管理中由于實驗設備、場地、時間等因素限制導致實踐教學資源未得到充分利用，實踐效果并不理想。就如筆者所在的高校，實驗室的出入實行紙質登記，不僅流程繁瑣，而且受到實驗室管理老師工作時間的限制，不利于實驗室的充分利用。因此在高校實驗室的管理和建設中引入信息化手段，開展實驗室智能管理就顯得尤為必要。借用先進的信息技術，實行實驗室開放管理，將師生的課余時間和實驗室資源利用充分融合，最大限度的發揮實驗室功能，推動實踐教學的開展和學生實踐能力的提升。

1 人臉識別門禁系統概述

1.1 人臉識別門禁系統的概念

人臉識別技術采用獨有的“3D 結構光人臉識別算法”與具有強大GPU 運行能力的服務器完美結合，基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術。其借助攝像機或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流并對檢測到的人臉進行臉部識別的一系列相關技術，包括人臉圖像采集、人臉定位、人臉識別預處理、記憶存儲和比對辨識，從而達到識別不同人員身份的目的。而人臉識別門禁系統就是把人臉識別技術和電子門禁相結合，通過人臉識別驗證通行人員身份，從而開啟門禁的一種管理系統。

1.2 人臉識別門禁系統的特點

1.2.1 唯一性：每個人的面部特征都具有獨一性，無法復制仿冒，因此安全性更高。

1.2.2 自然性：相比于指紋、視網膜、虹膜、基因等生物特征，利用人臉特征進行身份驗證具有自然、直接、友好、便捷的特點，更易為用戶所接受。[1]

1.2.3 簡單方便：無需攜帶門禁卡,識別速度快，操作簡單便捷。

1.2.4 非接觸性：無需接觸設備，不用擔心病毒的接觸性傳染，既衛生又安全。

2 人臉識別門禁系統的組成和工作原理

2.1 人臉識別門禁系統的組成

人臉識別門禁系統由硬件設備(人臉識別終端、門禁控制器、電磁鎖)、控制管理軟件(人臉識別實時監控、人臉識別門禁考勤管理系統)組成。

圖1 人臉識別門禁系統的構成

2.2 人臉識別門禁系統工作方式

2.2.1 后端比較

前端人臉設備或攝像頭在捕捉到人像數據后傳送到后端服務器，由后端服務器經過人臉搜索，找到對應的人員信息，再將開門指令傳回前端人臉設備或門禁控制器。

2.2.2 前端比較

服務器將授權通行人員人像信息提前發送到人臉識別設備，此時前端識別設備不再需要將捕捉到的人像傳送到服務器，相較于后端比較方式對網絡穩定性要求低，在網絡或服務器短時間故障時依舊可以完成人臉識別工作，缺點是由于運算能力受限，人臉庫不能太大，一般在5 千-1 萬。

2.3 人臉識別門禁系統工作原理

當通行人員進入動態人臉識別區域時，系統將自動識別該人員，并從人臉識別面板機的視頻流中截取一張人臉圖像，將截取到的人臉圖像與數據庫中的授權通行人員人臉照片進行比對分析。當通行人員的人臉圖像與系統人臉庫的人臉照片相似度達到一定的閥值時，人臉識別面板機則會認為比對通過，然后通過網絡發送開門指令至人臉識別面板機，由其控制門禁開啟；而當無法從系統人臉庫中找到一定閥值的人臉照片時，則會認為比對不通過，此時不會發起開門指令。無論人臉比對結果為授權用戶或非授權用戶，系統都會在數據庫中記錄使用者的人臉信息及其他相關信息，便于后期追蹤查找。人臉識別門禁系統有兩種工作模式：

1.推進并落實文化強市戰略。2012年11月8日，黨的十八大勝利召開。黨的十八大作出“扎實推進社會主義文化強國建設”的戰略布局，明確提出“必須推動社會主義文化大發展大繁榮，興起社會主義文化建設新高潮，提高國家文化軟實力，發揮文化引領風尚、教育人民、服務社會、推動發展的作用”[8]。這是進一步加強社會主義文化建設的戰略決策，也是堅定不移走中國特色社會主義文化發展道路的信心所在、希望所在。貫徹落實黨的十八大精神，為廣州積極推進文化強市戰略的實施提供了方向指引和基本遵循。

2.3.1 工作模式-繼電器模式

圖2 人臉識別門禁系統“繼電器模式”

該工作模式適用于已經安裝門禁控制系統的實驗室。當人臉識別成功后，人臉識別設備通過繼電器觸發第三方門禁控制器打開門禁，且后臺管理軟件可對門禁權限、出入人員考勤進行管理。

2.3.2 工作模式-韋根模式

圖3 人臉識別門禁系統“韋根模式”

該模式同樣適用于已經安裝門禁控制系統的實驗室。當人臉識別成功后，人臉識別設備通過韋根輸出觸發第三方門禁控制器打開門禁，且后臺管理軟件可對門禁權限、出入人員考勤進行管理。

3 人臉識別門禁系統在高校實驗室管理中的應用

3.1 人臉識別前端設計，實行智能化監控，提升風險預警能力

該系統為每個實驗室入口部署人臉識別面板機以實現人臉識別門禁系統的應用。在設計中，人臉識別面板機集人臉圖像采集、識別、結果顯示、門禁控制等功能應用為一體，主要由高清視頻攝像頭、液晶觸控顯示屏、處理主機等部件組成。該設備作為整個門禁系統的核心設備，其主要功能包括白名單識別、人臉檢測、活體檢測、門禁控制、人員管理、數據管理和安全管控。首先將人員信息提前錄入系統，形成人像信息庫，當有人通行時，人臉識別設備現場采集人像信息，將其與人臉庫中的信息進行比對，即1:N 的驗證，如果信息能正確匹配，則通過驗證。其次借助人臉識別設備在連續抓拍的圖片中準確定位人臉位置，其具有人臉圖像質量評價、圖像檢測及標準化剪裁功能，當質量分值過低時系統拒絕錄入，保證數據的可靠性，提高驗證精度，而且該設備能有效分辨高清照片、PS、三維模型或換臉等仿冒欺詐手段。而當身份驗證通過后，設備向電磁鎖發送開門信息，門禁自動開啟，具有超高安全保障性。再者，系統單機版可直接在設備上實現人員信息增刪改查，實現通行人員管理，且可通過USB 接口直接導出所需的通行記錄，方便進行通行數據整理。最后，該系統還可以接入門鎖、門鈴、消防信號等外部接口，為實驗室提供全方位的安全管控。

3.2 非接觸性操作，簡化通行手續

有別于傳統的人力管理，利用人臉識別門禁系統進行實驗室信息化管理，通過事先錄入系統的人像信息，經過實驗室老師授權，就可以在約定的時間內進入實驗室開展實驗，免去了學生需要去實驗室管理辦公室登記領還鑰匙的繁瑣手續。

當所有系統設備部署完畢后，系統的操作人員則需要采集學生及其他用戶的個人信息及人臉照片并將其錄入至平臺服務器，當用戶數據錄入完畢后，管理服務器將會通過局域網網絡自動同步學生數據至前端各臺人臉識別面板機，人臉識別面板機同步獲取名單后即可實現通行用戶的人臉比對分析并結合授權的通行時間做出開門行為、同時生成通行記錄。

圖4 人臉識別門禁系統實驗室用戶通行流程圖

3.2.2 實驗室訪客通行工作流程

來訪客人在經許可進入的情況下，提供其個人人臉照片至實驗室管理人員，管理人員將來訪客人的人臉照片錄入至系統后臺并完善其身份信息，同時賦予臨時通行權限。當來訪客人在獲得通行權限后即可實現刷臉開門，其通行流程與實驗室用戶通行一致。

3.3 一鍵開啟和遠程關閉功能

當前的門禁系統雖然采用“斷電開”模式，可以在遭遇火警等突發情況，需要緊急疏散學生時通過切斷電源開啟所有的門禁，但是必須要求管理人員去往電源總閘處關閉電源，費時又不便捷。而人臉識別門禁系統可通過系統后臺遠程實現一鍵開啟，此時所有的門禁系統都會自動打開，方便師生快速逃生，保障了人員安全。此外，可以通過系統后臺實時查看實驗室門禁情況，一旦非正常開啟時，可通過系統遠程關閉門禁，打破了現有門禁需要管理人員現場關閉的壁壘，在方便了實驗室管理的同時，也極大的增強了實驗室的安全性。

除了系統自身的安防功能以外，通過智能門禁+網絡+消防系統還可以構建消防聯動系統，實現災害時聯動報警。

3.4 構建智慧校園綜合駕駛艙

通過人臉識別系統將師生使用實驗室頻次、時間等數據進行統計，并將所有的通行和非法通行數據、訪客數據、陌生人數據、告警數據等進行整合分析，便于高校借助此項統計開展大數據分析，為實驗室管理和智慧化建設提供數據支撐。

圖5 人臉識別門禁系統后臺數據統計示意圖

4 結論

人臉識別門禁系統是一種全新的智能化系統，它克服了目前單一電子門禁系統的局限性，把先進的人臉識別技術、攝像監控和門禁控制器有效的結合起來，從而實現信息化技術和實驗室管理的融合創新，簡化了實驗室的管理流程，提升了實驗室的管理效率。同時，運用人臉識別門禁系統，打破了時間和人員壁壘，實現實驗室的開放化管理，有助于實驗資源的充分利用，極大的提高了實驗室的使用效率。應用人臉識別門禁系統在提升實驗室安防功能的同時也為教師的教學和科研提供了安全和便捷，在實驗室智能化管理和高校信息化建設中具有巨大的應用價值。