浅谈智能门禁系统的探索与应用

李伟良

（武警杭州士官学校 310023）

1 引言

在日常生活中，普通门禁锁尚存在着一定的安全隐患，且存在磨损大、寿命短、卡片信息易丢失等缺陷。因此，寻找一种更加安全、方便、美观的智能门禁系统已成为人们心目中的一种期待。

2 远距离RFID射频识别技术

射频识别(即Radio Frequency Identification，以下简称RFID)技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术，它是利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的。

2.1 工作原理

最基本的RFID系统组成包括电子标签（IC卡）、阅读器和天线三部分，以天线进行无线电波的传播。电子标签（IC卡）通常是存有数据的小型芯片，具有智能读写及加密通信的能力。以RS458总线传输方式和微处理器At-megal28芯片为例，其工作原理是：电子标签（IC卡）进入天线磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签)，或者主动发送某一频率的信号(有源标签)，微处理器At-megal28芯片获取射频识别读写器读取感应式电子标签（IC卡）的信号，阅读器读取信息并解码后，由主控制器通过458总线送至管理主机进行有关数据处理。管理主机通过内部数据库里的信息检索，如查到相应的车辆记录，数据匹配则开门按钮自动开启，并在显示器界面显示出用户类型、车牌号码、车辆照片等信息，以便用户进行核对校验，但是如果是非法用户，则系统将会产生报警提示。

2.2 系统的组成

系统包括三个层次的设备。底层是直接与人有关的设备，包括读卡器、电子门锁、出入按钮、报警传感器和报警喇叭等。RFID系统主要由主控制器、阅读器、电控锁、门磁传感器、开门按钮、识别卡和通信管理器、管理主机、管理软件等组成，如图1所示。

2.3 特点

射频识别系统最重要的优点是非接触识别，可以防水、防污、防尘、防潮湿等恶劣环境，而且免刷卡动作、感应速度快，大多数情况下不到100毫秒。除了方便外，更可避免卡片与读写器之间的摩擦，降低机器故障率及器材损耗；且感应式读卡系统能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签（IC卡），具备隔墙感应的特性而且距离远,更能兼顾隐蔽性与装潢设计之美观。再者，由于非接触Ic卡的大容量读写存储特性，使感应卡门禁与考勤、计费、停车场等功能相结合，提升了系统性能及潜在价值，并能带来较高的工作和经济效益。

3 生物识别门禁系统

3.1 生物识别门禁系统特点

（1）生物特征识别技术“真正”做到了判别用户本人的身份, 而传统的智能身份鉴别系统不能区分合法用户和持有合法用户的磁卡、IC卡、电子标签（IC卡）或者口令的非法入侵者。（2）生物特征识别技术能够提供更方便的用户服务。生物特征不会像口令或者卡那样容易被遗忘和丢失, 而且不易伪造和被盗，可以“随身携带”，随时随地使用，可以说用户自身就是“通行证”。(3)生物特征识别技术能够提供更高的安全级别。生物特征不存在口令泄密和磁卡被盗问题, 并且在一个活人身上伪造另一个人的生物特征是非常困难的。(4) 生物特征识别技术能够提供主动监控技术。

3.2 常用生物识别门禁系统

3.2.1 指纹识别系统

指纹识别是目前生物识别技术中最重要的一种。人的指纹各不相同并且终生不变,理论研究表明:指纹识别是准确性和唯一性最高的生物特征识别方法之一，侦察机关和司法工作者把它称为“证据之首”。用指纹识别门禁系统已经成为当今较为广泛的一种出入验证方法，具有普遍性、唯一性、永久性、可采集性等优点。如DSP指纹识别系统其原理首先利用自身存储的指纹库对指纹图像进行识别，如果识别成功则发出开锁命令，否则提交指纹特征到PC服务器，然后由PC服务器完成指纹匹配的任务，最后将匹配结果回馈给DSP指纹识别系统，DSP指纹识别系统根据比对结果来判定是否发出开锁命令。系统采用CAN网络结构，各个DSP指纹识别系统单元分布于楼宇的各个角落，通过CAN网络相互联接，与PC服务器进行通讯。指纹门禁所采用的是生物辨识之高科技系统，辨识率高达99.99%以上，全天候维护您在家和办公室等场所高度安全。利用指纹唯一的生物辨识特性，自己的手指就是门的钥匙。

3.2.2 人脸识别系统

人脸识别是目前最常用的生物特征识别手段之一, 但因识别的条件受外界环境影响较大, 如光线、表情、姿态等, 在生物认证的初始阶段发展较慢,现技术日趋成熟, 利用各种算法已能较好解决此类问题。其识别一般分为两个过程, 一个是人脸的检测, 即是否存在人脸; 另一个是人脸的识别, 即是否是某个人, 需要提取视频或图像中的人脸作为模板进行匹配。

1）AdaBoost 检测算法

AdaBoost 算法是采用一种“积分图像”的图像表示方法,这种表示能够快速计算出弱分类器快速用到的特征, 把这些弱分类器集合起来, 就构成一个强分类器, 从而检测出类人脸。这种方法检测速度快、灵敏度高, 可以在设计的时候增加自己想要的人脸模型,并进行检测, 最终生成xml 文件, 提高识别效率。

2）肤色检测

在人脸识别系统中，光线是影响识别率之重要因素，通过Adaboost检测出来的类人脸区域中大多数还是有非人脸存在,只是形状上酷似人脸, 而肤色在色彩空间中聚类比较稳定，且与其他色彩容易区分, 彩色图像中肤色是人脸最为显著的特征之一, 可以选择YCbCr作为肤色分布统计的映射空间, 该空间的优点是可以将亮度和色度分开单独处理, 实现亮度和色度分量比较彻底的分离, 能较好地限制肤色分布区域, 肤色点能够形成较好聚类, 从而从图像中分离出肤色区域, 再进行Adaboost检测, 最终可确定人脸位置。此外，现门禁系统中还可多采用单纯之光源，如红外线、紫外线而摒弃可见光，由于在室内环境单纯光源相对于其他光源来讲，其含量较低，如采用红外或紫外辅助光源，光线之稳定比较容易实现，相对降低人脸识别难度，增加识别之精准率。

3）隐马尔可夫模型

对于人脸模式，可以把它分成前额、眼睛、鼻子、嘴巴和下巴这样一个序列, 那么人脸模式就可以通过对这些区域进行有序的识别和检测, 提取要识别人脸的观察向量序列, 然后计算此人脸的观察向量序列与人脸数据库中各个人脸的隐马尔可夫模型相似的或然率, 相似或然率的计算可以通过前向-后向算法或者Viterbi 算法得出。相似或然率反映了待识人脸观察向量序列与数据库中的人脸隐马尔可夫模型的相似程度, 在HMM中,如果值最大, 那么就是与待识人脸最接近的人脸隐马尔可夫模型, 最终完成识别。

4 总结

通过以上所述，远距离非接触式RFID射频识别技和生物识别技术已成为目前较为人们所青睐的门禁识别系统。但是无论是哪种识别技术都还是有它的局限性的，如：RFID射频识别技术，当非本人持卡进入时，门禁系统往往认为是合法人员，不会报警；指纹识别系统中，人员的指纹出现意外划破或受伤势必将影响系统识别；人脸识别系统中，当人员的面貌进行化妆或出现破损后也将影响系统识别，所以在实际应用当中，在一些重要场所可以将两者识别系统结合起来，从而进一步提高系统的安全性和稳定性。

[1]王伯淇.智能门禁系统分析与研究[J].科技资讯，2011.8:25.

[2]程艳艳.基于人脸识别的高校无阻碍门禁系统设计研究[J].电脑开发与应用，第24卷12期，2011.10：17-19.