淺談智能門禁系統(tǒng)的探索與應(yīng)用

李偉良

（武警杭州士官學(xué)校 310023）

1 引言

在日常生活中，普通門禁鎖尚存在著一定的安全隱患，且存在磨損大、壽命短、卡片信息易丟失等缺陷。因此，尋找一種更加安全、方便、美觀的智能門禁系統(tǒng)已成為人們心目中的一種期待。

2 遠(yuǎn)距離RFID射頻識別技術(shù)

射頻識別(即Radio Frequency Identification，以下簡稱RFID)技術(shù)是以計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)技術(shù)，它是利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識別目的。

2.1 工作原理

最基本的RFID系統(tǒng)組成包括電子標(biāo)簽（IC卡）、閱讀器和天線三部分，以天線進(jìn)行無線電波的傳播。電子標(biāo)簽（IC卡）通常是存有數(shù)據(jù)的小型芯片，具有智能讀寫及加密通信的能力。以RS458總線傳輸方式和微處理器At-megal28芯片為例，其工作原理是：電子標(biāo)簽（IC卡）進(jìn)入天線磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(無源標(biāo)簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(有源標(biāo)簽)，微處理器At-megal28芯片獲取射頻識別讀寫器讀取感應(yīng)式電子標(biāo)簽（IC卡）的信號，閱讀器讀取信息并解碼后，由主控制器通過458總線送至管理主機(jī)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。管理主機(jī)通過內(nèi)部數(shù)據(jù)庫里的信息檢索，如查到相應(yīng)的車輛記錄，數(shù)據(jù)匹配則開門按鈕自動開啟，并在顯示器界面顯示出用戶類型、車牌號碼、車輛照片等信息，以便用戶進(jìn)行核對校驗，但是如果是非法用戶，則系統(tǒng)將會產(chǎn)生報警提示。

2.2 系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)包括三個層次的設(shè)備。底層是直接與人有關(guān)的設(shè)備，包括讀卡器、電子門鎖、出入按鈕、報警傳感器和報警喇叭等。RFID系統(tǒng)主要由主控制器、閱讀器、電控鎖、門磁傳感器、開門按鈕、識別卡和通信管理器、管理主機(jī)、管理軟件等組成，如圖1所示。

2.3 特點

射頻識別系統(tǒng)最重要的優(yōu)點是非接觸識別，可以防水、防污、防塵、防潮濕等惡劣環(huán)境，而且免刷卡動作、感應(yīng)速度快，大多數(shù)情況下不到100毫秒。除了方便外，更可避免卡片與讀寫器之間的摩擦，降低機(jī)器故障率及器材損耗；且感應(yīng)式讀卡系統(tǒng)能穿透雪、霧、冰、涂料、塵垢和條形碼無法使用的惡劣環(huán)境閱讀標(biāo)簽（IC卡），具備隔墻感應(yīng)的特性而且距離遠(yuǎn),更能兼顧隱蔽性與裝潢設(shè)計之美觀。再者，由于非接觸Ic卡的大容量讀寫存儲特性，使感應(yīng)卡門禁與考勤、計費、停車場等功能相結(jié)合，提升了系統(tǒng)性能及潛在價值，并能帶來較高的工作和經(jīng)濟(jì)效益。

3 生物識別門禁系統(tǒng)

3.1 生物識別門禁系統(tǒng)特點

（1）生物特征識別技術(shù)“真正”做到了判別用戶本人的身份, 而傳統(tǒng)的智能身份鑒別系統(tǒng)不能區(qū)分合法用戶和持有合法用戶的磁卡、IC卡、電子標(biāo)簽（IC卡）或者口令的非法入侵者。（2）生物特征識別技術(shù)能夠提供更方便的用戶服務(wù)。生物特征不會像口令或者卡那樣容易被遺忘和丟失, 而且不易偽造和被盜，可以“隨身攜帶”，隨時隨地使用，可以說用戶自身就是“通行證”。(3)生物特征識別技術(shù)能夠提供更高的安全級別。生物特征不存在口令泄密和磁卡被盜問題, 并且在一個活人身上偽造另一個人的生物特征是非常困難的。(4) 生物特征識別技術(shù)能夠提供主動監(jiān)控技術(shù)。

3.2 常用生物識別門禁系統(tǒng)

3.2.1 指紋識別系統(tǒng)

指紋識別是目前生物識別技術(shù)中最重要的一種。人的指紋各不相同并且終生不變,理論研究表明:指紋識別是準(zhǔn)確性和唯一性最高的生物特征識別方法之一，偵察機(jī)關(guān)和司法工作者把它稱為“證據(jù)之首”。用指紋識別門禁系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今較為廣泛的一種出入驗證方法，具有普遍性、唯一性、永久性、可采集性等優(yōu)點。如DSP指紋識別系統(tǒng)其原理首先利用自身存儲的指紋庫對指紋圖像進(jìn)行識別，如果識別成功則發(fā)出開鎖命令，否則提交指紋特征到PC服務(wù)器，然后由PC服務(wù)器完成指紋匹配的任務(wù)，最后將匹配結(jié)果回饋給DSP指紋識別系統(tǒng)，DSP指紋識別系統(tǒng)根據(jù)比對結(jié)果來判定是否發(fā)出開鎖命令。系統(tǒng)采用CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各個DSP指紋識別系統(tǒng)單元分布于樓宇的各個角落，通過CAN網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)接，與PC服務(wù)器進(jìn)行通訊。指紋門禁所采用的是生物辨識之高科技系統(tǒng)，辨識率高達(dá)99.99%以上，全天候維護(hù)您在家和辦公室等場所高度安全。利用指紋唯一的生物辨識特性，自己的手指就是門的鑰匙。

3.2.2 人臉識別系統(tǒng)

人臉識別是目前最常用的生物特征識別手段之一, 但因識別的條件受外界環(huán)境影響較大, 如光線、表情、姿態(tài)等, 在生物認(rèn)證的初始階段發(fā)展較慢,現(xiàn)技術(shù)日趨成熟, 利用各種算法已能較好解決此類問題。其識別一般分為兩個過程, 一個是人臉的檢測, 即是否存在人臉; 另一個是人臉的識別, 即是否是某個人, 需要提取視頻或圖像中的人臉作為模板進(jìn)行匹配。

1）AdaBoost 檢測算法

AdaBoost 算法是采用一種“積分圖像”的圖像表示方法,這種表示能夠快速計算出弱分類器快速用到的特征, 把這些弱分類器集合起來, 就構(gòu)成一個強(qiáng)分類器, 從而檢測出類人臉。這種方法檢測速度快、靈敏度高, 可以在設(shè)計的時候增加自己想要的人臉模型,并進(jìn)行檢測, 最終生成xml 文件, 提高識別效率。

2）膚色檢測

在人臉識別系統(tǒng)中，光線是影響識別率之重要因素，通過Adaboost檢測出來的類人臉區(qū)域中大多數(shù)還是有非人臉存在,只是形狀上酷似人臉, 而膚色在色彩空間中聚類比較穩(wěn)定，且與其他色彩容易區(qū)分, 彩色圖像中膚色是人臉最為顯著的特征之一, 可以選擇YCbCr作為膚色分布統(tǒng)計的映射空間, 該空間的優(yōu)點是可以將亮度和色度分開單獨處理, 實現(xiàn)亮度和色度分量比較徹底的分離, 能較好地限制膚色分布區(qū)域, 膚色點能夠形成較好聚類, 從而從圖像中分離出膚色區(qū)域, 再進(jìn)行Adaboost檢測, 最終可確定人臉位置。此外，現(xiàn)門禁系統(tǒng)中還可多采用單純之光源，如紅外線、紫外線而摒棄可見光，由于在室內(nèi)環(huán)境單純光源相對于其他光源來講，其含量較低，如采用紅外或紫外輔助光源，光線之穩(wěn)定比較容易實現(xiàn)，相對降低人臉識別難度，增加識別之精準(zhǔn)率。

3）隱馬爾可夫模型

對于人臉模式，可以把它分成前額、眼睛、鼻子、嘴巴和下巴這樣一個序列, 那么人臉模式就可以通過對這些區(qū)域進(jìn)行有序的識別和檢測, 提取要識別人臉的觀察向量序列, 然后計算此人臉的觀察向量序列與人臉數(shù)據(jù)庫中各個人臉的隱馬爾可夫模型相似的或然率, 相似或然率的計算可以通過前向-后向算法或者Viterbi 算法得出。相似或然率反映了待識人臉觀察向量序列與數(shù)據(jù)庫中的人臉隱馬爾可夫模型的相似程度, 在HMM中,如果值最大, 那么就是與待識人臉最接近的人臉隱馬爾可夫模型, 最終完成識別。

4 總結(jié)

通過以上所述，遠(yuǎn)距離非接觸式RFID射頻識別技和生物識別技術(shù)已成為目前較為人們所青睞的門禁識別系統(tǒng)。但是無論是哪種識別技術(shù)都還是有它的局限性的，如：RFID射頻識別技術(shù)，當(dāng)非本人持卡進(jìn)入時，門禁系統(tǒng)往往認(rèn)為是合法人員，不會報警；指紋識別系統(tǒng)中，人員的指紋出現(xiàn)意外劃破或受傷勢必將影響系統(tǒng)識別；人臉識別系統(tǒng)中，當(dāng)人員的面貌進(jìn)行化妝或出現(xiàn)破損后也將影響系統(tǒng)識別，所以在實際應(yīng)用當(dāng)中，在一些重要場所可以將兩者識別系統(tǒng)結(jié)合起來，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

[1]王伯淇.智能門禁系統(tǒng)分析與研究[J].科技資訊，2011.8:25.

[2]程艷艷.基于人臉識別的高校無阻礙門禁系統(tǒng)設(shè)計研究[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，第24卷12期，2011.10：17-19.