人臉識別在智慧圖書館中的應用研究

袁梟?王玉祥

摘? 要：隨著人臉識別算法性能的提升和人臉識別技術的成熟，越來越多的圖書館開始探索針對圖書館智能化需求的人臉識別應用。文章利用MTCNN和FaceNet網絡模型搭建人臉識別平臺，將人臉識別并與圖書館門禁系統、自助借還書系統等關鍵業務相結合，建設人臉識別智慧圖書館業務管理系統，從業務和服務層面提升圖書館的智慧化水平。

關鍵詞：人臉識別;智慧圖書館;門禁系統;圖書借還系統

中圖分類號：TP273.4? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）06-0035-03

Research on the Application of Face Recognition in Smart Library

YUAN Xiao1， WANG Yuxiang2

（1.College of Computer Science and Technology， Qingdao University， Qingdao? 266071， China; 2.Hefei Preschool Education College， Hefei? 230013， China）

Abstract： With the development of face recognition algorithm performance and the maturity of face recognition technology， more and more libraries begin to explore face recognition applications for the needs of library intelligence. This paper uses MTCNN and FaceNet network model to build a face recognition platform， and combines face recognition with key business such as library access control system， automated book borrowing and returning system， builds a business management system of face recognition smart library， and improves the intelligence level of the library from the business and service aspects.

Keywords： face recognition; smart library; access control system; book borrowing and returning system

0? 引? 言

人工智能技術引領智慧圖書館的建設熱潮，人臉識別技術作為人工智能的典型應用，成為智慧圖書館建設的強勁助推力。將人臉識別技術在圖書館應用于“人”的智能感知，解決圖書館面臨的讀者出入管控難度大;讀者考勤統計困難;使用各類門禁設備管理時，人工授權過程復雜;圖書館樓宇內安防措施不夠健全等問題。通過對學校圖書館人臉識別系統的建設，實現取代一卡通和借書證實現刷臉辦理各項業務，極大地增強服務的智能性，提升用戶體驗。人臉識別方便友好、易于接受、不易偽造，其普遍性、可采集性與被采集者的可接受性較高的特點，使人臉識別技術已經開始走入普通生活[1]。

人臉識別技術在國內圖書館開始逐步被探索使用。張靜端[2]介紹了一種基于人臉識別的圖書館門禁系統的組成結構、工作原理和軟件設計，中國計量大學圖書館基于百度人工智能開放平臺的人臉識別云接口自主開發了一套人臉識別門禁系統[3]，杭州電子科技大學也將刷臉借還、刷臉出入、自修室預約等功能納入智慧化圖書館的建設中。智慧圖書館將會是圖書館未來發展的方向，人臉識別作為其中一項關鍵技術，將會在智慧圖書館的建設過程中扮演重要角色。搭建圖書館的人臉識別平臺，將人臉識別平臺與圖書館自助借還系統、門禁系統等相結合，建設基于人臉識別的智慧圖書館綜合管理系統，包括人員管理、設備管理、通行管理，實現刷臉入館、刷臉借書、刷臉登記等功能將會助力實現智慧化管理，為圖書館和讀者創造更多價值。

1? 主要研究內容

針對圖書館在智慧化服務的重要環節進行設計，在閱覽室出入口架設攝像頭、利用網絡軟硬件設備，搭建在圖書館人臉識別平臺，實現人臉識別。同時，結合校園一卡通、圖書館門禁及自助借還機設備等硬件設備，對門禁系統和RFID自助借還系統進行改造升級，構建一套基于人臉識別的智慧圖書館綜合管理系統。通過升級改造，將人臉識別融入圖書館關鍵業務應用中，從“刷臉入館”開始，到刷臉借還圖書，將圖書館服務逐步向“全程刷臉”形式轉變，為廣大師生提供更便捷的服務，為圖書館提供更智能化的管理方式。

1.1? 人臉識別平臺

本文介紹神經網絡方法中基于MTCNN與FaceNet構建的人臉識別方法。利用MTCNN進行人臉檢測，然后再利用FaceNet進行人臉識別，在FaceNet網絡中，已經提供了用于人臉檢測的MTCNN接口。

FaceNet可簡單看成是提取人臉特征的CNN網絡，這個特征就是Embedding，將人臉特征Embedding與數據庫人臉特征進行相似性比較，即可完成人臉識別。整個過程為：

（1）通過MTCNN人臉檢測模型，從照片中提取人臉圖像。MTCNN又稱多任務卷積神經網絡，該神經網絡將人臉區域檢測與人臉關鍵點檢測放在了一起。EFB272EF-8775-48AC-B89E-80E4BBE9551B

（2）把人臉圖像輸入到FaceNet，計算Embedding的特征向量。FaceNet的網絡接收輸入的人臉圖像訓練數據，通過深度卷積神經網絡，進一步歸一化處理，得到人臉圖像的特征（Embedding），最后為三元組的損失函數。

（3）比較特征向量間的歐式距離：通過比較特征向量間的歐式距離判斷是否為同一人，例如當特征距離小于某一特定閾值時候認為是同一個人，特征距離大于該閾值的時候認為是不同人。

人臉識別流程和結果分別如圖1、圖2所示。

智慧化圖書館系統由圖書館前端人臉識別設備、人臉識別系統軟件和第三方業務平臺三部分組成。應用功能包括人員信息管理、照片采集、數據統計、人臉庫對外賦能，如表1所示。

人員管理功能主要包括分組管理、人員信息管理、權限管理等功能，可以對讀者基本信息進行管理，包括增加、刪除、修改和查詢，還支持批量導入和逐條錄入方式進行人員信息添加。人臉庫數據獲取（人員基礎信息同步和人臉照片采集）需要通過人臉庫數據關聯管理，在人臉庫和圖書館中心數據庫之間設立中間庫，通過數據抽取工具設置相應的轉換規則，實現人臉庫和圖書館系統數據同步人員基礎信息的功能。中間庫按圖書館提供數據標準建設，同步過程支持篩選字段進行同步，支持全量同步和定時增量同步。

人臉庫賦能業務系統。支持業務系統通過API的方式從人臉庫識別系統調用數據，包括人員信息和照片數據，通過學工號和照片標簽等字段獲取對應的照片數據和人員信息。

1.2? 人臉識別與門禁系統

與圖書館現行的一卡通刷卡身份驗證相比人臉識別技術與門禁系統結合準確性更高，能夠有效免丟卡后被冒用情況的發生。在進行人臉識別身份驗證時，人臉不需要與終端設備進行接觸，可以有效避免病毒或細菌的接觸性傳播，在當前常態化防疫的背景下具有更安全的更快的通行效率[4，5]。

用戶進入門禁閘機的識別范圍內，人臉識別攝像頭會抓拍質量最好的一張人臉;人臉識別服務器將抓拍頭像與人臉識別數據庫中照片進行比對;即1：N的驗證，如果信息能正確匹配，提示識別成功，開門;比對不一致，提示識別不一致，需要聯系管理員進行處理。當人臉識別平臺接收到門禁終端設備獲取的人臉數據時，便提取出人臉特征，然后代入模型進行識別，門禁下位機根據人臉識別結果做出是否開門的動作，如圖3所示。

人臉識別與門禁系統的識別端可配置為支持人臉識別的iPad屏幕，支持與門禁系統對接。以學工號為匹配原則，通過認證控制模塊將用戶識別端傳來的數據進行身份審核，相關的認證結果通過標識符的方式返回給終端系統。閘機設備接收終端系統傳遞過來的指令，進行相應操作，并在顯示屏上顯示相應的處理結果。門禁系統獲取的數據可為圖書館管理人員提供數據統計看板，展示數據概況。管理員可統計到館數據、實時在館人數和選定時間段人數情況，方便查詢其負責區域的到館人數，及時處理相關情況。

1.3? 人臉識別與圖書借還系統

圖書館現階段已經實現了基于射頻識別（RFID）技術的自助借還，將人臉識別運用到圖書自助借還過程中，實現人臉識與現有一卡通自助借閱的兩種借閱方式，將提供更高效的借閱效率，更安全便捷的借還體驗。在讀者人臉信息注冊時，將讀者借書卡號與讀者人臉圖像進行綁定，讀者借書卡號和人臉圖像都可作為唯一識別。在自助借還設備上加裝高清攝像頭，攝像頭用于人臉圖像采集。當讀者觸發人臉識別借書按鍵，攝像頭采集人臉圖片出給人臉識別系統，自助借閱程序并對通信端口進行監聽，等待接收人臉識別系統返回的讀者借閱卡號信息。人臉識別成功后，返回人臉對應的讀者借閱卡號給圖書館借還系統，是進行后續借還操作，整體工作流程如圖4所示。在這個過程中，圖書館自助借還系統與人臉識別并行，圖書借還系統為主干業務，人臉識別系統作為圖書館自助借還系統的一種認證方式。

2? 結? 語

人臉識別在圖書館的應用實現了智能讀者感知，實現讀者身份自動識別、刷臉借閱圖書。體現了以“為讀者提供智慧服務”和實現“圖書館智慧管理”為目標，基于新一代信息技術和其他智慧化相關的設備，對圖書館所有知識的科學發現和有機地整合，使圖書館能夠深刻感知外部服務環境、讀者需求和服務模式的變化趨勢，構建服務泛在化、功能智慧化、用戶自主化的新型圖書館。

通過人臉識別技術的應用，從業務層面能夠實現智慧化感知。圖書館不僅提供資源的服務，讀者入館閱覽，通過人臉識別門禁改變了原始登記的方式，精準識別到人，提高了管理的精細度。人臉識別門禁系統的應用也極大地提升了用戶和員工的體驗。從服務層面使圖書館的服務發展得到充分提升，實現了便捷的智慧服務。圖書館可以構建起一個刷臉認證的技術手段，為讀者提供了一個無障礙環境，便利了讀者閱覽，體現了開放辦館的了理念。

通過人臉識別系統平臺的搭建和門禁系統、RFID自助借還系統升級改造，實現了讀者到館頻次、到館時間、借閱數據的準確記錄，便于圖書館進行大數據分析，后續開展信息推送，為讀者提供個性化的服務。人臉識別系統的搭建克服了目前圖書館單一認證方式的局限性，簡化了圖書館的業務流程，提升了管理效率。人臉識別技術在圖書館的應用，提升了館舍智能化水平，提高了資源的使用效率，推動了智慧圖書館的發展。

參考文獻：

[1] 馮瑛.基于時空緩存數據庫的醫院圖書館人臉識別應用研究 [J].電氣自動化，2021，43（06）：111-114.

[2] 張靜端.基于人臉識別技術的圖書館門禁系統的研究 [J].現代電子技術，2016，39（18）：99-103.

[3] 周東，施芒.圖書館自行開發人臉識別應用系統的實踐與思考——以中國計量大學圖書館為例 [J].圖書館工作與研究，2020（1）：80-87.

[4] 趙繼海.若干前沿信息技術的發展及其對圖書館的影響 [J].圖書館研究與工作，2015（1）：2-6.

[5] 胡娟.人臉識別技術在高校智慧校園管理中的應用現狀 [J].電腦知識與技術，2021，17（18）：6-8.

作者簡介：袁梟（1992.03—），男，漢族，山東臨沂人，碩士研究生在讀，研究方向：智慧圖書館建設;王玉祥（1987.02—），男，漢族，安徽合肥人，助教，碩士研究生，研究方向：智慧圖書館建設。

收稿日期：2022-02-09EFB272EF-8775-48AC-B89E-80E4BBE9551B