基于嵌入式操作系統人臉識別電梯控制

趙康，蔡鵬德

（安徽理工大學電氣與信息技術學院，淮南 232001）

0 引言

人臉識別系統早在20 世紀60 年代已經有人開始研究，發展到今天技術水平以及行業已經相對成熟。就電梯梯控系統來說，人臉識別電梯控制系統顯得更加智能，只要能站在電梯里，就能通過相機采集到的視頻信息分析出人臉大小、面部特征的位置和形狀與存儲信息庫中的人臉進行對比，以此檢驗來人的身份，并判斷出其人有沒有使用電梯的權限，將陌生人擋在門外面［1］。并且比起虹膜識別系統，人臉識別系統的識別效率更高更快，只要通過攝像頭快速采集成像就可以，不用像虹膜識別系統那樣刻意的進行比對［1］，電梯控制系統不僅能夠聯網進行實時監控，還能夠獨立運行，通過電梯專用數據采集器，能夠實現電梯主控板位于電腦的通訊［2］。

其他識別方式相比，其他生物識別技術在采集過程中會與物體接觸，會導致人們體驗感不是很好［3］。現在人臉識別還有很多復雜問題需要解決，比如在不同場景下以及環境復雜的一些場景中，識別速度慢以及會出現誤識別等問題。除此之外，隱私性和安全性一個需要考慮的重要一點［4］。

人臉識別電梯控制系統相對比較安全，平時我們經常使用的IC 卡容易丟失，但是人臉是不可能丟失的，而且還可以通過人臉識別活體判斷有活性判斷的能力，可以避免使用照片或是蠟像欺騙系統進行識別。而且也不像指紋識別那樣與需要我們與設備有直接的接觸，甚至有時候需要反復檢驗才能確定其身份，更何況以現代的技術發展竊取一個指紋實在輕而易舉。然后就是人臉識別電梯控制系統比起梯控系統操作更簡便,你只要進門出門“刷臉”就夠了，再也不用擔心忘卡丟卡的尷尬問題［6］。

首先，要知道人們的人臉是存在相似性的，每個人的人臉結構都是大同小異，尤其比如像雙胞胎這種天生的相似性，無疑給人臉識別加大了難度。其次，人臉的易變性，不同的觀察角度給人的視覺感受是不同的，由此也會造成人臉的胖瘦變化［7］。如果有帽子、口罩等遮擋物，人像的采集是不完整的，所造成的識別率也會存在偏差。然后，隨著年齡的增長，面部外觀也隨之而變化，這種影響也極有可能使得人臉識別失效。最后，在整容普遍的年代，網絡上存在大量一樣的“網紅”錐子臉，這讓人臉識別的難度大大提升［8］。所以，人臉識別電梯控制系統有待加強的地方還有許多，希望相關研究人員能夠早日改進不足之處，為人們的生活帶來更大的方便。

1 布線方案

布線方案如圖1 所示，電梯服務器通過tcp/ip協議與電梯調度通信，調度通過485 數據線與電梯間通信，然后電梯控制器與人臉機設備也是通過485 數據線間通信，其中一臺電梯控制器可以支持與多臺人臉機實現通信控制。

圖1 人臉機電梯控制器之間通信

2 人臉應用流程

2.1 業主應用流程（圖2）

圖2 長期用戶應用流程

（1）梯控授權。用戶的梯控權限下載至電梯控制器，另需將用戶人臉和卡號通過網絡下載至人臉機。

（2）權限釋放。用戶人臉識別為注冊用戶時，人臉機輸出卡號給電梯控制器；電梯控制器釋放相應樓層權限，返回人臉機結果。

（3）人臉機反饋。用戶人臉識別成功后，屏顯/語音反饋信息；電梯控制器返回結果后，屏顯反饋信息。

（4）記錄上傳。人臉機，電梯控制器分別上傳記錄。

2.2 訪客應用流程（圖3）

圖3 訪客應用流程

（1）梯控授權。OCS 將訪客信息及電梯樓層權限下載至人臉機，下載的信息包括：用戶類型（訪客）、照片、卡號、姓名、起止時間（原有）+樓層號；

（2）權限釋放。人臉機識別成功，將樓層號、卡號傳輸給電梯控制器；電梯控制器釋放相應樓層權限，返回人臉機結果。

（3）人臉機反饋。用戶人臉識別成功后，屏顯/語音反饋信息；電梯控制器返回結果后，屏顯反饋信息。

（4）記錄上傳。人臉機，電梯控制器分別上傳記錄。

3 二維碼/卡片應用流程（梯控應用）

3.1 業主應用流程

（1）用戶刷卡/掃碼后，MCU通過RS485直接傳卡號給電梯控制器，電梯控制器返回結果；

（2）MCU 將電梯控制器返回結果，傳給人臉模組，人臉模組顯示反饋結果。

3.2 訪客應用流程

（1）訪客刷卡/掃碼后，MCU 解析二維碼內容或卡片扇區，通過RS485 直接傳卡號+樓層號給電梯控制器，電梯控制器返回結果；

（2）MCU 將電梯控制器返回結果，傳給人臉模組，人臉模組顯示反饋結果。

4 人臉機交互說明（面板機）

4.1 人臉識別

（1）用戶人臉識別。

表1 用戶人臉識別

（2）若人臉識別為有權限用戶，通過RS485傳輸梯控。

表2 RS485傳輸梯控

4.2 業主刷卡/掃碼

業主刷卡/掃碼，MCU 通過RS485 傳輸梯控，梯控返回MCU 結果：MCU 對梯控返回結果處理后，返回人臉模塊（表3）。

表3 業主刷卡/掃碼

4.3 訪客刷卡/掃碼

訪客刷卡/掃碼，MCU解析二維碼或卡片扇區，通過RS485傳輸梯控，梯控返回MCU 結果：MCU對梯控返回結果處理后，返回人臉模塊（表4）。

表4 訪客刷卡/掃碼

5 人臉機交互說明（半球機）

5.1 人臉機與串口協議數據交互

（1）用戶人臉識別（表5）。

表5 用戶人臉識別

（2）若人臉識別為有權限用戶，通過RS485傳輸梯控；梯控不返回信息。

表6 接口表述傳輸格式

起始碼：可能是2 個s（0x73），也可能是多個s。

類型：E = 一般類ID 讀卡器、C = 一般類IC讀卡器、J=帶鍵盤和顯示的讀卡器。

ID號：范圍1～8、0是廣播地址。

指令碼：詳見后面的協議說明。

數據域：詳見后面的協議說明，可以為空。

輸入口狀態值：

表7 輸入口狀態值

校驗位：BCC 校驗，是從類型開始（含類型）到校驗位前（不含校驗位）的數據，按字節異或的結果，忽略進位值。

結束碼：可以是1 個n（0x6E），也可以是多個n。

表8 數據解析

續表8

5.2 人臉機梯控實現結果

（1）輪詢在線Z00，結果如圖4 所示，接收到串口接收到數據ssC1Z0028n，其中命令名Z00是查詢設備序列號指令，設備回應序列號，即設備的MAC地址作為唯一標識碼。

圖4 梯控查詢人臉機設備序列號

（2）同步控制器ID 號T00，結果如圖5所示，接收到串口接收到數據ssC1Z0022n，其中命令碼T00，將電梯id 同步到人臉機。一臺人臉機對應一個梯控id 號。

圖5 同步電梯id到人臉機

（3）輪詢識別結果A00 成功/失敗C01/C02，人臉機接收實時采集數據ssC1A0033n。人臉機回應數據。如果是長期人員，人臉機回應長期人員的卡號給電梯控制器，電梯控制器處理完返回結果。如果是臨時訪客人員，人臉機回應人員信息卡號加電梯樓層權限，等待電梯釋放權限樓層。電梯梯控采集結果數據如圖6、圖7 所示：

圖6 電梯控制器采取數據

圖7 電梯控制回應數據人臉機顯示+播報

6 結語

本文主要以嵌入式操作系統，linux 開源系統為主要的研究框架，使用的是億智的核心板以及人臉識別算法實現。實現了通過人臉機來直接控制電梯的功能，突破了傳統意義上的電梯系統，打破了對人臉機傳統的認識，是一種技術上以及觀念上的突破。