基于无线网络的人脸识别门禁系统的研究与实现*

吴 明

（无锡市旅游商贸高等职业技术学校,江苏 无锡 214000）

智能技术水平不断提升,已被推广应用于城市化建设的各个领域,在门禁系统设计中,也可应用智能化技术。人脸识别技术可被应用于门禁管理中,通过刷脸方式即可入户,避免了传统门禁卡的弊端。在门禁系统设计中,通过应用无线网络,能够替代传统的有线联网以及非联网门禁系统,通过选择适宜的无线网络传感器设计人脸识别系统,能够有效减少门禁系统安装工作量,同时降低产品应用成本,提高管理便捷性。因此,亟需对基于无线网络的人脸识别门禁系统设计和实现方式进行深入研究。

1 人脸识别门禁系统的识别方式

1.1 密码门禁

用户对出入门禁系统设定密码,在出入门禁系统时,通过输入预先设定的密码,即可完成验证。出入门禁系统键盘类型主要有两种,即机械键盘以及屏幕键盘。与机械键盘相比,屏幕键盘具有乱序键盘功能,虽然应用成本比较高,但是智能性强,可根据实际需要更改顺序,不法分子不能通过指纹痕迹盗取密码,因此,安全性比较高。

1.2 卡片门禁

卡片门禁可利用磁卡、近场通讯等形式确定卡片密钥,根据密钥对用户进行验证分析,判断是否能够打开门禁。第一,磁卡。在门禁系统中,磁卡的应用比较常见,成本较低,但在受到强磁体影响后容易发生磁化,导致卡片无法打开门禁；第二,射频卡。射频卡无需表面接触即可完成数据交换,射频卡中的数据可保存较长时间,能够保证数据安全性,同时还可实现双向控制。

1.3 生物识别

在生物识别技术的实际应用中,需对人或者动物表面的生物特性进行分析,据此识别,生物特性识别方式主要有以下几种类型：第一,指纹识别。人手指指纹具有独特性,通过将其应用于门禁识别中,方便快捷,并且安全性高。但是,如果指纹有水、灰尘等物质影响,也会造成识别时间延长,或者识别失败；第二,虹膜识别。虹膜识别方式可利用人眼球虹膜进行识别,虹膜特征复杂,具有唯一性特征。虹膜识别方式的应用优势在于识别过程可靠性高,用户使用方式便捷,但是图像获取设备的应用成本高,并且虹膜识别算法复杂,因此很难得到推广应用[1]。

1.4 人脸识别

所有人的脸部都具有唯一性特征,在人脸识别技术的实际应用中,需对人脸部的关键特征进行识别和分析,据此完成身份验证。首先,摄影机拍摄人脸图像,对人脸进行自动化检测,然后再对图像进行预处理、检测,据此提取出图像中的关键特征,并完成人脸识别。在人脸识别技术的实际应用中,不仅识别方式快速便捷,而且不会受到障碍物影响,但是识别过程比较复杂。

2 无线网络在人脸识别门禁系统中的应用优势

随着科学技术的快速发展,身份验证方式不断增多,生物识别方式的应用比较常见。在生物识别方式中,人脸识别方式快速便捷,用户在使用门禁系统时,能够实现无障碍验证,因此,与其他生物识别方式相比具有独特性。

人脸识别技术涉及多个领域,包括模式识别、图像处理、机器视觉等,在实际应用中,通过采用摄像头即可捕捉人脸图像信息,再利用计算机技术对所采集的人脸图像进行全面细致的分析,并与计算机中所存储的图像进行对比,在细节对比完成后,如果图像匹配,则可获得识别结果。

通过将无线网络技术应用于人脸识别门禁系统设计中,能够提升门禁系统智能化水平,对企业、单位、家庭、实验室等门禁进行智能化管理,拓展门禁系统的应用功能,同时为用户提供便捷,进而满足用户个性化需要[2]。

3 基于无线网络的人脸识别门禁系统架构设计

3.1 系统的体系架构设计

基于无线网络的人脸识别门禁系统是由两个模块组成的,第一,从机模块；第二,控制中心模块,在两个模块之间,可应用无线通信连接形式。在系统实际运行过程中,主机摄像头模块的作用是采集数据,以系统中注册的人员作为依据,将所有子节点组合成为多个训练集,对于所有训练集,可传输至各个子节点,在系统运行过程中,子节点可将训练集作为依据,据此进行人脸识别。从机首先采集人脸信息数据,再与从机中所存储的训练集进行比较,当完全匹配后,即可自动化开启门锁。基于无线网络的人脸识别门禁系统硬件结构形式如图1所示。

图1 系统结构图

（1）主节点设计。在该系统中,只有一个主节点可作为无线网络节点纽带,对整个系统通信连接进行统筹管理。另外,在识别人脸特征信息后,服务器即可将特征信息发送至各个子节点中,其能够根据人脸特征信息对人脸进行识别验证。

（2）子节点设计。在该系统中,子节点的数量比较多,在各个节点之间没有干扰因素,并且扩展性优势明显。子节点能够完成人脸特征信息采集,同时还具有门禁开关控制功能,在子节点与主节点之间,可利用无线网连接方式。子节点在控制中心作用下,即可获得人脸训练集,并进行比较分析完成人脸信息匹配,控制门禁开关[3]。

3.2 基于WPF平台交互式服务端设计

在创建服务端交互平台时,要求界面操作方式便捷,如果应用MFC平台Windows应用程序,则界面不友好,并且UI单调,另外,微软官方已不负责对MFC平台进行维护,因此,不可应用MFC平台。WPF为一种新型软件开发技术类型,针对媒体、用户界面和各类文档,均能够提供相同的描述方式以及操作形式,并且界面友好,随着网络技术的快速发展,互联网桌面应用程序界面封装库不断增多,应用方式快速便捷。在WPF开发平台中,程序人员与设计人员之间合理分工,例如,在美工设计中,可应用ExpressionStudio,界面具有可视化特征,而程序开发技术人员通过利用可视化文件,即可直接套用至开发环境中。在2D绘图、可视化界面设计方面,WPF均能够提供像素坐标,便于进行应用程序开发,因此,可采用WPF进行设计。在利用WPF开发应用程序时,需采用C#语言,与C语言相比应用效率比较低。在本次研究中,需应用人脸识别算法,对于运行效率的要求比较高,因此,可采用DLL动态链接库,对于人脸识别算法,可应用C语言编制DLL动态链接库,然后在WPF中与DLL动态链接库进行连接[4]。

3.3 基于Linux+QT+OpenCV平台的嵌入式客户端设计

由于系统具备图像处理功能,因此对于嵌入式平台硬件的要求比较高,对此,可采用ArmA8进行处理,同时将Tiny210学习板作为本嵌入式客户端。对于操作系统,可选择Android、WindowsCE或者Linux,在Android的实际应用中,要求采用虚拟机,但是如果程序运行效率比较高,则速度较慢,虽然已退出NDK,但是经过测试分析稳定性比较差。另外,WindowsCE系统能够与Windows进行有效衔接,但是在人脸识别系统的实际应用中,需采用OpenCV库,而二者适配性比较差。相比而言,Linux系统与OpnCV之间具有良好的适配性,二者均为底层系统,不仅运行效率高,而且开发性较强。因此,在人脸识别系统设计中,应用OpnCV系统。最后,在UI方面,OpenCV和QT4之间的兼容性好,并且其在Linux系统中的稳定性更高,因此,可应用QT4[5]。

3.4 系统安全设计

（1）特征信息传输安全。对于特征信息,如果采用明文传输形式,则信息容易被盗取,或者被篡改,无法保证门禁系统安全可靠。对此,在系统特征信息的传输过程中,需应用加密算法,根据本系统设计要求,可应用AES对称加密算法。在AES算法的实际应用中,需将排列运算和置换运算作为基础,在排列运算方式的应用中,要求妥善处理各类数据,而在置换运算方式的应用中,要求将一个数据单元提出按至其他数据单元中。在AES算法的实际应用中,需采用多种方式执行排列运算以及置换运算。AES算法为迭代的、对称密钥分组的密码,可应用128位、192位或256位密钥,同时还可采用128位分组形式对数据进行加密处理或者解密处理。在本次研究中,为了提升系统应用性能,采用128位加密密钥。

（2）本地文件安全校验。在获得特征信息文件后,需将其保存至本地文件系统中,因此,必须保证本地文件安全性。为了保证门禁系统应用安全性,应注意避免修改文件,对于所有文件,采用MD5验证方式,当验证成功后,即可进行文件加载,但是,如果MD5验证失败,则应该通过服务器重新获取文件,然后再完成文件加载。

在对基于无线网络的人脸识别门禁系统进行设计时,首先对系统架构进行设计,对整个架构的科学性和合理性进行分析,然后再进行WPF平台交互式服务端设计、Linux+QT+OpenCV平台的嵌入式平台设计,最后完成系统安全性设计,能够有效保证系统使用性能和安全性。

4 基于无线网络的人脸识别门禁系统架构实现

4.1 基于WPF平台服务器交互系统实现

（1）主界面实现。用户首先在系统界面输入用户名以及密码,即可进入系统,在后台完成逻辑验证。系统主界面是由用户基本信息区、用户分组信息区、用户权限信息区以及功能区组成的。其中,用户基本信息区是由用户姓名、头像、分组以及索引组成的；用户分组信息区为树形结构,包含所有用户以及用户分组的名称,在各个分组中包含所有用户成员；用户权限信息区中包括门禁按钮以及滚动条；另外,功能区可提供4个按钮,通过选择不同按钮,即可进入其对应的窗口。

（2）添加用户实现。首先选择系统功能区以及添加用户按钮,界面中能够显示出添加用户的窗口,在添加用户时,找出用户姓名和分组,选择添加用户按钮,根据程序完成新用户添加。采用C语言所编制的DLL初始化摄像头完成用户人脸拍摄,然后与系统中的数据进行比较,判断是否已存储,如果没有找到目录,则需新建,在人脸信息采集完成后保存。

（3）网络配置界面实现。通过无线配置窗口,即可获取子网掩码、SSID以及IP地址,并与无线网进行连接,最后设置IP信息。

（4）增加门禁实现。在系统设计和实现中,可添加门禁功能,还需增加门禁嵌入式端,在具体的添加过程中,只需调整名称以及IP地址。

（5）发送数据。不同用户在数据发送中的权限有所不同,因此,需根据用户类型配置不同的文件,然后再发送至不同的门禁客户端中,在数据发送过程中,界面可显示状态文字以及传输进度条。

4.2 嵌入式门禁客户端实现

在嵌入式门禁客户端的实现过程中,需创建Linux+QT+Opencv软件环境。系统主界面是由门禁名称、无线网络状态、连接无线、人脸显示、摄像头显示、关闭摄像头、打开摄像头、结果显示以及连接无线网组成的。

系统后台可与无线网络进行连接,在本次研究中,将无线网络应用于人脸识别系统设计中,因此,可利用无线网络技术进行连接。开发板系统中包含无线网连接程序,在具体的设计和实现过程中,无需单独编制程序,可直接利用无线网连接程序,并完成无线网连接。其次,采用摄像头采集数据,并将所采集的数据存储至VideoDevice类,并完成代码模块化。当数据采集完成后,可将数据转变为QIamge类型,然后再进行检测,并存储至FaceDetect类。在系统的实际应用中,在获得人脸数据并识别完成后,即可打开门禁。

5 结束语

近年来,智慧城市建设速度不断加快,在智能家电、物流管理以及智能门禁中,均推广应用无线网络技术,能够有效提高各类设备系统应用便捷性。在门禁系统中,人脸识别方式应用优势明显,因此,在门禁系统的设计和应用中,应积极推广应用无线网络技术。对此,本文对无线网在人脸识别系统设计和应用中的应用方式进行了详细探究,在该系统设计中,可利用WPF平台创建用户服务管理系统,对所有门禁端进行有效控制,在数据传输方面,可利用服务器、客户端以及无线网,在数据采集完成后,数据运算方式快速便捷。在该系统设计中应用DLL链接人脸训练算法,能够有效缓解运算压力,另外,嵌入式端基于Linux系统,能够为人脸识别提高稳定、高效的运行平台。