基于人脸识别技术的高校图书馆门禁系统设计

朱 宁

(中国人民大学苏州校区 图书馆，江苏 苏州 215123)

0 引言

人脸识别技术，是指基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术，通常也称为人像识别、面部识别[1]。它是人工智能中的生物识别技术。相比于传统的一卡通刷卡身份验证和指纹识别验证，人脸识别技术主要有三点优势：第一是准确性极高且稳定[2]；第二是难被伪造，具有唯一性；第三是终端设备进行人脸识别身份验证时，不需要与终端设备接触，可以避免病毒或细菌的接触性传播，在当前背景下具有明显的实际价值。随着人脸识别技术的快速发展，将人脸识别技术应用于高校图书馆门禁系统身份识别的成本在降低。因此，建设基于人脸识别技术的高校图书馆门禁系统是很有必要的。

1 人脸识别门禁系统的工作原理

基于人脸识别技术的高校图书馆门禁系统是将人脸识别技术和图书馆门禁系统相结合，主要是将人脸识别作为门禁系统身份识别的方式。人脸识别图书馆门禁系统的工作原理主要是：安装了摄像装置的人脸识别终端采集脸部的图像或视频流，自动检测到人脸，再进行图像采集、定位、特征提取、特征比对[3]，达到识别不同读者身份的效果。如果提取的人脸特征与人脸数据库比对成功，读者身份识别就成功，各控制单元的入口由门禁控制器开启，读者可进入；如果经过比对人脸特征识别失败时，各控制单元的入口就不开启，读者不可进入。

2 基于人脸识别技术的高校图书馆门禁硬件系统

基于人脸识别技术的高校图书馆门禁硬件系统由门禁系统服务器、远程管理计算机、门禁控制器、人脸识别终端、出门按钮和通信网络等部分构成，如图1所示。

图1 基于人脸识别技术的高校图书馆门禁硬件系统

门禁系统服务器是门禁系统的核心，通过通信网络(TCP/IP)对人脸识别门禁系统各控制单元进行控制，系统管理员使用远程计算机通过通信网络管理门禁系统服务器。每个控制单元由图书馆入口、人脸识别终端、图书馆出口、出门按钮构成。人脸识别终端一般安装在图书馆入口处，安装高度与人的身高接近；出门按钮安装在出口附近，安装高度也近似人的身高。图书馆可以按照大门数量把整个区域划分成N个控制单元。

当读者从每个入口进入时，人脸识别终端对人脸进行特征提取，将数据上传至门禁控制器，门禁控制器通过TCP/IP网络与门禁系统服务器中的人脸数据库进行对比，当读者的脸部特征符合数据库中存储的信息时，入口自动开启，读者可以进入。当读者从出口离开时，按下出门按钮，则控制出口的继电器开启，出口打开，读者就可以离开。通常入口和出口为同一个门，只要在入门方向安装人脸识别终端，在出门方向安装出门按钮就可实现单门双向通行。远程管理计算机通过TCP/IP网络控制门禁系统服务器，实现系统的人脸数据库操作、人员进入图书馆记录查询统计、用户管理等操作。

3 基于人脸识别技术的高校图书馆门禁软件系统

基于人脸识别技术的高校图书馆门禁软件系统[4]主要包括系统模块和管理模块两部分，如图2所示。

图2 基于人脸识别技术的高校图书馆门禁软件系统

3.1 人脸识别门禁系统模块

系统模块主要有门禁监控、对读者脸部识别两个功能。

3.1.1 门禁监控

门禁监控模块主要是监控整个门禁系统的正常运行，可设置各个门禁控制器的通信参数，包括IP地址、网关、端口号。通过门禁监控模块还可以查看到成功通过各入口的读者相关信息，以及人脸识别验证成功或失败记录。如果有外接接口，还可以查看与外接接口的连接状态。这些功能可以确保整个门禁系统高效稳定运行。

3.1.2 对读者脸部识别

当有读者试图进入图书馆时，门禁系统将人脸识别终端采集到的压缩后的脸部图像或视频流通过网络上传到脸部识别模块，脸部识别模块对采集图像进行人脸定位、特征提取、特征比对等一系列生物识别处理，特征比对环节需要与人脸数据库进行交互，若与人脸数据库的人脸图像比对成功，将会关联到人脸图像所对应的学工号信息，同时生成一条入馆记录，并给人脸识别终端所在的门禁控制器发送开门消息。若比对失败，则不生成入馆记录，并且读者无法进馆。

对读者脸部识别可以在系统本地进行，也可以通过外接接口交由第三方平台处理，第三方平台人脸比对成功后将对应的信息返回给系统。

3.2 人脸识别门禁系统管理模块

管理模块主要有人脸数据库操作、入馆记录查询统计、用户管理三个功能，管理模块采用B/S结构，管理员使用远程计算机上的浏览器通过校园局域网访问门禁系统服务器，在登录界面输入用户名和密码后即可使用管理模块的功能。

3.2.1 人脸数据库操作

人脸数据库操作模块用于门禁系统管理员对人脸数据库的操作，包括批量或单条读者信息的导入、删除、修改、查询，读者信息包括用于人脸识别的脸部图像。人脸数据库可以部署在本地门禁系统服务器上，也可以采集读者脸部图像后交由实现脸部识别功能的第三方平台建库。

3.2.2 入馆记录查询统计

入馆记录查询统计模块用于门禁系统管理员设置相应的查询统计条件后，软件根据自动存储在服务器数据库中的入馆记录生成相应的报表，并可以从系统中导出。

3.2.3 用户管理

用户管理模块指系统管理员可以修改登录密码，可以查看、新增、删除登录管理模块的用户名和密码，以及设置各用户对人脸数据库操作和入馆记录查询统计两个模块的访问权限。

4 结语

作为人工智能技术之一的人脸识别技术被广泛应用是大势所趋[5]，图书馆将人脸识别技术应用于门禁系统建设，开创了人脸识别技术在图书馆应用的新局面。随着人脸识别技术的不断成熟，其可靠性和准确性将不断提升，部署成本也会不断下降，这将有利于人脸识别技术被广泛用于智慧图书馆的建设。除了人脸识别门禁产品，适用于图书馆的人脸识别设备还有人脸识别考勤机、动态人脸监控系统、人脸识别软件等[6]，人脸识别这样的人工智能技术应用于传统图书馆业务，必将打开智慧图书馆建设新的局面。