基于人臉識(shí)別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭春紅

（青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息學(xué)院，青島 266000）

0 引言

安防監(jiān)控系統(tǒng)是如今保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和偵破各類刑事案件的首要技術(shù)保障。在當(dāng)前安防需求膨脹的形勢(shì)下，其在安全技術(shù)防范領(lǐng)域的運(yùn)用也越來越廣泛。目前，安防監(jiān)控系統(tǒng)主要依賴人的視覺判斷，而缺乏對(duì)視頻內(nèi)容的智能分析。當(dāng)監(jiān)控區(qū)域發(fā)生安全事件時(shí)，往往需要通過人工查看大量視頻數(shù)據(jù)，由于存儲(chǔ)空間的局限性，需要定期對(duì)視頻資源進(jìn)行清理，從而丟失大量原始數(shù)據(jù)。

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，人工智能已在我們的生活以及各個(gè)行業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用，形成了時(shí)代經(jīng)濟(jì)的新形態(tài)，帶動(dòng)了新產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。智慧安防、智慧交通、智慧旅游、智慧金融、智慧家居、智慧醫(yī)療、智慧社區(qū)、智慧農(nóng)業(yè)、智慧政務(wù)等已經(jīng)屢見不鮮。計(jì)算機(jī)視覺作為人工智能領(lǐng)域的核心板塊之一，應(yīng)用領(lǐng)域占比超過30%。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、跟蹤、測(cè)量、反饋和解析等方面的技術(shù)精密度及產(chǎn)能效率已經(jīng)遠(yuǎn)超人眼，因此被廣泛應(yīng)用于安防系統(tǒng)。

安防監(jiān)控系統(tǒng)主要包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子門禁系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)可供相關(guān)管理人員實(shí)時(shí)查看各個(gè)區(qū)域的監(jiān)控視頻影像；電子門禁系統(tǒng)是保障一些重要部門出入口安全的重要防范措施；巡更系統(tǒng)作為安防系統(tǒng)的重要組成部分，在很多需要安全保障的場(chǎng)所都有廣泛的應(yīng)用，如校園、企業(yè)、工廠、居民區(qū)、大型商場(chǎng)、景區(qū)、博物館等，需要安保人員或管理人員對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)定時(shí)巡更，消除各類安全隱患，保障人員和物資的安全。

目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)只是顯示各個(gè)監(jiān)控區(qū)域的視頻影像，需要監(jiān)控人員持續(xù)地盯著屏幕，這種人工監(jiān)控的方式工作強(qiáng)度大，對(duì)一些可疑人員的非法入侵行為不能實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)管；電子門禁系統(tǒng)存在PA攻擊（presentation attacks）的風(fēng)險(xiǎn)和漏洞；巡更系統(tǒng)，主要是電子巡更系統(tǒng)，并且大部分的電子巡更系統(tǒng)需要手持巡更設(shè)備，在巡更人員巡更回來之前，領(lǐng)導(dǎo)無法查看記錄，不能確定巡更人員的身份信息，也不能實(shí)時(shí)查看巡更人員是否按時(shí)、按順序、按要求完成巡檢，導(dǎo)致巡檢監(jiān)管難度大，這對(duì)于一些安全性要求較高的部門，如部隊(duì)、公安、消防、電力、武警等，無疑是很難接受的。

基于人臉識(shí)別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)非法人員的入侵進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警；門禁系統(tǒng)中采用PAD（presentation attack detection）算法降低PA攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，確保人臉識(shí)別的準(zhǔn)確率；智能巡更系統(tǒng)，無需手持巡更設(shè)備，無需在巡更點(diǎn)安裝巡更機(jī)、信息鈕、IC卡等設(shè)備，可以利用安防系統(tǒng)部署的監(jiān)控?cái)z像頭，通過人臉識(shí)別，實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)巡更人員的信息，根據(jù)巡更信息可以實(shí)時(shí)繪制巡更軌跡。管理人員可以實(shí)時(shí)檢查巡更人員的軌跡，也可以事后通過查詢還原巡更人員的軌跡。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于人臉識(shí)別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，感知層由各類場(chǎng)所的關(guān)鍵區(qū)域安裝部署的監(jiān)控?cái)z像機(jī)組成，這些感知設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接配置到智能邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)可以通過攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集人臉信息，并進(jìn)行身份識(shí)別。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

基于人臉識(shí)別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)主要功能模塊包括非法人員入侵實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)、智能巡更系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

2 模塊設(shè)計(jì)

2.1 非法人員入侵實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括黑名單管理、非法人員入侵實(shí)時(shí)報(bào)警、區(qū)域人員密度分析等功能。如圖3所示。

圖3 非法人員入侵實(shí)時(shí)報(bào)警模塊

用戶可以通過上傳黑名單，將非法人員的照片、身份等信息上傳到系統(tǒng)中，也可以對(duì)上傳的黑名單人員信息進(jìn)行刪除、修改等操作。

當(dāng)黑名單中的非法人員出現(xiàn)在系統(tǒng)的監(jiān)控區(qū)域，系統(tǒng)通過人臉識(shí)別獲取到身份信息及位置信息，并將這些信息實(shí)時(shí)推送給管理人員，實(shí)現(xiàn)非法人員入侵的實(shí)時(shí)報(bào)警。

系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)對(duì)布控區(qū)域的人員密度進(jìn)行分析，方便管理與決策。

2.2 智能門禁系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要功能包括人員管理、出入門控制、統(tǒng)計(jì)功能、查詢等功能。如圖4所示。

圖4 智能門禁系統(tǒng)模塊

用戶可以通過人員管理功能將合法人員的頭像等信息錄入系統(tǒng)，也可以對(duì)這些信息進(jìn)行刪除和修改操作。

工作人員出入時(shí)，攝像頭將抓拍人臉圖像實(shí)時(shí)傳入系統(tǒng)，系統(tǒng)通過人臉識(shí)別身份信息后與員工數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，匹配后即可開門，無需工作人員攜帶任何證件或鑰匙，即可實(shí)現(xiàn)自由出入。系統(tǒng)中采用PAD算法，可以有效防范2D圖片的攻擊，可靠性高。

統(tǒng)計(jì)和查詢功能可以根據(jù)人員的部門、出入時(shí)間等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于考勤記錄的匯總，為人員考勤管理提供便利。

2.3 智能巡更系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要功能包括巡更管理、人員密度分析等功能。巡更管理包括巡更人員管理、實(shí)時(shí)繪制巡更軌跡、巡更軌跡查詢等功能。如圖5所示。

圖5 智能巡更系統(tǒng)模塊

用戶可以通過巡更人員管理上傳巡更人員的頭像等信息，也可以對(duì)已上傳的巡更人員信息進(jìn)行刪除和修改操作。

系統(tǒng)可以根據(jù)各個(gè)巡更區(qū)域安裝的攝像頭實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)巡更人員的信息，實(shí)時(shí)繪制巡更軌跡，方便相關(guān)管理人員實(shí)時(shí)查看正在巡更的人員的軌跡信息。

用戶可以通過巡更軌跡查詢功能，對(duì)指定巡更人員在指定時(shí)間段的巡更軌跡進(jìn)行查詢。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)及算法設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，包括用于登陸權(quán)限驗(yàn)證的管理員信息表，用于非法人員入侵報(bào)警的黑名單記錄表、報(bào)警記錄表，用于智能門禁系統(tǒng)的員工信息表、出入信息記錄表，用于智能巡更管理系統(tǒng)的巡更人員信息表、巡更記錄表，用于人員密度分析的采集記錄表等。

例如，在智能巡更管理系統(tǒng)中，添加巡更人員信息需要錄入姓名、部門、年齡等信息，并上傳圖片，這些信息將保存到巡更人員信息表中。巡更人員在指定區(qū)域巡更時(shí)，系統(tǒng)將通過布控的監(jiān)控?cái)z像機(jī)實(shí)時(shí)抓拍人臉圖像，并到巡更人員圖片庫(kù)中進(jìn)行比對(duì)，如果比對(duì)結(jié)果超過設(shè)定閾值，系統(tǒng)會(huì)將比對(duì)結(jié)果實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到巡更記錄表中，同時(shí)通過WebSocket將巡更信息實(shí)時(shí)推送到前端頁(yè)面，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)繪制巡更人員的巡更軌跡。主要流程如圖6所示。

圖6 智能巡更管理系統(tǒng)流程圖

4 應(yīng)用前景

基于人臉識(shí)別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)已在校園的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行部署并完成了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)在非法人員入侵報(bào)警方面的準(zhǔn)確率高，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)非法人員并推送給管理人員，有效防范和限制了各類非法人員入侵校園，可以有效輔助公安系統(tǒng)快速辦案，消除治安隱患，極大地保障了校園環(huán)境的安全。經(jīng)過測(cè)試，人員密度分析可以實(shí)時(shí)顯示各個(gè)監(jiān)控區(qū)域的人流密度，通過密度數(shù)據(jù)可以輔助決策，如在校園中，學(xué)生可以根據(jù)各個(gè)區(qū)域的密度信息，決定去哪個(gè)食堂，或去哪個(gè)超市。經(jīng)過測(cè)試，該系統(tǒng)中智能門禁系統(tǒng)可以有效防范人臉圖片的非法攻擊，出入信息的統(tǒng)計(jì)查詢功能可以用于實(shí)驗(yàn)室的管理，提高了工作的效率。經(jīng)過測(cè)試，智能巡更系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)繪制巡更人員的巡更軌跡，如校園安保人員，管理人員可以通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看正在巡更的安保人員巡更的軌跡，有效預(yù)防巡更人員不負(fù)責(zé)任、巡更不到位等行為，確保校園各個(gè)區(qū)域在特定時(shí)間巡查到位，一方面提高了管理效率，另一方面有效消除校園各個(gè)區(qū)域的安全隱患。

該系統(tǒng)除了可以應(yīng)用于校園，也可以應(yīng)用于工業(yè)重地、政府機(jī)構(gòu)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、景區(qū)、住宅小區(qū)、監(jiān)獄、重點(diǎn)文物場(chǎng)所等對(duì)安防監(jiān)控有較高要求的區(qū)域。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)目前安防監(jiān)控系統(tǒng)存在的弊端，提出基于人臉識(shí)別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前主要包括非法人員入侵報(bào)警系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)、智能巡更系統(tǒng)。

該系統(tǒng)在校園的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行部署并完成了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)表明，非法人員入侵報(bào)警系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)通過監(jiān)控設(shè)備識(shí)別到黑名單中的人員并進(jìn)行報(bào)警信息的推送；智能門禁系統(tǒng)可以有效防范人臉圖片的非法攻擊；智能巡更系統(tǒng)可以通過監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)采集比對(duì)巡更人員信息并實(shí)時(shí)繪制巡更軌跡，也可以根據(jù)指定巡更人員和巡更時(shí)間段查看巡更記錄。

未來，該系統(tǒng)將進(jìn)一步擴(kuò)大需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的危險(xiǎn)行為報(bào)警功能，如在校園中，根據(jù)監(jiān)控設(shè)備采集到的影像信息進(jìn)行肢體檢測(cè)，檢測(cè)學(xué)生打架行為報(bào)警；在加油站中，通過監(jiān)控設(shè)備采集圖像識(shí)別吸煙行為并進(jìn)行報(bào)警；在建筑工地中，通過監(jiān)控設(shè)備采集圖像識(shí)別不戴安全帽行為進(jìn)行報(bào)警等。這些功能的實(shí)現(xiàn)，要依賴于人工智能的圖像識(shí)別技術(shù)，針對(duì)不同的需求，采集大量的數(shù)據(jù)，訓(xùn)練出相應(yīng)的模型并進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用。