人臉識別在智慧圖書館中的應(yīng)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(shù)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(yīng)用。文章利用MTCNN和FaceNet網(wǎng)絡(luò)模型搭建人臉識別平臺(tái)，將人臉識別并與圖書館門禁系統(tǒng)、自助借還書系統(tǒng)等關(guān)鍵業(yè)務(wù)相結(jié)合，建設(shè)人臉識別智慧圖書館業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，從業(yè)務(wù)和服務(wù)層面提升圖書館的智慧化水平。

關(guān)鍵詞：人臉識別;智慧圖書館;門禁系統(tǒng);圖書借還系統(tǒng)

中圖分類號：TP273.4? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)引領(lǐng)智慧圖書館的建設(shè)熱潮，人臉識別技術(shù)作為人工智能的典型應(yīng)用，成為智慧圖書館建設(shè)的強(qiáng)勁助推力。將人臉識別技術(shù)在圖書館應(yīng)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(tǒng)計(jì)困難;使用各類門禁設(shè)備管理時(shí)，人工授權(quán)過程復(fù)雜;圖書館樓宇內(nèi)安防措施不夠健全等問題。通過對學(xué)校圖書館人臉識別系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)取代一卡通和借書證實(shí)現(xiàn)刷臉辦理各項(xiàng)業(yè)務(wù)，極大地增強(qiáng)服務(wù)的智能性，提升用戶體驗(yàn)。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(diǎn)，使人臉識別技術(shù)已經(jīng)開始走入普通生活[1]。

人臉識別技術(shù)在國內(nèi)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(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理和軟件設(shè)計(jì)，中國計(jì)量大學(xué)圖書館基于百度人工智能開放平臺(tái)的人臉識別云接口自主開發(fā)了一套人臉識別門禁系統(tǒng)[3]，杭州電子科技大學(xué)也將刷臉借還、刷臉出入、自修室預(yù)約等功能納入智慧化圖書館的建設(shè)中。智慧圖書館將會(huì)是圖書館未來發(fā)展的方向，人臉識別作為其中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，將會(huì)在智慧圖書館的建設(shè)過程中扮演重要角色。搭建圖書館的人臉識別平臺(tái)，將人臉識別平臺(tái)與圖書館自助借還系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等相結(jié)合，建設(shè)基于人臉識別的智慧圖書館綜合管理系統(tǒng)，包括人員管理、設(shè)備管理、通行管理，實(shí)現(xiàn)刷臉入館、刷臉借書、刷臉登記等功能將會(huì)助力實(shí)現(xiàn)智慧化管理，為圖書館和讀者創(chuàng)造更多價(jià)值。

1? 主要研究內(nèi)容

針對圖書館在智慧化服務(wù)的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在閱覽室出入口架設(shè)攝像頭、利用網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)備，搭建在圖書館人臉識別平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)人臉識別。同時(shí)，結(jié)合校園一卡通、圖書館門禁及自助借還機(jī)設(shè)備等硬件設(shè)備，對門禁系統(tǒng)和RFID自助借還系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，構(gòu)建一套基于人臉識別的智慧圖書館綜合管理系統(tǒng)。通過升級改造，將人臉識別融入圖書館關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用中，從“刷臉入館”開始，到刷臉借還圖書，將圖書館服務(wù)逐步向“全程刷臉”形式轉(zhuǎn)變，為廣大師生提供更便捷的服務(wù)，為圖書館提供更智能化的管理方式。

1.1? 人臉識別平臺(tái)

本文介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法中基于MTCNN與FaceNet構(gòu)建的人臉識別方法。利用MTCNN進(jìn)行人臉檢測，然后再利用FaceNet進(jìn)行人臉識別，在FaceNet網(wǎng)絡(luò)中，已經(jīng)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(wǎng)絡(luò)，這個(gè)特征就是Embedding，將人臉特征Embedding與數(shù)據(jù)庫人臉特征進(jìn)行相似性比較，即可完成人臉識別。整個(gè)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(wù)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將人臉區(qū)域檢測與人臉關(guān)鍵點(diǎn)檢測放在了一起。EFB272EF-8775-48AC-B89E-80E4BBE9551B

（2）把人臉圖像輸入到FaceNet，計(jì)算Embedding的特征向量。FaceNet的網(wǎng)絡(luò)接收輸入的人臉圖像訓(xùn)練數(shù)據(jù)，通過深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)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(shù)。

（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(dāng)特征距離小于某一特定閾值時(shí)候認(rèn)為是同一個(gè)人，特征距離大于該閾值的時(shí)候認(rèn)為是不同人。

人臉識別流程和結(jié)果分別如圖1、圖2所示。

智慧化圖書館系統(tǒng)由圖書館前端人臉識別設(shè)備、人臉識別系統(tǒng)軟件和第三方業(yè)務(wù)平臺(tái)三部分組成。應(yīng)用功能包括人員信息管理、照片采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、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(quán)限管理等功能，可以對讀者基本信息進(jìn)行管理，包括增加、刪除、修改和查詢，還支持批量導(dǎo)入和逐條錄入方式進(jìn)行人員信息添加。人臉庫數(shù)據(jù)獲?。ㄈ藛T基礎(chǔ)信息同步和人臉照片采集）需要通過人臉庫數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)管理，在人臉庫和圖書館中心數(shù)據(jù)庫之間設(shè)立中間庫，通過數(shù)據(jù)抽取工具設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換規(guī)則，實(shí)現(xiàn)人臉庫和圖書館系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步人員基礎(chǔ)信息的功能。中間庫按圖書館提供數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，同步過程支持篩選字段進(jìn)行同步，支持全量同步和定時(shí)增量同步。

人臉庫賦能業(yè)務(wù)系統(tǒng)。支持業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過API的方式從人臉庫識別系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)，包括人員信息和照片數(shù)據(jù)，通過學(xué)工號和照片標(biāo)簽等字段獲取對應(yīng)的照片數(shù)據(jù)和人員信息。

1.2? 人臉識別與門禁系統(tǒng)

與圖書館現(xiàn)行的一卡通刷卡身份驗(yàn)證相比人臉識別技術(shù)與門禁系統(tǒng)結(jié)合準(zhǔn)確性更高，能夠有效免丟卡后被冒用情況的發(fā)生。在進(jìn)行人臉識別身份驗(yàn)證時(shí)，人臉不需要與終端設(shè)備進(jìn)行接觸，可以有效避免病毒或細(xì)菌的接觸性傳播，在當(dāng)前常態(tài)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(jìn)入門禁閘機(jī)的識別范圍內(nèi)，人臉識別攝像頭會(huì)抓拍質(zhì)量最好的一張人臉;人臉識別服務(wù)器將抓拍頭像與人臉識別數(shù)據(jù)庫中照片進(jìn)行比對;即1：N的驗(yàn)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(lián)系管理員進(jìn)行處理。當(dāng)人臉識別平臺(tái)接收到門禁終端設(shè)備獲取的人臉數(shù)據(jù)時(shí)，便提取出人臉特征，然后代入模型進(jìn)行識別，門禁下位機(jī)根據(jù)人臉識別結(jié)果做出是否開門的動(dòng)作，如圖3所示。

人臉識別與門禁系統(tǒng)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(tǒng)對接。以學(xué)工號為匹配原則，通過認(rèn)證控制模塊將用戶識別端傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行身份審核，相關(guān)的認(rèn)證結(jié)果通過標(biāo)識符的方式返回給終端系統(tǒng)。閘機(jī)設(shè)備接收終端系統(tǒng)傳遞過來的指令，進(jìn)行相應(yīng)操作，并在顯示屏上顯示相應(yīng)的處理結(jié)果。門禁系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)可為圖書館管理人員提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)看板，展示數(shù)據(jù)概況。管理員可統(tǒng)計(jì)到館數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)在館人數(shù)和選定時(shí)間段人數(shù)情況，方便查詢其負(fù)責(zé)區(qū)域的到館人數(shù)，及時(shí)處理相關(guān)情況。

1.3? 人臉識別與圖書借還系統(tǒng)

圖書館現(xiàn)階段已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基于射頻識別（RFID）技術(shù)的自助借還，將人臉識別運(yùn)用到圖書自助借還過程中，實(shí)現(xiàn)人臉識與現(xiàn)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(yàn)。在讀者人臉信息注冊時(shí)，將讀者借書卡號與讀者人臉圖像進(jìn)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(shè)備上加裝高清攝像頭，攝像頭用于人臉圖像采集。當(dāng)讀者觸發(fā)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(tǒng)，自助借閱程序并對通信端口進(jìn)行監(jiān)聽，等待接收人臉識別系統(tǒng)返回的讀者借閱卡號信息。人臉識別成功后，返回人臉對應(yīng)的讀者借閱卡號給圖書館借還系統(tǒng)，是進(jìn)行后續(xù)借還操作，整體工作流程如圖4所示。在這個(gè)過程中，圖書館自助借還系統(tǒng)與人臉識別并行，圖書借還系統(tǒng)為主干業(yè)務(wù)，人臉識別系統(tǒng)作為圖書館自助借還系統(tǒng)的一種認(rèn)證方式。

2? 結(jié)? 語

人臉識別在圖書館的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了智能讀者感知，實(shí)現(xiàn)讀者身份自動(dòng)識別、刷臉借閱圖書。體現(xiàn)了以“為讀者提供智慧服務(wù)”和實(shí)現(xiàn)“圖書館智慧管理”為目標(biāo)，基于新一代信息技術(shù)和其他智慧化相關(guān)的設(shè)備，對圖書館所有知識的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和有機(jī)地整合，使圖書館能夠深刻感知外部服務(wù)環(huán)境、讀者需求和服務(wù)模式的變化趨勢，構(gòu)建服務(wù)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(shù)的應(yīng)用，從業(yè)務(wù)層面能夠?qū)崿F(xiàn)智慧化感知。圖書館不僅提供資源的服務(wù)，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(zhǔn)識別到人，提高了管理的精細(xì)度。人臉識別門禁系統(tǒng)的應(yīng)用也極大地提升了用戶和員工的體驗(yàn)。從服務(wù)層面使圖書館的服務(wù)發(fā)展得到充分提升，實(shí)現(xiàn)了便捷的智慧服務(wù)。圖書館可以構(gòu)建起一個(gè)刷臉認(rèn)證的技術(shù)手段，為讀者提供了一個(gè)無障礙環(huán)境，便利了讀者閱覽，體現(xiàn)了開放辦館的了理念。

通過人臉識別系統(tǒng)平臺(tái)的搭建和門禁系統(tǒng)、RFID自助借還系統(tǒng)升級改造，實(shí)現(xiàn)了讀者到館頻次、到館時(shí)間、借閱數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確記錄，便于圖書館進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，后續(xù)開展信息推送，為讀者提供個(gè)性化的服務(wù)。人臉識別系統(tǒng)的搭建克服了目前圖書館單一認(rèn)證方式的局限性，簡化了圖書館的業(yè)務(wù)流程，提升了管理效率。人臉識別技術(shù)在圖書館的應(yīng)用，提升了館舍智能化水平，提高了資源的使用效率，推動(dòng)了智慧圖書館的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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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(shè);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(shè)。

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