人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)在高校實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用研究

許力文

（江蘇開(kāi)放大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 210013）

習(xí)近平總書(shū)記指出，“沒(méi)有信息化就沒(méi)有現(xiàn)代化”。2014 年全國(guó)教育會(huì)議上將全國(guó)教育的目標(biāo)確定為“深化教育領(lǐng)域綜合改革，加快推進(jìn)教育治理體系和治理能力現(xiàn)代化”，這是教育領(lǐng)域全民落實(shí)中央決策部署，適應(yīng)新時(shí)代教育形勢(shì)的一次重大理論和實(shí)踐調(diào)整。近年來(lái)，隨著《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》的頒布和實(shí)施，各高校都加快了教育信息化建設(shè)的步伐。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為提升學(xué)生實(shí)踐能力的重要抓手，已然成為高校日常教學(xué)中必不可少的一環(huán)。但實(shí)際情況是，高校在日常的實(shí)驗(yàn)室管理中由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場(chǎng)地、時(shí)間等因素限制導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)資源未得到充分利用，實(shí)踐效果并不理想。就如筆者所在的高校，實(shí)驗(yàn)室的出入實(shí)行紙質(zhì)登記，不僅流程繁瑣，而且受到實(shí)驗(yàn)室管理老師工作時(shí)間的限制，不利于實(shí)驗(yàn)室的充分利用。因此在高校實(shí)驗(yàn)室的管理和建設(shè)中引入信息化手段，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室智能管理就顯得尤為必要。借用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)行實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理，將師生的課余時(shí)間和實(shí)驗(yàn)室資源利用充分融合，最大限度的發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室功能，推動(dòng)實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)展和學(xué)生實(shí)踐能力的提升。

1 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)概述

1.1 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)的概念

人臉識(shí)別技術(shù)采用獨(dú)有的“3D 結(jié)構(gòu)光人臉識(shí)別算法”與具有強(qiáng)大GPU 運(yùn)行能力的服務(wù)器完美結(jié)合，基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物識(shí)別技術(shù)。其借助攝像機(jī)或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流并對(duì)檢測(cè)到的人臉進(jìn)行臉部識(shí)別的一系列相關(guān)技術(shù)，包括人臉圖像采集、人臉定位、人臉識(shí)別預(yù)處理、記憶存儲(chǔ)和比對(duì)辨識(shí)，從而達(dá)到識(shí)別不同人員身份的目的。而人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)就是把人臉識(shí)別技術(shù)和電子門(mén)禁相結(jié)合，通過(guò)人臉識(shí)別驗(yàn)證通行人員身份，從而開(kāi)啟門(mén)禁的一種管理系統(tǒng)。

1.2 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.2.1 唯一性：每個(gè)人的面部特征都具有獨(dú)一性，無(wú)法復(fù)制仿冒，因此安全性更高。

1.2.2 自然性：相比于指紋、視網(wǎng)膜、虹膜、基因等生物特征，利用人臉特征進(jìn)行身份驗(yàn)證具有自然、直接、友好、便捷的特點(diǎn)，更易為用戶(hù)所接受。[1]

1.2.3 簡(jiǎn)單方便：無(wú)需攜帶門(mén)禁卡,識(shí)別速度快，操作簡(jiǎn)單便捷。

1.2.4 非接觸性：無(wú)需接觸設(shè)備，不用擔(dān)心病毒的接觸性傳染，既衛(wèi)生又安全。

2 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)的組成和工作原理

2.1 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)的組成

人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)由硬件設(shè)備(人臉識(shí)別終端、門(mén)禁控制器、電磁鎖)、控制管理軟件(人臉識(shí)別實(shí)時(shí)監(jiān)控、人臉識(shí)別門(mén)禁考勤管理系統(tǒng))組成。

圖1 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)的構(gòu)成

2.2 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)工作方式

2.2.1 后端比較

前端人臉設(shè)備或攝像頭在捕捉到人像數(shù)據(jù)后傳送到后端服務(wù)器，由后端服務(wù)器經(jīng)過(guò)人臉?biāo)阉鳎业綄?duì)應(yīng)的人員信息，再將開(kāi)門(mén)指令傳回前端人臉設(shè)備或門(mén)禁控制器。

2.2.2 前端比較

服務(wù)器將授權(quán)通行人員人像信息提前發(fā)送到人臉識(shí)別設(shè)備，此時(shí)前端識(shí)別設(shè)備不再需要將捕捉到的人像傳送到服務(wù)器，相較于后端比較方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求低，在網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器短時(shí)間故障時(shí)依舊可以完成人臉識(shí)別工作，缺點(diǎn)是由于運(yùn)算能力受限，人臉庫(kù)不能太大，一般在5 千-1 萬(wàn)。

2.3 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)工作原理

當(dāng)通行人員進(jìn)入動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別該人員，并從人臉識(shí)別面板機(jī)的視頻流中截取一張人臉圖像，將截取到的人臉圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)中的授權(quán)通行人員人臉照片進(jìn)行比對(duì)分析。當(dāng)通行人員的人臉圖像與系統(tǒng)人臉庫(kù)的人臉照片相似度達(dá)到一定的閥值時(shí)，人臉識(shí)別面板機(jī)則會(huì)認(rèn)為比對(duì)通過(guò)，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送開(kāi)門(mén)指令至人臉識(shí)別面板機(jī)，由其控制門(mén)禁開(kāi)啟；而當(dāng)無(wú)法從系統(tǒng)人臉庫(kù)中找到一定閥值的人臉照片時(shí)，則會(huì)認(rèn)為比對(duì)不通過(guò)，此時(shí)不會(huì)發(fā)起開(kāi)門(mén)指令。無(wú)論人臉比對(duì)結(jié)果為授權(quán)用戶(hù)或非授權(quán)用戶(hù)，系統(tǒng)都會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄使用者的人臉信息及其他相關(guān)信息，便于后期追蹤查找。人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)有兩種工作模式：

1.推進(jìn)并落實(shí)文化強(qiáng)市戰(zhàn)略。2012年11月8日，黨的十八大勝利召開(kāi)。黨的十八大作出“扎實(shí)推進(jìn)社會(huì)主義文化強(qiáng)國(guó)建設(shè)”的戰(zhàn)略布局，明確提出“必須推動(dòng)社會(huì)主義文化大發(fā)展大繁榮，興起社會(huì)主義文化建設(shè)新高潮，提高國(guó)家文化軟實(shí)力，發(fā)揮文化引領(lǐng)風(fēng)尚、教育人民、服務(wù)社會(huì)、推動(dòng)發(fā)展的作用”[8]。這是進(jìn)一步加強(qiáng)社會(huì)主義文化建設(shè)的戰(zhàn)略決策，也是堅(jiān)定不移走中國(guó)特色社會(huì)主義文化發(fā)展道路的信心所在、希望所在。貫徹落實(shí)黨的十八大精神，為廣州積極推進(jìn)文化強(qiáng)市戰(zhàn)略的實(shí)施提供了方向指引和基本遵循。

2.3.1 工作模式-繼電器模式

圖2 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)“繼電器模式”

該工作模式適用于已經(jīng)安裝門(mén)禁控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)人臉識(shí)別成功后，人臉識(shí)別設(shè)備通過(guò)繼電器觸發(fā)第三方門(mén)禁控制器打開(kāi)門(mén)禁，且后臺(tái)管理軟件可對(duì)門(mén)禁權(quán)限、出入人員考勤進(jìn)行管理。

2.3.2 工作模式-韋根模式

圖3 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)“韋根模式”

該模式同樣適用于已經(jīng)安裝門(mén)禁控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)人臉識(shí)別成功后，人臉識(shí)別設(shè)備通過(guò)韋根輸出觸發(fā)第三方門(mén)禁控制器打開(kāi)門(mén)禁，且后臺(tái)管理軟件可對(duì)門(mén)禁權(quán)限、出入人員考勤進(jìn)行管理。

3 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)在高校實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用

3.1 人臉識(shí)別前端設(shè)計(jì)，實(shí)行智能化監(jiān)控，提升風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力

該系統(tǒng)為每個(gè)實(shí)驗(yàn)室入口部署人臉識(shí)別面板機(jī)以實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)中，人臉識(shí)別面板機(jī)集人臉圖像采集、識(shí)別、結(jié)果顯示、門(mén)禁控制等功能應(yīng)用為一體，主要由高清視頻攝像頭、液晶觸控顯示屏、處理主機(jī)等部件組成。該設(shè)備作為整個(gè)門(mén)禁系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要功能包括白名單識(shí)別、人臉檢測(cè)、活體檢測(cè)、門(mén)禁控制、人員管理、數(shù)據(jù)管理和安全管控。首先將人員信息提前錄入系統(tǒng)，形成人像信息庫(kù)，當(dāng)有人通行時(shí)，人臉識(shí)別設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)采集人像信息，將其與人臉庫(kù)中的信息進(jìn)行比對(duì)，即1:N 的驗(yàn)證，如果信息能正確匹配，則通過(guò)驗(yàn)證。其次借助人臉識(shí)別設(shè)備在連續(xù)抓拍的圖片中準(zhǔn)確定位人臉位置，其具有人臉圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)、圖像檢測(cè)及標(biāo)準(zhǔn)化剪裁功能，當(dāng)質(zhì)量分值過(guò)低時(shí)系統(tǒng)拒絕錄入，保證數(shù)據(jù)的可靠性，提高驗(yàn)證精度，而且該設(shè)備能有效分辨高清照片、PS、三維模型或換臉等仿冒欺詐手段。而當(dāng)身份驗(yàn)證通過(guò)后，設(shè)備向電磁鎖發(fā)送開(kāi)門(mén)信息，門(mén)禁自動(dòng)開(kāi)啟，具有超高安全保障性。再者，系統(tǒng)單機(jī)版可直接在設(shè)備上實(shí)現(xiàn)人員信息增刪改查，實(shí)現(xiàn)通行人員管理，且可通過(guò)USB 接口直接導(dǎo)出所需的通行記錄，方便進(jìn)行通行數(shù)據(jù)整理。最后，該系統(tǒng)還可以接入門(mén)鎖、門(mén)鈴、消防信號(hào)等外部接口，為實(shí)驗(yàn)室提供全方位的安全管控。

3.2 非接觸性操作，簡(jiǎn)化通行手續(xù)

有別于傳統(tǒng)的人力管理，利用人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室信息化管理，通過(guò)事先錄入系統(tǒng)的人像信息，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室老師授權(quán)，就可以在約定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，免去了學(xué)生需要去實(shí)驗(yàn)室管理辦公室登記領(lǐng)還鑰匙的繁瑣手續(xù)。

當(dāng)所有系統(tǒng)設(shè)備部署完畢后，系統(tǒng)的操作人員則需要采集學(xué)生及其他用戶(hù)的個(gè)人信息及人臉照片并將其錄入至平臺(tái)服務(wù)器，當(dāng)用戶(hù)數(shù)據(jù)錄入完畢后，管理服務(wù)器將會(huì)通過(guò)局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)同步學(xué)生數(shù)據(jù)至前端各臺(tái)人臉識(shí)別面板機(jī)，人臉識(shí)別面板機(jī)同步獲取名單后即可實(shí)現(xiàn)通行用戶(hù)的人臉比對(duì)分析并結(jié)合授權(quán)的通行時(shí)間做出開(kāi)門(mén)行為、同時(shí)生成通行記錄。

圖4 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室用戶(hù)通行流程圖

3.2.2 實(shí)驗(yàn)室訪(fǎng)客通行工作流程

來(lái)訪(fǎng)客人在經(jīng)許可進(jìn)入的情況下，提供其個(gè)人人臉照片至實(shí)驗(yàn)室管理人員，管理人員將來(lái)訪(fǎng)客人的人臉照片錄入至系統(tǒng)后臺(tái)并完善其身份信息，同時(shí)賦予臨時(shí)通行權(quán)限。當(dāng)來(lái)訪(fǎng)客人在獲得通行權(quán)限后即可實(shí)現(xiàn)刷臉開(kāi)門(mén)，其通行流程與實(shí)驗(yàn)室用戶(hù)通行一致。

3.3 一鍵開(kāi)啟和遠(yuǎn)程關(guān)閉功能

當(dāng)前的門(mén)禁系統(tǒng)雖然采用“斷電開(kāi)”模式，可以在遭遇火警等突發(fā)情況，需要緊急疏散學(xué)生時(shí)通過(guò)切斷電源開(kāi)啟所有的門(mén)禁，但是必須要求管理人員去往電源總閘處關(guān)閉電源，費(fèi)時(shí)又不便捷。而人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)可通過(guò)系統(tǒng)后臺(tái)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)一鍵開(kāi)啟，此時(shí)所有的門(mén)禁系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，方便師生快速逃生，保障了人員安全。此外，可以通過(guò)系統(tǒng)后臺(tái)實(shí)時(shí)查看實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁情況，一旦非正常開(kāi)啟時(shí)，可通過(guò)系統(tǒng)遠(yuǎn)程關(guān)閉門(mén)禁，打破了現(xiàn)有門(mén)禁需要管理人員現(xiàn)場(chǎng)關(guān)閉的壁壘，在方便了實(shí)驗(yàn)室管理的同時(shí)，也極大的增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室的安全性。

除了系統(tǒng)自身的安防功能以外，通過(guò)智能門(mén)禁+網(wǎng)絡(luò)+消防系統(tǒng)還可以構(gòu)建消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害時(shí)聯(lián)動(dòng)報(bào)警。

3.4 構(gòu)建智慧校園綜合駕駛艙

通過(guò)人臉識(shí)別系統(tǒng)將師生使用實(shí)驗(yàn)室頻次、時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將所有的通行和非法通行數(shù)據(jù)、訪(fǎng)客數(shù)據(jù)、陌生人數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)等進(jìn)行整合分析，便于高校借助此項(xiàng)統(tǒng)計(jì)開(kāi)展大數(shù)據(jù)分析，為實(shí)驗(yàn)室管理和智慧化建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

圖5 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)示意圖

4 結(jié)論

人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)是一種全新的智能化系統(tǒng)，它克服了目前單一電子門(mén)禁系統(tǒng)的局限性，把先進(jìn)的人臉識(shí)別技術(shù)、攝像監(jiān)控和門(mén)禁控制器有效的結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)信息化技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室管理的融合創(chuàng)新，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)室的管理流程，提升了實(shí)驗(yàn)室的管理效率。同時(shí)，運(yùn)用人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)，打破了時(shí)間和人員壁壘，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放化管理，有助于實(shí)驗(yàn)資源的充分利用，極大的提高了實(shí)驗(yàn)室的使用效率。應(yīng)用人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)在提升實(shí)驗(yàn)室安防功能的同時(shí)也為教師的教學(xué)和科研提供了安全和便捷，在實(shí)驗(yàn)室智能化管理和高校信息化建設(shè)中具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。