淺談智能門禁系統的探索與應用

李偉良

（武警杭州士官學校 310023）

1 引言

在日常生活中，普通門禁鎖尚存在著一定的安全隱患，且存在磨損大、壽命短、卡片信息易丟失等缺陷。因此，尋找一種更加安全、方便、美觀的智能門禁系統已成為人們心目中的一種期待。

2 遠距離RFID射頻識別技術

射頻識別(即Radio Frequency Identification，以下簡稱RFID)技術是以計算機技術和通信技術的發展為基礎的綜合性科學技術，它是利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的。

2.1 工作原理

最基本的RFID系統組成包括電子標簽（IC卡）、閱讀器和天線三部分，以天線進行無線電波的傳播。電子標簽（IC卡）通常是存有數據的小型芯片，具有智能讀寫及加密通信的能力。以RS458總線傳輸方式和微處理器At-megal28芯片為例，其工作原理是：電子標簽（IC卡）進入天線磁場后，如果接收到閱讀器發出的特殊射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(無源標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(有源標簽)，微處理器At-megal28芯片獲取射頻識別讀寫器讀取感應式電子標簽（IC卡）的信號，閱讀器讀取信息并解碼后，由主控制器通過458總線送至管理主機進行有關數據處理。管理主機通過內部數據庫里的信息檢索，如查到相應的車輛記錄，數據匹配則開門按鈕自動開啟，并在顯示器界面顯示出用戶類型、車牌號碼、車輛照片等信息，以便用戶進行核對校驗，但是如果是非法用戶，則系統將會產生報警提示。

2.2 系統的組成

系統包括三個層次的設備。底層是直接與人有關的設備，包括讀卡器、電子門鎖、出入按鈕、報警傳感器和報警喇叭等。RFID系統主要由主控制器、閱讀器、電控鎖、門磁傳感器、開門按鈕、識別卡和通信管理器、管理主機、管理軟件等組成，如圖1所示。

2.3 特點

射頻識別系統最重要的優點是非接觸識別，可以防水、防污、防塵、防潮濕等惡劣環境，而且免刷卡動作、感應速度快，大多數情況下不到100毫秒。除了方便外，更可避免卡片與讀寫器之間的摩擦，降低機器故障率及器材損耗；且感應式讀卡系統能穿透雪、霧、冰、涂料、塵垢和條形碼無法使用的惡劣環境閱讀標簽（IC卡），具備隔墻感應的特性而且距離遠,更能兼顧隱蔽性與裝潢設計之美觀。再者，由于非接觸Ic卡的大容量讀寫存儲特性，使感應卡門禁與考勤、計費、停車場等功能相結合，提升了系統性能及潛在價值，并能帶來較高的工作和經濟效益。

3 生物識別門禁系統

3.1 生物識別門禁系統特點

（1）生物特征識別技術“真正”做到了判別用戶本人的身份, 而傳統的智能身份鑒別系統不能區分合法用戶和持有合法用戶的磁卡、IC卡、電子標簽（IC卡）或者口令的非法入侵者。（2）生物特征識別技術能夠提供更方便的用戶服務。生物特征不會像口令或者卡那樣容易被遺忘和丟失, 而且不易偽造和被盜，可以“隨身攜帶”，隨時隨地使用，可以說用戶自身就是“通行證”。(3)生物特征識別技術能夠提供更高的安全級別。生物特征不存在口令泄密和磁卡被盜問題, 并且在一個活人身上偽造另一個人的生物特征是非常困難的。(4) 生物特征識別技術能夠提供主動監控技術。

3.2 常用生物識別門禁系統

3.2.1 指紋識別系統

指紋識別是目前生物識別技術中最重要的一種。人的指紋各不相同并且終生不變,理論研究表明:指紋識別是準確性和唯一性最高的生物特征識別方法之一，偵察機關和司法工作者把它稱為“證據之首”。用指紋識別門禁系統已經成為當今較為廣泛的一種出入驗證方法，具有普遍性、唯一性、永久性、可采集性等優點。如DSP指紋識別系統其原理首先利用自身存儲的指紋庫對指紋圖像進行識別，如果識別成功則發出開鎖命令，否則提交指紋特征到PC服務器，然后由PC服務器完成指紋匹配的任務，最后將匹配結果回饋給DSP指紋識別系統，DSP指紋識別系統根據比對結果來判定是否發出開鎖命令。系統采用CAN網絡結構，各個DSP指紋識別系統單元分布于樓宇的各個角落，通過CAN網絡相互聯接，與PC服務器進行通訊。指紋門禁所采用的是生物辨識之高科技系統，辨識率高達99.99%以上，全天候維護您在家和辦公室等場所高度安全。利用指紋唯一的生物辨識特性，自己的手指就是門的鑰匙。

3.2.2 人臉識別系統

人臉識別是目前最常用的生物特征識別手段之一, 但因識別的條件受外界環境影響較大, 如光線、表情、姿態等, 在生物認證的初始階段發展較慢,現技術日趨成熟, 利用各種算法已能較好解決此類問題。其識別一般分為兩個過程, 一個是人臉的檢測, 即是否存在人臉; 另一個是人臉的識別, 即是否是某個人, 需要提取視頻或圖像中的人臉作為模板進行匹配。

1）AdaBoost 檢測算法

AdaBoost 算法是采用一種“積分圖像”的圖像表示方法,這種表示能夠快速計算出弱分類器快速用到的特征, 把這些弱分類器集合起來, 就構成一個強分類器, 從而檢測出類人臉。這種方法檢測速度快、靈敏度高, 可以在設計的時候增加自己想要的人臉模型,并進行檢測, 最終生成xml 文件, 提高識別效率。

2）膚色檢測

在人臉識別系統中，光線是影響識別率之重要因素，通過Adaboost檢測出來的類人臉區域中大多數還是有非人臉存在,只是形狀上酷似人臉, 而膚色在色彩空間中聚類比較穩定，且與其他色彩容易區分, 彩色圖像中膚色是人臉最為顯著的特征之一, 可以選擇YCbCr作為膚色分布統計的映射空間, 該空間的優點是可以將亮度和色度分開單獨處理, 實現亮度和色度分量比較徹底的分離, 能較好地限制膚色分布區域, 膚色點能夠形成較好聚類, 從而從圖像中分離出膚色區域, 再進行Adaboost檢測, 最終可確定人臉位置。此外，現門禁系統中還可多采用單純之光源，如紅外線、紫外線而摒棄可見光，由于在室內環境單純光源相對于其他光源來講，其含量較低，如采用紅外或紫外輔助光源，光線之穩定比較容易實現，相對降低人臉識別難度，增加識別之精準率。

3）隱馬爾可夫模型

對于人臉模式，可以把它分成前額、眼睛、鼻子、嘴巴和下巴這樣一個序列, 那么人臉模式就可以通過對這些區域進行有序的識別和檢測, 提取要識別人臉的觀察向量序列, 然后計算此人臉的觀察向量序列與人臉數據庫中各個人臉的隱馬爾可夫模型相似的或然率, 相似或然率的計算可以通過前向-后向算法或者Viterbi 算法得出。相似或然率反映了待識人臉觀察向量序列與數據庫中的人臉隱馬爾可夫模型的相似程度, 在HMM中,如果值最大, 那么就是與待識人臉最接近的人臉隱馬爾可夫模型, 最終完成識別。

4 總結

通過以上所述，遠距離非接觸式RFID射頻識別技和生物識別技術已成為目前較為人們所青睞的門禁識別系統。但是無論是哪種識別技術都還是有它的局限性的，如：RFID射頻識別技術，當非本人持卡進入時，門禁系統往往認為是合法人員，不會報警；指紋識別系統中，人員的指紋出現意外劃破或受傷勢必將影響系統識別；人臉識別系統中，當人員的面貌進行化妝或出現破損后也將影響系統識別，所以在實際應用當中，在一些重要場所可以將兩者識別系統結合起來，從而進一步提高系統的安全性和穩定性。

[1]王伯淇.智能門禁系統分析與研究[J].科技資訊，2011.8:25.

[2]程艷艷.基于人臉識別的高校無阻礙門禁系統設計研究[J].電腦開發與應用，第24卷12期，2011.10：17-19.