基于RFID和人臉識別的門禁管理系統探析

苗盼盼

關鍵詞 門禁系統 人臉識別

1引言

門禁系統，顧名思義就是對出入口通道進行管制的系統，它是在傳統的門鎖基礎上發展而來的。傳統的機械門鎖僅僅是機械裝置，無論結構設計得多么合理，材料多么堅固，人們總能通過各種手段把它打開[1] 。在出入人員很多的通道（如辦公大樓、酒店客房），鑰匙的管理很麻煩，當鑰匙丟失時需要同時更換鎖和鑰匙。為了解決該問題，電子磁卡鎖應運而生，這在一定程度上提高了人們對出入口通道的管理效率，使通道管理進入電子時代。

近年來，隨著感應卡技術的發展，門禁系統得到了飛躍式的發展，并進入了成熟期，出現了感應卡式門禁系統，它在安全性、方便性、易管理性等方面優勢顯著，門禁系統的應用領域也越來越廣。

Bo Yan[2] 報道了利用RFID 技術自動化管理景點門票的系統。該系統硬件包括RFID 電子票據、RFID閱讀器、計算機終端、光網絡、計算機服務器和現場控制器。電子客票包含S?DES 加密形式的數據，包括景區編號、景區編號、客票類型、客票日期、站點編號、序列號和校驗位。現場的RFID 閱讀器讀取電子客票內的數據，并通過網絡將其傳輸至計算機終端和服務器。

數據在終端進行解密并驗證其真實性。最后，現場控制員允許相關游客進入現場。該系統識別和認證過程分為三個子系統，即銷售子系統、決策子系統和管理子系統。所有進程都通過數據庫信息相互通信。

G.OstojT5557[3] 在塞爾維亞共和國諾維薩德市開發了基于RFID 技術的自動停車控制系統。該系統硬件包括RFID 標簽和讀卡器，工作頻率為13.56MHz，用于檢測金屬的感應回路。計數車輛的容量傳感器為西門子MC 39i GPRS 調制解調器，用于入口和出口閘門與FEC FC440 可編程邏輯控制器（PLC）之間的通信，PLC 是該系統的核心。當汽車停在入口處的感應線圈時，讀卡器讀取RFID 標簽。標簽上的數據包括唯一標識號（UID）、有效期和檢查停車狀態的檢查位。如果標記的信息包含正確的UID、有效期和停車狀態，則該數據由PLC 控制，并授予停車許可。車輛進入停車場后，RFID 讀寫器將更改其停車狀態，以防止同一卡上的其他車輛進入。當車輛離開停車場時，重復相同的程序。

Nova Ahmed[4] 描述了普及環境中基于RFID 的室內引導和監控系統，稱為GuardianAngel。該系統的優點在于可以通過用戶界面實時生成動態查詢。系統中的環境配備RFID 標簽，并劃分為不同的區域。

系統中間件分為兩層，即引導層和監控層。引導層配備手持RFID 閱讀器，定期向監控層提供位置信息。

因此，監控層擁有整個環境的信息。實驗結果表明，該系統在提供緯向信息方面幾乎100%準確，因此可以構建非常強大的制導和監控應用程序。利用RFID技術根據企業戰略愿景和目標實現流程自動化。作者建立了自行車租賃系統的商業模型，并利用RFID技術實現了該系統。租用自行車的傳統方式包括用筆記錄客戶數據，然后將數據輸入計算機，取而代之的是向客戶提供RFID 卡并在自行車上固定RFID 標簽。自行車被貼上標簽，以跟蹤從租賃店到退貨店的位置。信息通過Web 界面在商店之間共享。通過這種方式，成功地構建和部署了RFID 策略。

許多研究人員利用RFID 技術開發了門禁系統，如Filipe[5] 開發了基于RFID 的監控和訪問控制系統，包括RFID 終端、攝像頭、服務器和警報設備。當檢測到應答器時，終端捕獲一張照片，并通過TCP / IP連接將包括UID 和照片在內的數據傳輸到服務器。

服務器搜索該特定查詢的數據庫，并將結果發送回終端以允許或拒絕訪問。該系統還可以監控非法行為，例如，在未完成身份驗證過程的情況下開門時，有人試圖進入，并使用Web 服務打開警報設備。通過安裝天線覆蓋范圍為10cm 的RFID 套件對系統的性能進行測試，獲得了令人滿意的結果。

基于RFID 的嵌入式安全認證系統具有新穎的人臉識別結構。該系統包括兩個階段，即注冊和認可。

在配準階段，采集了10 幅不同情緒的用戶人臉圖像，通過提取算法得到特征信息。此信息連同UID 一起寫入RFID 標簽。在識別階段，攝像機跟蹤人臉，提取算法返回圖片中人臉的特征信息。然后將該信息與標簽上已存儲的用于身份驗證的信息進行匹配。整個處理過程在嵌入式ARM11 處理器S3C6410 上完成，而不是在計算機終端/ 服務器上完成，因此響應速度更快，約57 ms，認證準確率高達86.5%。將該系統的性能與現有的數據庫系統進行比較，發現在相同的認證精度下，該系統具有更短的響應時間特點。結合基于神經網絡的人臉識別，系統識別持有RFID 卡的人的面部，如果發現此人未經授權，則拒絕其訪問。

徑向基函數神經網絡（RBFNN）已被用來學習授權人員的面孔。主成分分析（PCA）用于從圖像中提取特征，線性判別分析（LDA）用于細化這些特征。為了提高網絡的泛化能力，采用局部泛化誤差模型（L?GEM）對網絡進行訓練。實驗結果表明，該系統能夠提高RFID 訪問控制的安全性。

為了提高門禁系統的現代化管理和遠程監控能力，本文討論了一個使用RFID 技術的安全門禁控制系統的設計。系統采用無線射頻技術，當讀寫器的射頻范圍內出現非接觸式T5557 卡時， 系統會捕獲人臉圖像并掃描數據庫以查找匹配項，并將信息通過串口通信傳送給服務器進行相關的數據處理。這些模塊通過主控制器與計算機系統通信。計算機處理來自這些模塊的信息后，向模塊發出控制命令，以授予或拒絕用戶訪問權限。

2系統架構

系統采用非接觸式T5557 卡，T5557 是美國Atmel公司生產的多功能非接觸式R/ W 辨識集成電路，適用于125kHz 頻率范圍。芯片需要連接一個天線線圈，該線圈被視為芯片電路的電力驅動補給和雙向信息的溝通接口。天線和芯片一起構成感應卡片或標簽。

利用無線射頻識別技術RFID（Radio FrequencyIdentification）檢測T5557 卡，當T5557 卡靠近讀寫器時，讀寫器能準確地對其進行識別，并將其序列號發送給主控器和PC 機，通過應用程序連接后臺數據庫獲取與該卡號對應的用戶信息。基于RFID 的監控和訪問控制系統包括RFID 終端、攝像頭、服務器和警報設備。當檢測到應答器時，終端捕獲一張照片，并通過TCP / IP 連接將包括UID 和照片在內的數據傳輸到服務器。服務器搜索該特定查詢的數據庫，并將結果發送回終端以允許或拒絕訪問。該系統還監控非法行為，例如，在未完成身份驗證過程的情況下開門時，有人試圖進入并使用Web 服務打開警報設備。通過安裝天線覆蓋范圍為10 cm 的RFID 套件對系統的性能進行測試，獲得了令人滿意的結果。本系統采用新穎的人臉識別結構包括兩個階段，即注冊和認可。在配準階段，采集了10 幅不同情緒的用戶人臉圖像，通過提取算法得到特征信息。此信息連同UID 一起寫入RFID 標簽。在識別階段，攝像機跟蹤人臉，提取算法返回圖片中人臉的特征信息。然后將該信息與標簽上已存儲的用于身份驗證的信息進行匹配。實驗結果表明，該系統能夠提高RFID 訪問控制的安全性。

系統由電子標簽、讀寫器、串口通信、服務器和用戶終端五部分組成。如圖1 所示，讀寫器是系統的核心，其通過射頻信號與T5557 卡（電子標簽）通信，完成讀卡、存儲和發送數據的工作，其可以獨立工作，也可聯網工作，文中采用RS232 串口通信與服務器相連。服務器和用戶端之間采用C/ S 結構，應用軟件與數據庫SQL SERVER2000 連接通過ADO 對象實現，兩者通過局域網實現互聯。在系統管理員授予權限的情況下，用戶均可以查詢、統計、打印管理系統的所有相關記錄。

3軟件設計

系統軟件包括下位機和上位機管理系統兩個部分。其中，下位機以AT89S52 單片機為核心，實現對讀寫器的讀取、門禁的控制和串口通信。采用的編程語言為C 語言。上位機管理軟件運行在服務器上，采用Visual C++6.0 和SQLSever2000 進行系統管理和數據庫開發，包括串口、通信、監控管理和信息發布三部分。其中，監控管理軟件用于執行用戶注冊、記錄詢、刪除等任務，信息發布用于管理員通過Web 網頁來查看門禁的日志記錄等工作。

軟件運行在單片機上，完成對卡號的讀取、門鎖及附屬電路的控制和串口通信。如圖1 所示邏輯圖。軟件核心是實現MFRC500 與Mifare1 卡之間的通信，通信需遵循ISO14443TYPEA 標準傳輸協議。實驗采用新大陸開發的Newlab 平臺，將單片機模塊置于Newlab 平臺，通過RS232 串口線進行通信。讀卡過程必須嚴格按照固定的順序進行，即復位應答—防碰撞—選卡—認證—讀寫卡。由于該卡是可讀式，讀出卡的序列號即可，不需對相應扇區做寫操作，故可忽略認證這一步。

4結論

本文介紹了一種用于門禁控制系統的設計。該系統使用射頻識別和人臉識別技術來區分有效用戶和無效用戶。系統通過處理來自子控制器的信息來完成安全和訪問控制任務。這些控制器讀取發給用戶的RFID 標簽，并搜索該標簽號。成功匹配后，控制器請求計算機終端捕獲用戶圖像。計算機系統使用經過神經網絡訓練的人臉識別模塊來驗證用戶的真實性，并通過向控制器發送“允許訪問” 或“拒絕訪問”消息來響應控制器。控制器授予用戶訪問權限或相應地撥打緊急電話。該系統在Web 服務器的幫助下實現了集中化。系統的響應時間仍有改進的余地。通過使用專用處理器實時處理圖像的計算機系統，可以縮短響應時間。