基于人臉識別的開放性實驗室管理系統(tǒng)

孫雨帆 程晗 張海鑫 陳儒敏 于靜

摘要：針對開放性實驗室管理系統(tǒng)這個特殊的環(huán)境上，本文提出一套基于人臉識別技術實現(xiàn)實驗室日常運行的管理系統(tǒng)，推動管理自動化這一理念的實施。本篇論文對系統(tǒng)的組成結構、工作原理、算法代碼等方面進行探討。本課題經(jīng)過了分析，針對開放性實驗室這一特殊環(huán)境，引入人臉識別系統(tǒng)，作為身份識別判定標準，與此同時引入語音識別系統(tǒng)對人員目的進行記錄，減少人員對系統(tǒng)的直接操作。

關鍵詞：人臉識別；語音識別；開放性實驗室；管理自動化

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）08-0157-02

開放性實驗室是高校為了培養(yǎng)學生獨立自主使用實驗室學習而準備的特殊環(huán)境，但傳統(tǒng)的開放性實驗室管理中，多采用人工登記或找管理人員申請磁卡進出實驗室，在這種管理下，不僅會增加管理人員工作的負擔，同時也會出現(xiàn)磁卡丟失、冒用的現(xiàn)象，不利于開放性實驗室的日常管理。隨著人臉識別技術的完善，人臉這一生物體征具有“人臉無法替代”性、非侵犯性，使人臉對人員身份具有唯一標識性，因此，本項目將人臉識別和語音識別這兩項技術引入開放性實驗室的門禁以及日常管理中，同時系統(tǒng)自身通過識別結果判斷人員進入權限和生成使用記錄，達到減少管理開銷的目的，輔導教師也可以通過系統(tǒng)，掌握學生對實驗室的使用情況，方便及時的做出決策，指導學生的日常學習。

1 選擇人臉識別技術的原因

現(xiàn)階段的自動門禁系統(tǒng)基本可以分為基于傳統(tǒng)的標識物品進行驗證的以及生物特征驗證的這兩種方式[1]，見表1。標識物品驗證的身份驗證是對人所持的卡片、密碼等物品進行檢驗，以完成對用戶身份識別。

但是隨著技術的發(fā)展和信息安全手段的提高，物品驗證身份的安保方式受到了極大的挑戰(zhàn)，基于生物活體固有的生理特征識別的技術得到了快速的發(fā)展，并且被快速的應用到相關的領域。生物學特征為身份驗證提供了可靠、穩(wěn)定的驗證方式。相較于傳統(tǒng)的識別方式的對比見表2。

在眾多的生物學特征中進行篩選，基于各個生物特征的優(yōu)缺點分析，見表3。選擇了人臉識別作為本系統(tǒng)的門禁系統(tǒng)的識別條件。

2 基于人臉識別的開放性實驗室管理系統(tǒng)組成結構

本系統(tǒng)由單片機終端、門禁控制器、樓層服務器、申請使用系統(tǒng)構成。詳情見圖1。

樓層服務器可以對本實驗樓層內的門禁系統(tǒng)的控制單元進行遠程操作，一個控制單元由一個人臉識別終端，一個語音采集終端，一個門鈴按鈕。

通過注冊申請的網(wǎng)站進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和審核，實現(xiàn)管理自動化，將統(tǒng)計到的信息進行匯總交由審核人員進行審核，通過的信息經(jīng)由TCP/IP協(xié)議的方式發(fā)送到樓層的服務器中，再由服務器定期將信息發(fā)送到各個實驗室門禁終端，本系統(tǒng)的工作方式，如圖2。

3 基于人臉識別的開放性實驗室管理系統(tǒng)硬件部分

這里選擇樹莓派作為人臉識別終端核心，包括存儲器、輸入輸出設備、數(shù)據(jù)通路、wifi模塊、拍照設備、語音采集設備等一系列硬件模塊組建[2]。人員到達實驗室時，按下門鈴按鈕，系統(tǒng)開始進行運作，將拍照設備捕捉到的圖像與本地人臉庫進行對比，從而達到利用人臉識別來進行身份確定的目的。

然后調用語音采集模塊，對人員進行語音學習目標的收集，并轉化為文字存儲，定期將收集數(shù)據(jù)進行匯總發(fā)送到服務器，并進行數(shù)據(jù)的整合匯總處理，在網(wǎng)站上通過數(shù)據(jù)報表的形式向負責老師進行展示。代碼框圖，如圖3。

4 基于人臉識別的開放性實驗室管理中層樞紐系統(tǒng)

樓層服務器在系統(tǒng)中起到了中間樞紐的作用，利用集成的wifi模塊進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，接受各個終端的打卡記錄，定期將數(shù)據(jù)進行匯總發(fā)往服務器，并對實驗室的情況進行監(jiān)視匯總情況數(shù)據(jù)。

中層樞紐的作用可以進行快速的標識減輕主服務器的壓力和終端的體積，使服務器更加專注于數(shù)據(jù)處理和web業(yè)務，終端專注于人臉識別和門禁功能的實現(xiàn)。中層樞紐減輕了終端的任務壓力，每個星期根據(jù)打卡記錄進行對人員名單進行更新，加速人臉識別的效率。

5 結語

最近幾年，人工智能發(fā)展迅速，各種人工智能算法別應用故意各行各業(yè)，人臉識別和語音識別作為其中的一部分同樣被大范圍的引用，但是仍具有一些弊端，急需解決，應用領域應當繼續(xù)進行擴展，并且與其他技術進行融合以及完善算法提高識別精準概率是未來的研究方向。

參考文獻：

[1] 張靜端 基于人臉識別技術的圖書館門禁系統(tǒng)的研究 計算機應用技術圖形圖像處理，2016（18）.

[2] 周小仨.嵌入式系統(tǒng)人臉識別技術的研究及實現(xiàn)[J].電子制作， 2015（3）：254-255.

【通聯(lián)編輯：唐一東】