人脸识别技术在图书馆管理中的应用

徐潇洁 薛 蔚

（南京大学信息管理学院，江苏 南京 210023）

近年来，指纹识别技术已经非常普及，随着人脸识别技术的发展，越来越多基于生物特征识别的应用走进我们的生活。若将人脸识别技术引入图书馆，将会提高图书馆管理的智能化、人性化及高效性。尤其是将其应用于图书馆的门禁管理、借阅管理和座位管理等方面，将有助于实现读者与图书馆系统的精准交互。

1 人脸识别技术的概念及应用现状

1.1 人脸识别技术概述

人脸识别技术是生物识别技术的一种，具有友好性、易获取性、非接触性和直接性等突出特点，近年来成为识别技术的热点[1]。人脸识别技术是指对人的面部生物特征进行采集，通过某种算法，将其与已知的人脸库进行对比，从而确认或者辨认其身份甚至更多的关联信息。人脸技术包括人脸检测、人脸追踪、人脸比对3个阶段。人脸检测即确认图像中是否有人脸；人脸追踪即在人脸检测后追踪提取人脸的特征；人脸对比即将提取的特征与已经建立的数据库进行对比确认[2]。基本识别流程见图1，其中人脸识别的难点主要在于人脸检测和特征提取。在特定条件下，二维人脸识别技术已经取得了精确率很高的识别结果，技术日趋成熟，然而表情、灯光、姿态、化妆、整容等因素都会降低人脸识别的效果，近年越来越多的专家开始关注人脸的三维信息，如美国多个机构（FBI、NIST等）合资发起的“人脸识别挑战计划”[3]。

图1 人脸识别流程

1.2 人脸识别技术的应用现状

美国首先提出了人脸识别技术，国外人脸识别技术公司的分布以美国、日本、德国为主。我国的相关研究起步较晚，但发展迅速，在1996-2015年间中国的专利公开量最高，但前十位的专利均为美国，美国掌握着人脸技术的核心专利，日本紧随其后[4]。在中国，奥运会、世博会、二代身份证等领域已经验证了人脸识别技术的优势[5]。目前，该技术主要应用于安全管理、政府、银行、电子商务、社会保障、军队等领域，详见表1。

表1 人脸识别应用领域

身份认证和安全防护是人脸识别技术最主要的应用领域，在很多安全级别较高的区域，例如银行、运动场、政府机关、机场、档案馆和图书馆等均采用了基于人脸识别的门禁系统来进行身份验证，甚至手机和笔记本等保存着重要机密的私人用品也需要安全验证。2017年9月13日苹果公司发布了新一代手机Iphone X，取消了指纹识别，取而代之的应用了人脸识别，通过刷脸解锁手机，还可以运用到Apply pay以及各种需要验证的APP中[6]。

在公安破案领域，美国标准局NIST在2006年举办的Face Recognition Vendor Test表明人脸识别技术的准确性已经可以运用到实际工作中；[7]2014年，美国推出了总投入10亿美金的电子识别系统，通过监控来锁定嫌疑人；2015年日本引进了智能人脸识别系统推进入境审查的无人化。虽然人脸识别越来越受到重视，但它只是AI技术的一部分，在实际侦查中还会与其他技术相结合。除此之外，人都是活动的，需要将人脸识别与其行为识别进行动态结合，例如通过骨骼空间的几个角度进行动作识别[8]。

目前，人脸识别在应用领域上已经有了很大的突破，不仅局限于考勤、门禁上的简单应用。例如在医疗领域，张勐、刘哲等人创新性地将人脸识别应用到医院，从根本上杜绝了乱开药和开错药的现象[9]，并将人脸识别初步应用于内分泌疾病的辅助诊断，通过提取患者脸部的特征数据，分析比对从而确定患者的疾病类型[10]。随着IT技术、AI技术、机器学习的不断发展完善，未来人脸识别技术会应用到更多的领域中，并且向三维、多技术、远距离、完全自动化等方向发展。

2 生物特征识别技术的对人脸识别技术的优势

2.1 生物特征识别技术的对比

生物识别技术在越来越多的领域都取得了非常好的应用，特别是在身份识别安全性问题上具有显著的优势。生物特征识别主要包括身体特征和行为模式两类，具有难以复制、不易遗忘、随身“携带”和随时随地可用等优势，其中身体特征包括指纹、眼睛、静脉、掌型、视网膜、虹膜、脸型、甚至DNA、骨骼等；行为特征主要包括签名笔记、声音语态、行走步态等[11]。考虑到技术、效率和安全性，往往选择不易被复制的先天性特征作为识别身份的主要依据，以指纹、虹膜和人脸为主，如指纹识别已经被应用到多个领域，尤其是考勤制度中。生物特征提取都需要专业的设备，设备成本问题是各大高校重点考虑的因素之一，同时由于高校人员数目众多，采集的便捷程度也是极为重要的。表2是4种被广泛使用的生物识别技术的性能对比。

表2 生物识别技术的性能对比

通过对比可知，虹膜识别和DNA识别技术的设备成本较高，采集不便利，在高校的实用性较低。出于高校的成本以及效率考虑，指纹和人脸识别技术是比较好的认证方式。

2.2 人脸识别技术的优势

目前，各高校普遍使用以RFID技术为基础的智能验证系统，Radio Frequency Identification（简称：RFID）是一种自动非接触性识别技术，利用无线电讯号识别特定目标，达到自动识别被识别对象、获取相关信息的目的[12]。该技术识别速度和精度都是比较理想的。现阶段，指纹、RFID和人脸识别都是是性价比较高的识别技术，这3种方式的详细对比见表3。

表3 指纹、RFID和人脸识别的详细对比

续表

RFID技术和人脸识别技术相比，存在持卡人和所持证件不一致的问题，如遇到校园卡丢失、借用、被盗和数据复制等情况，身份不明的人员便可以随意进入高校图书馆甚至机密地区，造成很大的安全隐患，仍然需要人工识别，自动化程度较低。而指纹作为生物特征的秘密信息如今变得极为容易获取，生物特征的不可复制性优势已不复存在。一旦生物特征被盗取，将面临以下问题：（1）防范不及时性：用户在第一时间并不知道，不能像丢失校园卡一样及时做出防范措施；（2）不可恢复性：依据生物特征识别的“挂失补办”手续将变得复杂；（3）损失连续性：在防范不及时性的基础上，用户基于生物特征认证的所有信息和资源都将被非法盗取。

人脸识别技术具备以下突出优势：（1）可追踪：人脸识别技术利用视频技术，不仅可以掌控馆内的任何动态，又可以确认馆内人员的身份，可形成被锁定人员的行动轨迹，有效地对图书馆进行全面监管[13]。（2）识别精度高：在现有技术水平下，通过提前录入人脸数据库，失误率比较低。（3）安全性高：该技术要求人员亲自到现场，与预先存储于数据库中的信息相匹配才能通过，无法被他人模仿。（4）获取信息准确：根据人脸可获取人员的身份、所在地等数据，从而形成一定的数据库，通过后续的分析可获取想要的信息[14]。综上而言，人脸识别在图书馆的应用是最佳选择，在其他领域也有非常广阔的应用前景。

3 人脸识别技术在图书馆管理中的应用

3.1 门禁系统

目前，国内高校采用的门禁管理方式，主要以门锁、门禁卡和馆员对出入人员（读者或外来人员）进行身份登记方式为主[15]，这种管理方式虽然成本低，技术要求性不高，但是大量增加了工作人员的工作量，不够灵活，而且容易出错，冒名借阅图书的现象时有发生，造成许多不必要的经济损失与麻烦，安全性低。尤其是图书馆的馆藏库对门禁控制系统的安全性要求较高，如涉及到权限问题，需求也越来越复杂。而人脸技术和门禁系统的结合将有效地解决这一问题，人脸识别门禁系统的基本工作原理如图2所示。当学生从图书馆大门进入时，启动带有人脸识别系统的视频摄像机采集定位人脸特征，上传至门禁控制器，门禁控制器将采集的图像与后台数据库进行对比辨识，当匹配到一致的特征时，则大门自动开启。同时，记录下人像、进入时间等信息，与后台的馆内工作人员信息相结合，对工作人员进行人脸识别统计，从而实现自动考勤。还可以进行实时监管，防止出现刷完卡就离开工作岗位的现象。

图2 人脸识别门禁系统的基本工作原理

图书馆是学生主要活动的场所之一，通过人脸识别技术和门禁技术的结合，可以准确地掌握进入图书馆的人员动态，只有在学校系统注册过的人员才可以通行，持有别人校园卡的人将无法直接进入图书馆，保证了读者身份的有效性和数据的准确性。因此通过门禁系统获取的数据进行图书馆人员统计时，能准确获取出入图书馆学生的所在学院、专业、时间、次数和借阅信息等数据，为日后的图书馆研究奠定了良好的基础。

3.2 借阅系统

在传统图书馆借阅模式中，学生办理校园一卡通后，即可获得享有图书馆资源的权限，在借阅读书时，需要在磁卡器上放置校园卡确认借阅者身份，同时将所借的图书放置到红外线扫描设备上扫描书本条形码信息，才能确保图书借阅信息的准确性。如果将人脸识别技术和RFID技术相结合，RFID技术保证了阅读器能自动同时读取多本图书信息，人脸识别技术保证了人员信息验证的正确性，读者可以直接“刷脸”借阅书籍，极大地减少了读者等待的时间，从根本上解决了重复劳动的问题。其基本工作原理如图3所示。

图3 人脸识别技术和RFID技术相结合的借阅系统工作原理

校园一卡通是学生进入图书馆和借阅书籍的凭证，只限于本人使用，学生必须保管好借阅证，如果丢失甚至被盗用，容易被未知人员非法使用，会造成不必要的损失[16]。人脸识别技术可以有效地避免防范不及时，减少图书馆书籍的丢失率，不明人员也不能随意进出图书馆。在保证人员信息准确性的基础上，在进行文献阅读率的相关研究时，可以围绕借阅人员的专业、年级、性别和频次等信息进行分析，由此不仅可以根据学生的文献利用情况，为其提供个性化的定向服务，还可以为图书馆采购部门提供建议。

3.3 座位管理系统

现代图书馆不仅为学生提供文献资料、网络资源，更是同学们自习的重要场所之一，由于图书馆的自习环境相对于普通自习教室更加优越，但资源有限导致图书馆的座位越来越短缺，经常出现图书馆提供的座位数量与学生需求之间不匹配现象。

目前国内许多高校开始运用微信公众平台提供在线预约座位的服务[17]，并具有现场刷卡确认和取消座位的功能，但是实时监测模块还有待提高，它是保证座位得到充分利用的有力保证。国内各大高校使用了适合自身的方法进行图书馆的座位监管，主要方法有：（1）基于硬件的监管方法。主要是通过传感器实时监控学生是否在座位上，例如使用单片机和红外接近开关相结合的监控管理系统来减少图书馆乱占座的现象[18]，通过座位下压力数值来分辨使用状态的座位管理系统防止他人抢座或帮忙占座现象[19]，结合GIS与图书馆座位系统有效解决占座不合理现象[20]。虽然可以完全实现自动化管理，但是硬件初始成本和后续维护成本极高，对技术水平的要求也比较高。（2）基于软件的监管方法。主要是通过使用根据自身要求构建的图书馆座位管理系统来实现部分自动化管理，但是仍然需要馆员定时巡查来提高利用率。该方法适应性高，技术成本低，但是管理成本高，增加了馆员的工作量。（3）基于软硬件结合的管理方法。随着技术的不断发展，两者相结合成为了主要趋势，并且在此基础上还可以进行不断优化。

将人脸结合技术运用在座位管理系统中在国内并不多见，徐海东[21]曾在苏州大学图书馆座位管理系统的基础上，设计了引入人脸识别模块的新型管理系统；张敏[17]在辽宁大学图书馆已有系统的基础上构建了微环境下通过人脸识别技术优化的入馆选座系统。在自习区域设置人脸识别器，杜绝一人通过刷多张校园卡占据多位，将接收到的人脸与预约信息或后台学生数据库进行比对，匹配成功才可进入自习教室。同时将视频监控功能与人脸识别系统相结合，在监控中对进出人员进行身份识别和座位使用情况识别，以保证座位的高利用率。

4 结语

综上所述，笔者提出将门禁系统、座位系统和借阅管理系统与人脸识别系统相结合的设想，给学生的校园学习生活带来便利，为图书馆的基本工作提供了一定保障，确保学生和馆员的人身安全和财物安全，也确保了图书馆内重要文献资料的完整保存，同时也提高了图书馆的运行效率，实现图书馆半自动化管理，具有成本低、维护方便、实用性高的优势，相信随着图书馆功能越来越丰富，在后续发展中将会引入更多的先进技术，进一步提升图书馆的人性化。