基于人臉識別技術的高校圖書館門禁系統設計

朱 寧

(中國人民大學蘇州校區 圖書館，江蘇 蘇州 215123)

0 引言

人臉識別技術，是指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，通常也稱為人像識別、面部識別[1]。它是人工智能中的生物識別技術。相比于傳統的一卡通刷卡身份驗證和指紋識別驗證，人臉識別技術主要有三點優勢：第一是準確性極高且穩定[2]；第二是難被偽造，具有唯一性；第三是終端設備進行人臉識別身份驗證時，不需要與終端設備接觸，可以避免病毒或細菌的接觸性傳播，在當前背景下具有明顯的實際價值。隨著人臉識別技術的快速發展，將人臉識別技術應用于高校圖書館門禁系統身份識別的成本在降低。因此，建設基于人臉識別技術的高校圖書館門禁系統是很有必要的。

1 人臉識別門禁系統的工作原理

基于人臉識別技術的高校圖書館門禁系統是將人臉識別技術和圖書館門禁系統相結合，主要是將人臉識別作為門禁系統身份識別的方式。人臉識別圖書館門禁系統的工作原理主要是：安裝了攝像裝置的人臉識別終端采集臉部的圖像或視頻流，自動檢測到人臉，再進行圖像采集、定位、特征提取、特征比對[3]，達到識別不同讀者身份的效果。如果提取的人臉特征與人臉數據庫比對成功，讀者身份識別就成功，各控制單元的入口由門禁控制器開啟，讀者可進入；如果經過比對人臉特征識別失敗時，各控制單元的入口就不開啟，讀者不可進入。

2 基于人臉識別技術的高校圖書館門禁硬件系統

基于人臉識別技術的高校圖書館門禁硬件系統由門禁系統服務器、遠程管理計算機、門禁控制器、人臉識別終端、出門按鈕和通信網絡等部分構成，如圖1所示。

圖1 基于人臉識別技術的高校圖書館門禁硬件系統

門禁系統服務器是門禁系統的核心，通過通信網絡(TCP/IP)對人臉識別門禁系統各控制單元進行控制，系統管理員使用遠程計算機通過通信網絡管理門禁系統服務器。每個控制單元由圖書館入口、人臉識別終端、圖書館出口、出門按鈕構成。人臉識別終端一般安裝在圖書館入口處，安裝高度與人的身高接近；出門按鈕安裝在出口附近，安裝高度也近似人的身高。圖書館可以按照大門數量把整個區域劃分成N個控制單元。

當讀者從每個入口進入時，人臉識別終端對人臉進行特征提取，將數據上傳至門禁控制器，門禁控制器通過TCP/IP網絡與門禁系統服務器中的人臉數據庫進行對比，當讀者的臉部特征符合數據庫中存儲的信息時，入口自動開啟，讀者可以進入。當讀者從出口離開時，按下出門按鈕，則控制出口的繼電器開啟，出口打開，讀者就可以離開。通常入口和出口為同一個門，只要在入門方向安裝人臉識別終端，在出門方向安裝出門按鈕就可實現單門雙向通行。遠程管理計算機通過TCP/IP網絡控制門禁系統服務器，實現系統的人臉數據庫操作、人員進入圖書館記錄查詢統計、用戶管理等操作。

3 基于人臉識別技術的高校圖書館門禁軟件系統

基于人臉識別技術的高校圖書館門禁軟件系統[4]主要包括系統模塊和管理模塊兩部分，如圖2所示。

圖2 基于人臉識別技術的高校圖書館門禁軟件系統

3.1 人臉識別門禁系統模塊

系統模塊主要有門禁監控、對讀者臉部識別兩個功能。

3.1.1 門禁監控

門禁監控模塊主要是監控整個門禁系統的正常運行，可設置各個門禁控制器的通信參數，包括IP地址、網關、端口號。通過門禁監控模塊還可以查看到成功通過各入口的讀者相關信息，以及人臉識別驗證成功或失敗記錄。如果有外接接口，還可以查看與外接接口的連接狀態。這些功能可以確保整個門禁系統高效穩定運行。

3.1.2 對讀者臉部識別

當有讀者試圖進入圖書館時，門禁系統將人臉識別終端采集到的壓縮后的臉部圖像或視頻流通過網絡上傳到臉部識別模塊，臉部識別模塊對采集圖像進行人臉定位、特征提取、特征比對等一系列生物識別處理，特征比對環節需要與人臉數據庫進行交互，若與人臉數據庫的人臉圖像比對成功，將會關聯到人臉圖像所對應的學工號信息，同時生成一條入館記錄，并給人臉識別終端所在的門禁控制器發送開門消息。若比對失敗，則不生成入館記錄，并且讀者無法進館。

對讀者臉部識別可以在系統本地進行，也可以通過外接接口交由第三方平臺處理，第三方平臺人臉比對成功后將對應的信息返回給系統。

3.2 人臉識別門禁系統管理模塊

管理模塊主要有人臉數據庫操作、入館記錄查詢統計、用戶管理三個功能，管理模塊采用B/S結構，管理員使用遠程計算機上的瀏覽器通過校園局域網訪問門禁系統服務器，在登錄界面輸入用戶名和密碼后即可使用管理模塊的功能。

3.2.1 人臉數據庫操作

人臉數據庫操作模塊用于門禁系統管理員對人臉數據庫的操作，包括批量或單條讀者信息的導入、刪除、修改、查詢，讀者信息包括用于人臉識別的臉部圖像。人臉數據庫可以部署在本地門禁系統服務器上，也可以采集讀者臉部圖像后交由實現臉部識別功能的第三方平臺建庫。

3.2.2 入館記錄查詢統計

入館記錄查詢統計模塊用于門禁系統管理員設置相應的查詢統計條件后，軟件根據自動存儲在服務器數據庫中的入館記錄生成相應的報表，并可以從系統中導出。

3.2.3 用戶管理

用戶管理模塊指系統管理員可以修改登錄密碼，可以查看、新增、刪除登錄管理模塊的用戶名和密碼，以及設置各用戶對人臉數據庫操作和入館記錄查詢統計兩個模塊的訪問權限。

4 結語

作為人工智能技術之一的人臉識別技術被廣泛應用是大勢所趨[5]，圖書館將人臉識別技術應用于門禁系統建設，開創了人臉識別技術在圖書館應用的新局面。隨著人臉識別技術的不斷成熟，其可靠性和準確性將不斷提升，部署成本也會不斷下降，這將有利于人臉識別技術被廣泛用于智慧圖書館的建設。除了人臉識別門禁產品，適用于圖書館的人臉識別設備還有人臉識別考勤機、動態人臉監控系統、人臉識別軟件等[6]，人臉識別這樣的人工智能技術應用于傳統圖書館業務，必將打開智慧圖書館建設新的局面。