基于人臉識別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

鄭春紅

（青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息學(xué)院，青島 266000）

0 引言

安防監(jiān)控系統(tǒng)是如今保護(hù)人民群眾生命財產(chǎn)安全和偵破各類刑事案件的首要技術(shù)保障。在當(dāng)前安防需求膨脹的形勢下，其在安全技術(shù)防范領(lǐng)域的運(yùn)用也越來越廣泛。目前，安防監(jiān)控系統(tǒng)主要依賴人的視覺判斷，而缺乏對視頻內(nèi)容的智能分析。當(dāng)監(jiān)控區(qū)域發(fā)生安全事件時，往往需要通過人工查看大量視頻數(shù)據(jù)，由于存儲空間的局限性，需要定期對視頻資源進(jìn)行清理，從而丟失大量原始數(shù)據(jù)。

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的驅(qū)動下，人工智能已在我們的生活以及各個行業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用，形成了時代經(jīng)濟(jì)的新形態(tài)，帶動了新產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。智慧安防、智慧交通、智慧旅游、智慧金融、智慧家居、智慧醫(yī)療、智慧社區(qū)、智慧農(nóng)業(yè)、智慧政務(wù)等已經(jīng)屢見不鮮。計算機(jī)視覺作為人工智能領(lǐng)域的核心板塊之一，應(yīng)用領(lǐng)域占比超過30%。計算機(jī)視覺技術(shù)在對目標(biāo)進(jìn)行識別、跟蹤、測量、反饋和解析等方面的技術(shù)精密度及產(chǎn)能效率已經(jīng)遠(yuǎn)超人眼，因此被廣泛應(yīng)用于安防系統(tǒng)。

安防監(jiān)控系統(tǒng)主要包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子門禁系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)可供相關(guān)管理人員實時查看各個區(qū)域的監(jiān)控視頻影像；電子門禁系統(tǒng)是保障一些重要部門出入口安全的重要防范措施；巡更系統(tǒng)作為安防系統(tǒng)的重要組成部分，在很多需要安全保障的場所都有廣泛的應(yīng)用，如校園、企業(yè)、工廠、居民區(qū)、大型商場、景區(qū)、博物館等，需要安保人員或管理人員對各個區(qū)域進(jìn)行定點定時巡更，消除各類安全隱患，保障人員和物資的安全。

目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)只是顯示各個監(jiān)控區(qū)域的視頻影像，需要監(jiān)控人員持續(xù)地盯著屏幕，這種人工監(jiān)控的方式工作強(qiáng)度大，對一些可疑人員的非法入侵行為不能實時進(jìn)行監(jiān)管；電子門禁系統(tǒng)存在PA攻擊（presentation attacks）的風(fēng)險和漏洞；巡更系統(tǒng)，主要是電子巡更系統(tǒng)，并且大部分的電子巡更系統(tǒng)需要手持巡更設(shè)備，在巡更人員巡更回來之前，領(lǐng)導(dǎo)無法查看記錄，不能確定巡更人員的身份信息，也不能實時查看巡更人員是否按時、按順序、按要求完成巡檢，導(dǎo)致巡檢監(jiān)管難度大，這對于一些安全性要求較高的部門，如部隊、公安、消防、電力、武警等，無疑是很難接受的。

基于人臉識別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，可以對非法人員的入侵進(jìn)行實時報警；門禁系統(tǒng)中采用PAD（presentation attack detection）算法降低PA攻擊的風(fēng)險，確保人臉識別的準(zhǔn)確率；智能巡更系統(tǒng)，無需手持巡更設(shè)備，無需在巡更點安裝巡更機(jī)、信息鈕、IC卡等設(shè)備，可以利用安防系統(tǒng)部署的監(jiān)控攝像頭，通過人臉識別，實時采集并存儲巡更人員的信息，根據(jù)巡更信息可以實時繪制巡更軌跡。管理人員可以實時檢查巡更人員的軌跡，也可以事后通過查詢還原巡更人員的軌跡。

1 系統(tǒng)設(shè)計

基于人臉識別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，感知層由各類場所的關(guān)鍵區(qū)域安裝部署的監(jiān)控攝像機(jī)組成，這些感知設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接配置到智能邊緣計算節(jié)點，系統(tǒng)可以通過攝像機(jī)實時采集人臉信息，并進(jìn)行身份識別。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

基于人臉識別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)主要功能模塊包括非法人員入侵實時報警系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)、智能巡更系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。該系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

2 模塊設(shè)計

2.1 非法人員入侵實時報警系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括黑名單管理、非法人員入侵實時報警、區(qū)域人員密度分析等功能。如圖3所示。

圖3 非法人員入侵實時報警模塊

用戶可以通過上傳黑名單，將非法人員的照片、身份等信息上傳到系統(tǒng)中，也可以對上傳的黑名單人員信息進(jìn)行刪除、修改等操作。

當(dāng)黑名單中的非法人員出現(xiàn)在系統(tǒng)的監(jiān)控區(qū)域，系統(tǒng)通過人臉識別獲取到身份信息及位置信息，并將這些信息實時推送給管理人員，實現(xiàn)非法人員入侵的實時報警。

系統(tǒng)可以實時對布控區(qū)域的人員密度進(jìn)行分析，方便管理與決策。

2.2 智能門禁系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要功能包括人員管理、出入門控制、統(tǒng)計功能、查詢等功能。如圖4所示。

圖4 智能門禁系統(tǒng)模塊

用戶可以通過人員管理功能將合法人員的頭像等信息錄入系統(tǒng)，也可以對這些信息進(jìn)行刪除和修改操作。

工作人員出入時，攝像頭將抓拍人臉圖像實時傳入系統(tǒng)，系統(tǒng)通過人臉識別身份信息后與員工數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，匹配后即可開門，無需工作人員攜帶任何證件或鑰匙，即可實現(xiàn)自由出入。系統(tǒng)中采用PAD算法，可以有效防范2D圖片的攻擊，可靠性高。

統(tǒng)計和查詢功能可以根據(jù)人員的部門、出入時間等進(jìn)行統(tǒng)計，便于考勤記錄的匯總，為人員考勤管理提供便利。

2.3 智能巡更系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要功能包括巡更管理、人員密度分析等功能。巡更管理包括巡更人員管理、實時繪制巡更軌跡、巡更軌跡查詢等功能。如圖5所示。

圖5 智能巡更系統(tǒng)模塊

用戶可以通過巡更人員管理上傳巡更人員的頭像等信息，也可以對已上傳的巡更人員信息進(jìn)行刪除和修改操作。

系統(tǒng)可以根據(jù)各個巡更區(qū)域安裝的攝像頭實時采集并存儲巡更人員的信息，實時繪制巡更軌跡，方便相關(guān)管理人員實時查看正在巡更的人員的軌跡信息。

用戶可以通過巡更軌跡查詢功能，對指定巡更人員在指定時間段的巡更軌跡進(jìn)行查詢。

3 數(shù)據(jù)庫及算法設(shè)計

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計，包括用于登陸權(quán)限驗證的管理員信息表，用于非法人員入侵報警的黑名單記錄表、報警記錄表，用于智能門禁系統(tǒng)的員工信息表、出入信息記錄表，用于智能巡更管理系統(tǒng)的巡更人員信息表、巡更記錄表，用于人員密度分析的采集記錄表等。

例如，在智能巡更管理系統(tǒng)中，添加巡更人員信息需要錄入姓名、部門、年齡等信息，并上傳圖片，這些信息將保存到巡更人員信息表中。巡更人員在指定區(qū)域巡更時，系統(tǒng)將通過布控的監(jiān)控攝像機(jī)實時抓拍人臉圖像，并到巡更人員圖片庫中進(jìn)行比對，如果比對結(jié)果超過設(shè)定閾值，系統(tǒng)會將比對結(jié)果實時存儲到巡更記錄表中，同時通過WebSocket將巡更信息實時推送到前端頁面，從而實現(xiàn)實時繪制巡更人員的巡更軌跡。主要流程如圖6所示。

圖6 智能巡更管理系統(tǒng)流程圖

4 應(yīng)用前景

基于人臉識別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)已在校園的實驗室中進(jìn)行部署并完成了測試，測試結(jié)果表明該系統(tǒng)在非法人員入侵報警方面的準(zhǔn)確率高，可以及時發(fā)現(xiàn)非法人員并推送給管理人員，有效防范和限制了各類非法人員入侵校園，可以有效輔助公安系統(tǒng)快速辦案，消除治安隱患，極大地保障了校園環(huán)境的安全。經(jīng)過測試，人員密度分析可以實時顯示各個監(jiān)控區(qū)域的人流密度，通過密度數(shù)據(jù)可以輔助決策，如在校園中，學(xué)生可以根據(jù)各個區(qū)域的密度信息，決定去哪個食堂，或去哪個超市。經(jīng)過測試，該系統(tǒng)中智能門禁系統(tǒng)可以有效防范人臉圖片的非法攻擊，出入信息的統(tǒng)計查詢功能可以用于實驗室的管理，提高了工作的效率。經(jīng)過測試，智能巡更系統(tǒng)可以實時繪制巡更人員的巡更軌跡，如校園安保人員，管理人員可以通過系統(tǒng)實時查看正在巡更的安保人員巡更的軌跡，有效預(yù)防巡更人員不負(fù)責(zé)任、巡更不到位等行為，確保校園各個區(qū)域在特定時間巡查到位，一方面提高了管理效率，另一方面有效消除校園各個區(qū)域的安全隱患。

該系統(tǒng)除了可以應(yīng)用于校園，也可以應(yīng)用于工業(yè)重地、政府機(jī)構(gòu)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、景區(qū)、住宅小區(qū)、監(jiān)獄、重點文物場所等對安防監(jiān)控有較高要求的區(qū)域。

5 結(jié)語

本文針對目前安防監(jiān)控系統(tǒng)存在的弊端，提出基于人臉識別的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前主要包括非法人員入侵報警系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)、智能巡更系統(tǒng)。

該系統(tǒng)在校園的實驗室中進(jìn)行部署并完成了測試，實驗表明，非法人員入侵報警系統(tǒng)可以實時通過監(jiān)控設(shè)備識別到黑名單中的人員并進(jìn)行報警信息的推送；智能門禁系統(tǒng)可以有效防范人臉圖片的非法攻擊；智能巡更系統(tǒng)可以通過監(jiān)控設(shè)備實時采集比對巡更人員信息并實時繪制巡更軌跡，也可以根據(jù)指定巡更人員和巡更時間段查看巡更記錄。

未來，該系統(tǒng)將進(jìn)一步擴(kuò)大需求，設(shè)計并實現(xiàn)在不同應(yīng)用場景下的危險行為報警功能，如在校園中，根據(jù)監(jiān)控設(shè)備采集到的影像信息進(jìn)行肢體檢測，檢測學(xué)生打架行為報警；在加油站中，通過監(jiān)控設(shè)備采集圖像識別吸煙行為并進(jìn)行報警；在建筑工地中，通過監(jiān)控設(shè)備采集圖像識別不戴安全帽行為進(jìn)行報警等。這些功能的實現(xiàn)，要依賴于人工智能的圖像識別技術(shù)，針對不同的需求，采集大量的數(shù)據(jù)，訓(xùn)練出相應(yīng)的模型并進(jìn)行實際的應(yīng)用。