人臉識別測溫智能門禁一體機

摘 要：隨著近幾年公共衛生事件的持續發展，人臉識別以及體溫測量已經被廣泛應用于許多公眾活動。然而，由于技術的限制，許多不熟悉和沒有使用過智能設備的人士依然無法正常使用電子設備進行健康信息查詢。為了有效解決公共衛生事件帶來的諸類問題，通過人臉識別、紅外測溫以及智能門禁這三個主要模塊設計開發出一款基于STM32單片機的人臉識別測溫智能門禁系統。它具備24 h連續運行的功能，能夠精準檢測出不符合公共衛生要求的人的信息，如電話、身份證號、行程記錄、體溫檢測結果，從而及時發現和處理違反規定的行為，為社會提供更有效的防護手段。人臉識別測溫智能門禁可以應用在醫院、地鐵和公交站等許多公共場景，有良好的應用前景。

關鍵詞：人臉識別；測溫；一體機；大數據；智能門禁；STM32單片機

中圖分類號：TP3-05 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）05-00-02

0 引 言

2019年末，新冠肺炎暴發，并迅速蔓延至全球范圍，給整個社會的生產發展以及人們的生活帶來了不利影響。而經歷過這場疫情后，人們意識到加強此類公共衛生事件的預防和應對工作顯得尤其重要[1-2]。在疫情防控過程中，需要經過大量的繁雜程序，如檢查體溫、查驗行程軌跡以及其他必要的信息，這些程序既耗費了大量的資金，又難以確定準確的信息。如果出現病毒感染反復，很難及早確定病情的來龍去脈和對有關人員進行救治以及保護。為此，本文開發一款人臉識別測溫門禁系統，可直接通過識別人臉后讀取相關行程軌跡并對其進行體溫測量。通過該系統不但能夠大幅提升體溫檢測速度，而且能夠加強對病毒的預測和監測，并且能夠有效地阻止病毒的擴散和復發，做到病毒防控力度最大化。

1 系統總體框架及其工作原理

本文設計的系統是一款基于STM32單片機的人臉識別測溫智能門禁系統。在系統啟動和初始化完成后，使用人體紅外傳感器來監控終端周圍的環境。當監控到終端前有人時，激活該設備，以便快速準確地對目標進行面容識別。系統進行面容識別后將識別目標的身份證號和密碼，以及他們的其他相關信息，以便于能夠快速將它們與上位機的重要數據（如歷史體溫檢測結果、病歷以及行程軌跡等）相關聯。如果識別到被測人員的相關記錄都正常，那么系統指領被測人員到達人體測溫模塊進行實時測溫。如果測量的體溫顯示在正常范圍內，則門禁系統的閥門打開，人員可以通行，相關數據將記錄到云平臺內；如果測量人員的歷史記錄不正常[3]（如體溫檢測記錄異常、行程中有異常現象）等，則聲光模塊進行警報，提醒相關工作人員到現場進行后續工作的處理。待測人員體溫檢測以及行程軌跡等歷史記錄無論是否正常，都要在當前站點進行體溫測量，如果檢測到的體溫顯示不正常，則聲光模塊再次報警，同時將測溫站點、異常人員信息上傳平臺保留，并提醒組織根據被測人員云平臺記錄中行程軌跡快速查找密切接觸者。如果終端前沒有人，則返回繼續監控，而當檢測到終端前長時間沒有人時，那么系統將進入待機狀態。

2 系統設計

人臉識別測溫智能門禁系統架構如圖1所示，該系統的架構是以智能預防公共衛生事件的需求為主導進行構建的。該架構充分發揮物聯網技術的優勢[4]，加強信息感知的廣度與深度，綜合應用互聯網、移動網絡、嵌入式系統等前沿技術，搭建智能管理結構，實現相關數據的遠程監控以及查詢，提高應對疫情防控處理速度和處理能力。系統包括感知層、處理層、網絡層、應用層。感知層主要負責數據的采集，實現了人臉識別信息的采集以及體溫的測量；處理層通過單片機進行數據處理；網絡層通過各種數據傳輸協議、通信技術和傳輸媒介實現數據實時、準確、可靠的傳輸；應用層可以通過不同的移動終端共同對數據進行實時監控管理。

3 系統技術路線

通過將物聯網技術和其他先進技術有機地結合在一起，人臉識別測溫智能門禁一體機可以實現人臉識別、紅外測溫、云平臺數據處理和智能門禁。

3.1 人臉識別系統

（1）圖像采集是人臉識別的第一個步驟。通過攝像頭，可以捕捉到人臉的各種特征，包括狀態、位置、形態等，并將這些信息準確地呈現出來，從而實現在攝像頭采集的圖像上對人臉的精確定位。

（2）人臉檢測：從采集到的圖像中根據一般的人臉細節特征將人臉面部分離出來，然后需要對面部識別信息進行預處理。經過多種技術手段，如直方圖均衡[5]、中值濾波、幾何歸一化，可以大大增強人臉識別效果，提高人臉識別的魯棒性。這些技術可以幫助我們從海量數據中提取出有價值的人臉特征，從而更好地識別復雜的場景，降低復雜的場景對人臉識別的影響。

（3）通過特征值[6]提取，可以篩選出最有助于分類的特征，并通過降維技術將其保留下來，以達到最佳的效果。特征值的提取是非常關鍵的步驟。

（4）通過人臉識別技術，可以將以上收集和整理的面部特征信息與數據庫中信息進行比對，以確定最佳的匹配閾值，得到最為準確的結果。

3.2 紅外測溫系統

當進入到被測區域范圍時，系統通過超聲波[7]測量距離，可以確定被測量對象與測溫儀之間的最優距離，然后將測量的最優距離結果傳給STM32單片機。測溫儀測量之后，將被測對象的實際體溫通過液晶顯示屏顯示出來。系統初始化時確定一個特定的體溫參考點，如果被測對象的實際體溫高于這個參考點，則被測量對象的體溫異常，蜂鳴器報警模塊就會發出警報，同時攝像頭模塊會對被測對象拍攝照片，將照片傳輸到云端的數據庫進行保存處理；如果被測量對象實際體溫正常，攝像頭模塊也對其進行拍照上傳到數據庫。

3.3 智能門禁系統

智能門禁系統工作流程如圖2所示。系統將面容識別的數據收集上傳至云平臺數據庫中進行對比匹配[8]，對人員的身份與路程軌跡、體溫等相關信息進行檢測。當檢測到一切正常時，則下達正常指令開鎖。否則蜂鳴器報警，通知工作人員處理[9]。

4 結 語

人臉識別測溫智能門禁一體機主要分為主控層、通信層、設備層。當有人進入到監測范圍內時，雙目活體檢測攝像頭對來訪者拍照后進行人臉識別。將人臉識別信息上傳，并與云平臺數據比對后采取身份認證，與此同時進行行程軌跡查驗和紅外體溫檢測，當體溫檢測正常且相關信息驗證核實通過時，智能門禁的閘機打開，來訪人員通行，否則對不符合條件的來訪者進行報警處理。相比傳統的測溫檢查方式，該一體機能夠大大節約人力[10]，降低成本，它的效率、準確性和實時性高，具有非常好的應用前景，適用于各個行業。

注：本文通訊作者為呂坤。

參考文獻

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[3]徐耀，劉步中，翟德超.基于健康碼識別檢測預警的智能門禁終端系統設計[J].電子制作，2021，28（18）：40-42.

[4]崔志誠，馬勝.基于物聯網技術的智慧工地[J].電子技術應用，2021，47（2）：33-35.

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[9]謝鑫焱，祁晉東，楊晨，等.智慧社區防疫門禁系統設計[J].黑龍江科學，2023，14（2）：105-107.

[10]袁瑋含，胡立夫，李宏宇，等.基于物聯網的醫院疫情防控系統設計[J].電子產品世界，2022，29（11）：50-54.

作者簡介：劉易典，女，宿遷學院物聯網工程專業學生。

呂 坤，男，碩士，實驗師，研究方向為計算機軟件與理論。

丁夢婷，女，宿遷學院物聯網工程專業學生。

林亦心，女，宿遷學院物聯網工程專業學生。

姜雅靜，女，宿遷學院物聯網工程專業學生。

收稿日期：2023-05-04 修回日期：2023-06-02

基金項目：宿遷學院校級大學生創新創業訓練項目（2022XSJ 076Y）