基于无线网络的人脸识别门禁系统设计与实现

陈保国

（南京铁道职业技术学院，江苏 南京 210031）

1 人脸识别门禁系统的发展现状

人脸识别是一种基于人脸信息的生物识别技术，可使用照相机或摄像头收集包含人脸的照片或视频，自动检测并跟踪图像中的人脸[1]，然后对检测到的人脸进行识别，也称为人像识别和面部识别。基本识别过程包括4个步骤：图像获取和人脸图像的预处理、人脸的检测和分离、面部特征提取以及人脸图像的匹配和识别。相对于指纹识别等其他的生物学识别方式，人脸识别具有识别过程自然、无障碍、高效便捷等优势，但同时也存在一些问题，即识别过程容易受到其他因素的干扰，如人脸识别过程普遍易受摄像头采集图片质量好坏的影响[2]。

如何实现无线网络下人脸识别的门禁系统是当今研究人员的重要研究热点课题。本文提出在现有人脸识别访问控制系统的无线网络中，通过在主服务器中添加人脸识别控制的客户端控制模式，再编写一套简洁、有效的管理系统界面来管理注册用户和配置访问控制，以实现访问控制系统的全面智能。该方案有望解决无线网络下人脸识别门禁系统的设计与实现[3]。

2 无线网络的人脸识别门禁系统分析建模

2.1 用户访问人脸识别门禁系统

注册用户使用其面部特征登录并访问各个门禁控制系统[4]，当每个访问控制系统检测到用户打算登录时，首先将系统采集到的人脸信息与访问控制站的用户个人资料进行匹配，如匹配成功，即表示该人脸获得相应的门禁权限，门将被自动打开，反之亦反，具体如图1所示。

图1 用户访问人脸识别门禁系统

2.2 管理员管理人脸识别门禁系统

管理员对于无线网络下人脸识别门禁系统的操作顺序首先是登录系统，管理员用户必须首先登录服务器以执行后续操作，例如：查看或处理用户数据、获取相应门禁权限信息和分组信息、注册新用户；对用户信息进行管理，包括更改或者删除用户基本信息；可以配置无线网络功能以保持与用户之间建立无线网络连接关系，通过建立这种关系可以实现将无线网络下的云端数据发送到客户端的功能，由此达到将独个配置文件发送到不同的客户端的目的，具体如图2所示。

图2 管理员允许用户进行的操作示意

2.3 无线网络人脸识别门禁系统的设计内容与结构

无线网络人脸识别门禁系统的设计内容主要指的是系统数据，系统数据主要包括用户数据和访问控制数据。用户数据包括用户名、用户索引、用户分组和用户权限。门禁系统的访问控制信息包括访问控制的名称、访问控制的地址和所有用户的访问控制权限等。门禁系统的用户索引用于对有关用户面部特征的信息进行引导，并且在访问控制数据中将面部信息传达给所有访问控制用户。

无线网络人脸识别门禁系统的设计总体功能结构一般包括以下几个部分：服务器控制台、访问控制系统客户终端、无线网络通信模块、人脸识别模块和门禁访问控制终端。无线网络人脸识别门禁系统的服务端的功能结构包括以下几个部分：管理员登录界面、系统功能区界面、用户分组结构管理界面、用户基本信息显示界面和用户拥有的所有门禁访问控制界面。其功能界面包括：用户的添加、门禁访问控制的添加、无线网络创建与配置以及发送数据。

3 无线网络人脸识别门禁系统性能需求

无线网络人脸识别系统应当具备以下性能要求。

3.1 正确性需求

在将用户信息添加到数据库时，管理员应当对用户提供的人脸信息进行充分核对以确保用户信息的准确性，并且保证所采集人脸图像信息符合系统条件。管理员登录系统后，基于无线网络的人脸识别门禁系统必须能够正确读取各类信息，具体包括用户的基本个人信息、授权信息以及人脸特征信息，确保可以正确执行所有操作。

3.2 安全性需求

系统需根据管理员提供的正确用户名与密码才能允许其登录系统。用户通过上传自身人脸特征信息并将其发送至客户端，系统根据不同用户的权限信息进行自动筛选与匹配，从而获取相应的门禁权限，进而打开相应的门。为了防止用户未经允许打开不应打开的门（未获取相应的门禁权限），系统必须在设计过程中确保服务器和客户端的安全性，例如身份安全性和通信安全性。

3.3 界面需求

系统对运行界面的窗口布局要求简单明了。系统应当以简单色调为主，且不应过于烦琐。每个模块均被智能地划分，每个窗口的主题样式都应当大体相同。同时，它是使用WPF开发技术开发的，便于用户使用。界面设计必须遵循以下规则：界面必须一致，必须遵循Microsoft Windows API的概念，并根据规范提供简单的错误处理方案进行自动处理；能够及时提供各种反馈信息，以此实时提醒用户系统的当前运行状态。例如，系统当前处于网络环境如何？当前摄像机读取状态是否稳定？当前各门禁的数据和访问控制信息情况具体怎么样？另外，用户如果不小心误传了相关信息，其可以在系统中撤销不当操作等。

3.4 时间特殊性需求与稳定性需求

3.4.1 时间特殊性需求

当新用户被管理员添加到系统中时，系统管理员需要及时处理用户的人脸信息，并及时将用户的数据和面部信息输入系统数据库内部。

3.4.2 稳定性需求

基于无线网络人脸识别门禁系统一旦启动后，客户端需满足24小时持续工作运行状态。如果出现随机问题，用户可以通过重新启动设备解决；服务器端则须确保服务器软件随时控制开关软件的状态。

3.5 扩展性需求

基于无线网络的人脸识别门禁系统应当支持一定的扩展功能，例如：门禁访问控制节点的添加、用户和其他功能操作模块的添加等方面内容，并能够充分保障系统具备足够的兼容性，以此满足更高的要求。

4 结语

本文对基于无线网络的人脸识别门禁系统的理论进行了分析和探讨，分别对无线网络的人脸识别门禁系统的发展现状、系统分析建模、系统性能需求三方面展开介绍。在发展现状中，本文提出了人脸识别存在的系列问题，还对基于无线网络的门禁系统做出了功能描述；在对系统进行分析和建模时，本文介绍了用户、管理员对于系统的操作流程，并对本系统的设计内容与功能结构开展了分析；在系统性能需求分析中，本文对该系统的正确性需求、安全性需求、界面需求、时间特殊性需求、稳定性需求和扩展性需求进行了详细的叙述。本文通过充分论证得出以下结论，一是该系统的设计与实现具有较为充分的可行性、可操作性、可扩展性。二是本文的理论分析能够为未来无线网络下的人脸识别门禁系统的设计与实现提供理论指导。