人臉識別測溫智能門禁一體機(jī)

摘 要：隨著近幾年公共衛(wèi)生事件的持續(xù)發(fā)展，人臉識別以及體溫測量已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于許多公眾活動。然而，由于技術(shù)的限制，許多不熟悉和沒有使用過智能設(shè)備的人士依然無法正常使用電子設(shè)備進(jìn)行健康信息查詢。為了有效解決公共衛(wèi)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(shè)計開發(fā)出一款基于STM32單片機(jī)的人臉識別測溫智能門禁系統(tǒng)。它具備24 h連續(xù)運(yùn)行的功能，能夠精準(zhǔn)檢測出不符合公共衛(wèi)生要求的人的信息，如電話、身份證號、行程記錄、體溫檢測結(jié)果，從而及時發(fā)現(xiàn)和處理違反規(guī)定的行為，為社會提供更有效的防護(hù)手段。人臉識別測溫智能門禁可以應(yīng)用在醫(yī)院、地鐵和公交站等許多公共場景，有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：人臉識別；測溫；一體機(jī)；大數(shù)據(jù)；智能門禁；STM32單片機(jī)

中圖分類號：TP3-05 文獻(xiàn)標(biāo)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(fā)，并迅速蔓延至全球范圍，給整個社會的生產(chǎn)發(fā)展以及人們的生活帶來了不利影響。而經(jīng)歷過這場疫情后，人們意識到加強(qiáng)此類公共衛(wèi)生事件的預(yù)防和應(yīng)對工作顯得尤其重要[1-2]。在疫情防控過程中，需要經(jīng)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(fèi)了大量的資金，又難以確定準(zhǔn)確的信息。如果出現(xiàn)病毒感染反復(fù)，很難及早確定病情的來龍去脈和對有關(guān)人員進(jìn)行救治以及保護(hù)。為此，本文開發(fā)一款人臉識別測溫門禁系統(tǒng)，可直接通過識別人臉后讀取相關(guān)行程軌跡并對其進(jìn)行體溫測量。通過該系統(tǒng)不但能夠大幅提升體溫檢測速度，而且能夠加強(qiáng)對病毒的預(yù)測和監(jiān)測，并且能夠有效地阻止病毒的擴(kuò)散和復(fù)發(fā)，做到病毒防控力度最大化。

1 系統(tǒng)總體框架及其工作原理

本文設(shè)計的系統(tǒng)是一款基于STM32單片機(jī)的人臉識別測溫智能門禁系統(tǒng)。在系統(tǒng)啟動和初始化完成后，使用人體紅外傳感器來監(jiān)控終端周圍的環(huán)境。當(dāng)監(jiān)控到終端前有人時，激活該設(shè)備，以便快速準(zhǔn)確地對目標(biāo)進(jìn)行面容識別。系統(tǒng)進(jìn)行面容識別后將識別目標(biāo)的身份證號和密碼，以及他們的其他相關(guān)信息，以便于能夠快速將它們與上位機(jī)的重要數(shù)據(jù)（如歷史體溫檢測結(jié)果、病歷以及行程軌跡等）相關(guān)聯(lián)。如果識別到被測人員的相關(guān)記錄都正常，那么系統(tǒng)指領(lǐng)被測人員到達(dá)人體測溫模塊進(jìn)行實時測溫。如果測量的體溫顯示在正常范圍內(nèi)，則門禁系統(tǒng)的閥門打開，人員可以通行，相關(guān)數(shù)據(jù)將記錄到云平臺內(nèi)；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(xiàn)象）等，則聲光模塊進(jìn)行警報，提醒相關(guān)工作人員到現(xiàn)場進(jìn)行后續(xù)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(dāng)前站點進(jìn)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(jù)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(xù)監(jiān)控，而當(dāng)檢測到終端前長時間沒有人時，那么系統(tǒng)將進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

人臉識別測溫智能門禁系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)的架構(gòu)是以智能預(yù)防公共衛(wèi)生事件的需求為主導(dǎo)進(jìn)行構(gòu)建的。該架構(gòu)充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢[4]，加強(qiáng)信息感知的廣度與深度，綜合應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)等前沿技術(shù)，搭建智能管理結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控以及查詢，提高應(yīng)對疫情防控處理速度和處理能力。系統(tǒng)包括感知層、處理層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)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(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；網(wǎng)絡(luò)層通過各種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、通信技術(shù)和傳輸媒介實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時、準(zhǔn)確、可靠的傳輸；應(yīng)用層可以通過不同的移動終端共同對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控管理。

3 系統(tǒng)技術(shù)路線

通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和其他先進(jìn)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，人臉識別測溫智能門禁一體機(jī)可以實現(xiàn)人臉識別、紅外測溫、云平臺數(shù)據(jù)處理和智能門禁。

3.1 人臉識別系統(tǒng)

（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(tài)、位置、形態(tài)等，并將這些信息準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出來，從而實現(xiàn)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(jù)一般的人臉細(xì)節(jié)特征將人臉面部分離出來，然后需要對面部識別信息進(jìn)行預(yù)處理。經(jīng)過多種技術(shù)手段，如直方圖均衡[5]、中值濾波、幾何歸一化，可以大大增強(qiáng)人臉識別效果，提高人臉識別的魯棒性。這些技術(shù)可以幫助我們從海量數(shù)據(jù)中提取出有價值的人臉特征，從而更好地識別復(fù)雜的場景，降低復(fù)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(shù)將其保留下來，以達(dá)到最佳的效果。特征值的提取是非常關(guān)鍵的步驟。

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

3.2 紅外測溫系統(tǒng)

當(dāng)進(jìn)入到被測區(qū)域范圍時，系統(tǒng)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(yōu)距離，然后將測量的最優(yōu)距離結(jié)果傳給STM32單片機(jī)。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(tǒng)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(fā)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?shù)皆贫说臄?shù)據(jù)庫進(jìn)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(jìn)行拍照上傳到數(shù)據(jù)庫。

3.3 智能門禁系統(tǒng)

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

4 結(jié) 語

人臉識別測溫智能門禁一體機(jī)主要分為主控層、通信層、設(shè)備層。當(dāng)有人進(jìn)入到監(jiān)測范圍內(nèi)時，雙目活體檢測攝像頭對來訪者拍照后進(jìn)行人臉識別。將人臉識別信息上傳，并與云平臺數(shù)據(jù)比對后采取身份認(rèn)證，與此同時進(jìn)行行程軌跡查驗和紅外體溫檢測，當(dāng)體溫檢測正常且相關(guān)信息驗證核實通過時，智能門禁的閘機(jī)打開，來訪人員通行，否則對不符合條件的來訪者進(jìn)行報警處理。相比傳統(tǒng)的測溫檢查方式，該一體機(jī)能夠大大節(jié)約人力[10]，降低成本，它的效率、準(zhǔn)確性和實時性高，具有非常好的應(yīng)用前景，適用于各個行業(yè)。

注：本文通訊作者為呂坤。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：劉易典，女，宿遷學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生。

呂 坤，男，碩士，實驗師，研究方向為計算機(jī)軟件與理論。

丁夢婷，女，宿遷學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生。

林亦心，女，宿遷學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生。

姜雅靜，女，宿遷學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生。

收稿日期：2023-05-04 修回日期：2023-06-02

基金項目：宿遷學(xué)院校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（2022XSJ 076Y）