人脸识别技术在医院门禁系统中的应用

2020-11-26 12:30:21刘从会王梓名
无线互联科技 2020年10期
关键词:门禁系统人脸识别人脸

刘从会,王梓名

(四川大学华西第二医院,四川 成都 610041)

将人脸识别技术应用于门禁系统进行医院人员的准入管理工作,使得医务工作人员可以直接刷脸认证,实现了高安全、高速度、高防伪的门禁管理。

1 需求分析

(1)医院卡门禁系统的不足:采用传统的射频识别技术,将门禁权限信息与职工工牌卡进行一对一关联,但忘记带卡造成无法开门或遗失卡造成非授权人员进入授权区域的情况时有发生,不仅影响医护人员工作的正常开展,还存在一定的安全隐患。与此同时,门禁卡信息易于拷贝,存在信息被非法读取和恶意篡改的风险,例如手机近场通信(Near Field Communication,NFC)功能可以直接复制卡门禁的权限信息。更重要的是卡门禁系统用于授权认证的物理介质是射频卡,读写距离近[1],实际使用时无法避免完全无接触,是引起医院感染的潜在因素和导致医源性感染的重要媒介。调查研究表明,医院门禁系统微生物污染率高达85.53%[2],因此,无法满足医院的感染防控要求,特别是2019年年底新冠肺炎疫情以来,医院作为人流易聚集地,院感防控形势极为严峻,亟需更加安全、便捷的门禁认证方式。

(2)人脸识别技术的优势:首先,与其他身体特征相比,人脸特征不容易被遗忘和窃取,人脸识别具有非接触性和稳定性[3]。人脸识别技术采集到的用户面部生物特征,具有高度的防伪性,为实现用户身份安全、准确识别提供了重要的技术保证。其次,人脸识别不需依靠其他物理介质,用户信息的识别完全和设备无直接接触,减少了接触式感染的风险,满足医院感染防控的要求,具有更高的安全系数。最后,在实践中,前期将二维人脸识别应用于门禁系统的试点取得了很好的效果,且三维人脸识别技术运用于精子库的志愿者身份认证也有了一定的经验积累,因此在此次疫情期间,将三维人脸识别技术运用于门禁系统,满足不摘口罩就能精准识别用户信息的“防疫精准管控”要求。总之,利用高精度、高识别率、高防伪的三维人脸识别终端进行医院门禁管理,在提高安全性的同时,可以为医护人员的工作带来更佳的便捷性。

2 系统设计及实现

根据门禁系统安全性和高效率管理的需求,医院门禁系统的设计应遵循实用性、稳定性、安全性、可扩展性、易维护性、灵活性等原则[4]。因而此次设计部署的三维人脸识别门禁系统,充分利用当前的卡门禁系统,并将其作为基础架构支撑,在保留原有卡门禁认证方式的基础上,将前期部署的人脸识别中央服务器进行利用,并加入人脸比对人工智能(Artificial Intelligence,AI)算法服务器和三维人脸识别终端,只需将新增的服务器和识别终端接入医院网络进行简单调试,即可完成系统部署,为医院门禁系统加入了新的更加安全、便捷的认证方式。

三维人脸识别门禁系统采用的识别终端将面部信息的点云数量提升到了5~8万个,能够以小于等于0.2 mm的精度构建出用户的面部结构信息,特别是眼周数据的采集,为医护人员不摘口罩也可以精准被识别提供了技术支撑。此外人脸比对AI算法服务器通过立体建模的方式对用户面部信息进行动态分析,相较于之前二维人脸识别单一以被检测人员的面部纹理作为识别依据,实现了更加精准的人脸识别,具有更高的防伪性。

2.1 系统架构

三维人脸识别门禁系统主要由人脸识别中央服务器、人脸比对AI算法服务器、三维人脸识别终端和门禁控制器4个部分组成。服务器、门禁控制器、人脸识别终端之间的连接方式采用传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol / Internet Protocol,TCP/IP)的网络通信模式,通过医院局域网实现通信。

2.2 系统功能

(1)人脸识别中央服务器:作为三维人脸识别门禁系统的权限中心,同时也是人脸特征库的中心。作为权限中心时,一方面,负责从现有卡门禁服务器获取当前卡门禁系统的设备点位和人员权限信息,并形成人脸识别的权限系统;另一方面,管理人脸识别门禁授权认证、记录门禁日志。作为人脸特征库中心时,负责向门禁控制器发送人脸识别系统的门禁控制信息。

(2)人脸比对AI算法服务器:周期性地从权限中心和人脸特征库同步该设备接入的三维人脸识别终端所在楼层的卡门禁点位及其授权的人脸特征数据。

(3)三维人脸识别终端:获取和识别人脸信息,向人脸比对AI算法服务器发送比对请求,并反馈比对结果。

(4)门禁控制器:控制门禁电开关上电与下电。

2.3 系统实现

该系统功能实现主要有两个层面:授权与认证。其中,授权又包括外部系统授权,即三维人脸识别门禁系统向卡门禁服务器请求用户信息授权及向门禁控制器发送的控制授权;内部系统授权,即人脸识别终端的用户授权。

(1)授权功能的实现:首先,人脸识别中央服务器通过定期获取卡门禁服务器的门禁点位及人员权限信息后,形成人脸识别门禁系统的门禁授权库。其次,通过三维人脸识别终端录入人脸特征数据,人脸比对AI算法服务器接收到终端人脸特征数据后将特征数据信息发送至人脸识别中央服务器,并和人脸识别的门禁授权库进行匹配,形成人脸识别系统库。

(2)认证功能的实现:首先,当三维人脸识别终端识别到用户的人脸信息后会向人脸比对AI算法服务器发送对比请求。其次,由人脸比对AI算法服务器将终端采集到的人脸数据进行特征提取处理,处理完成后编入人脸识别系统库,并将比对后的结果反馈回终端。最后,如果识别结果反馈用户有此门禁的权限,中央服务器将根据人脸识别系统库中的用户门禁授权,向控制器发送相应的开门请求,完成开门动作。

2.4 用户注册

系统通过超级管理员为每个业务科室分配相应的科室管理员,科室管理员登录识别终端后对需要进行人脸识别的用户进行注册,注册有以下5个步骤:

(1)审核。管理员在三维人脸识别终端登录,录入待注册用户的工号,完成注册的审核认证。(2)刷脸。待注册用户免冠站立在终端前0.5~1.0 m进行面部扫描。(3)抓拍。人脸客户端扫描到人脸后,对人脸进行抓拍。(4)挑选:系统将抓拍到的人员面部信息进行初步的评分,评分最符合系统要求的人脸数据信息将作为此用户人脸识别认证信息。(5)验证。用户二次刷脸,进行初次比对验证,如果验证失败,则注册失败,需要进行二次注册;验证成功,则完成用户注册。

2.5 系统现状分析

该院锦江院区卡门禁系统刷卡点位800余个,日均刷卡次数12 000余次,门禁使用需求量大。本次三维人脸识别门禁系统实施部署终端140余个,点位覆盖了该院锦江院区急诊、产科、妇科、新生儿及部分医技及行政办公区的医护办公通道,目前,已经能够满足超过25%的门禁识别认证需求,实现了医务人员的刷脸自动开门,在疫情时期,能够有效减少医务人员因使用门禁卡可能带来的接触性感染风险,大大提高了安全性。此系统还解决了戴口罩人脸识别问题,医务人员即使佩戴口罩,也能实现精确的人脸识别,进出各权限范围内的通道时畅通无阻,大大提高了便捷性。三维人脸识别门禁系统通过采集创建人脸大数据库,为今后的智慧医院建设提供了有力的基础数据支撑。

为了满足门禁系统安全性、易维护性、灵活性等要求,后期此系统的管理软件将实现以下功能:(1)后台设备管理,能够查看设备详细信息并完成后台重启。(2)通行记录查询导出,内容包括通行人员的基本信息、通行点位、通行时间、通行认证照片,并且可以根据人员基本信息中的部分条件筛选导出记录表单。(3)注册信息查询预览,包括注册照片、注册终端点位、注册时间、注册管理员、关联的卡信息、用户状态、切换视图为列表显示此类信息,查询可以根据工号、姓名进行检索。(4)数据同步设置,能够设置同步规则、选择同步字段如工号、姓名、科室、门禁卡号、职位及其他人员信息字段更新用户数据信息。(5)系统设置,超级管理员登录及修改密码、管理科室管理员信息,包括添加、删除、修改管理员用户,重置科室管理员密码。

3 结语

综上所述,三维人脸识别门禁系统的设计部署是必要的,但是部分问题还有待改进。本系统运用三维人脸识别技术,结合医院的现场场景以及疫情防控需求,实现了高精准、高安全的门禁认证,对减少医院公共区域交叉感染、提升医务人员工作效率有着显著成效。随着智慧医院的不断推进,人脸识别等新兴技术也将会在实际应用中不断发挥更加重要的作用。

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