人脸识别在智慧图书馆中的应用研究

袁枭?王玉祥

摘  要：随着人脸识别算法性能的提升和人脸识别技术的成熟，越来越多的图书馆开始探索针对图书馆智能化需求的人脸识别应用。文章利用MTCNN和FaceNet网络模型搭建人脸识别平台，将人脸识别并与图书馆门禁系统、自助借还书系统等关键业务相结合，建设人脸识别智慧图书馆业务管理系统，从业务和服务层面提升图书馆的智慧化水平。

关键词：人脸识别;智慧图书馆;门禁系统;图书借还系统

中图分类号：TP273.4         文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）06-0035-03

Research on the Application of Face Recognition in Smart Library

YUAN Xiao1， WANG Yuxiang2

（1.College of Computer Science and Technology， Qingdao University， Qingdao  266071， China; 2.Hefei Preschool Education College， Hefei  230013， China）

Abstract： With the development of face recognition algorithm performance and the maturity of face recognition technology， more and more libraries begin to explore face recognition applications for the needs of library intelligence. This paper uses MTCNN and FaceNet network model to build a face recognition platform， and combines face recognition with key business such as library access control system， automated book borrowing and returning system， builds a business management system of face recognition smart library， and improves the intelligence level of the library from the business and service aspects.

Keywords： face recognition; smart library; access control system; book borrowing and returning system

0  引  言

人工智能技术引领智慧图书馆的建设热潮，人脸识别技术作为人工智能的典型应用，成为智慧图书馆建设的强劲助推力。将人脸识别技术在图书馆应用于“人”的智能感知，解决图书馆面临的读者出入管控难度大;读者考勤统计困难;使用各类门禁设备管理时，人工授权过程复杂;图书馆楼宇内安防措施不够健全等问题。通过对学校图书馆人脸识别系统的建设，实现取代一卡通和借书证实现刷脸办理各项业务，极大地增强服务的智能性，提升用户体验。人脸识别方便友好、易于接受、不易伪造，其普遍性、可采集性与被采集者的可接受性较高的特点，使人脸识别技术已经开始走入普通生活[1]。

人脸识别技术在国内图书馆开始逐步被探索使用。张静端[2]介绍了一种基于人脸识别的图书馆门禁系统的组成结构、工作原理和软件设计，中国计量大学图书馆基于百度人工智能开放平台的人脸识别云接口自主开发了一套人脸识别门禁系统[3]，杭州电子科技大学也将刷脸借还、刷脸出入、自修室预约等功能纳入智慧化图书馆的建设中。智慧图书馆将会是图书馆未来发展的方向，人脸识别作为其中一项关键技术，将会在智慧图书馆的建设过程中扮演重要角色。搭建图书馆的人脸识别平台，将人脸识别平台与图书馆自助借还系统、门禁系统等相结合，建设基于人脸识别的智慧图书馆综合管理系统，包括人员管理、设备管理、通行管理，实现刷脸入馆、刷脸借书、刷脸登记等功能将会助力实现智慧化管理，为图书馆和读者创造更多价值。

1  主要研究内容

针对图书馆在智慧化服务的重要环节进行设计，在阅览室出入口架设摄像头、利用网络软硬件设备，搭建在图书馆人脸识别平台，实现人脸识别。同时，结合校园一卡通、图书馆门禁及自助借还机设备等硬件设备，对门禁系统和RFID自助借还系统进行改造升级，构建一套基于人脸识别的智慧图书馆综合管理系统。通过升级改造，将人脸识别融入图书馆关键业务应用中，从“刷脸入馆”开始，到刷脸借还图书，将图书馆服务逐步向“全程刷脸”形式转变，为广大师生提供更便捷的服务，为图书馆提供更智能化的管理方式。

1.1  人脸识别平台

本文介绍神经网络方法中基于MTCNN与FaceNet构建的人脸识别方法。利用MTCNN进行人脸检测，然后再利用FaceNet进行人脸识别，在FaceNet网络中，已经提供了用于人脸检测的MTCNN接口。

FaceNet可简单看成是提取人脸特征的CNN网络，这个特征就是Embedding，将人脸特征Embedding与数据库人脸特征进行相似性比较，即可完成人脸识别。整个过程为：

（1）通过MTCNN人脸检测模型，从照片中提取人脸图像。MTCNN又称多任务卷积神经网络，该神经网络将人脸区域检测与人脸关键点检測放在了一起。EFB272EF-8775-48AC-B89E-80E4BBE9551B

（2）把人臉图像输入到FaceNet，计算Embedding的特征向量。FaceNet的网络接收输入的人脸图像训练数据，通过深度卷积神经网络，进一步归一化处理，得到人脸图像的特征（Embedding），最后为三元组的损失函数。

（3）比较特征向量间的欧式距离：通过比较特征向量间的欧式距离判断是否为同一人，例如当特征距离小于某一特定阈值时候认为是同一个人，特征距离大于该阈值的时候认为是不同人。

人脸识别流程和结果分别如图1、图2所示。

智慧化图书馆系统由图书馆前端人脸识别设备、人脸识别系统软件和第三方业务平台三部分组成。应用功能包括人员信息管理、照片采集、数据统计、人脸库对外赋能，如表1所示。

人员管理功能主要包括分组管理、人员信息管理、权限管理等功能，可以对读者基本信息进行管理，包括增加、删除、修改和查询，还支持批量导入和逐条录入方式进行人员信息添加。人脸库数据获取（人员基础信息同步和人脸照片采集）需要通过人脸库数据关联管理，在人脸库和图书馆中心数据库之间设立中间库，通过数据抽取工具设置相应的转换规则，实现人脸库和图书馆系统数据同步人员基础信息的功能。中间库按图书馆提供数据标准建设，同步过程支持筛选字段进行同步，支持全量同步和定时增量同步。

人脸库赋能业务系统。支持业务系统通过API的方式从人脸库识别系统调用数据，包括人员信息和照片数据，通过学工号和照片标签等字段获取对应的照片数据和人员信息。

1.2  人脸识别与门禁系统

与图书馆现行的一卡通刷卡身份验证相比人脸识别技术与门禁系统结合准确性更高，能够有效免丢卡后被冒用情况的发生。在进行人脸识别身份验证时，人脸不需要与终端设备进行接触，可以有效避免病毒或细菌的接触性传播，在当前常态化防疫的背景下具有更安全的更快的通行效率[4，5]。

用户进入门禁闸机的识别范围内，人脸识别摄像头会抓拍质量最好的一张人脸;人脸识别服务器将抓拍头像与人脸识别数据库中照片进行比对;即1：N的验证，如果信息能正确匹配，提示识别成功，开门;比对不一致，提示识别不一致，需要联系管理员进行处理。当人脸识别平台接收到门禁终端设备获取的人脸数据时，便提取出人脸特征，然后代入模型进行识别，门禁下位机根据人脸识别结果做出是否开门的动作，如图3所示。

人脸识别与门禁系统的识别端可配置为支持人脸识别的iPad屏幕，支持与门禁系统对接。以学工号为匹配原则，通过认证控制模块将用户识别端传来的数据进行身份审核，相关的认证结果通过标识符的方式返回给终端系统。闸机设备接收终端系统传递过来的指令，进行相应操作，并在显示屏上显示相应的处理结果。门禁系统获取的数据可为图书馆管理人员提供数据统计看板，展示数据概况。管理员可统计到馆数据、实时在馆人数和选定时间段人数情况，方便查询其负责区域的到馆人数，及时处理相关情况。

1.3  人脸识别与图书借还系统

图书馆现阶段已经实现了基于射频识别（RFID）技术的自助借还，将人脸识别运用到图书自助借还过程中，实现人脸识与现有一卡通自助借阅的两种借阅方式，将提供更高效的借阅效率，更安全便捷的借还体验。在读者人脸信息注册时，将读者借书卡号与读者人脸图像进行绑定，读者借书卡号和人脸图像都可作为唯一识别。在自助借还设备上加装高清摄像头，摄像头用于人脸图像采集。当读者触发人脸识别借书按键，摄像头采集人脸图片出给人脸识别系统，自助借阅程序并对通信端口进行监听，等待接收人脸识别系统返回的读者借阅卡号信息。人脸识别成功后，返回人脸对应的读者借阅卡号给图书馆借还系统，是进行后续借还操作，整体工作流程如图4所示。在这个过程中，图书馆自助借还系统与人脸识别并行，图书借还系统为主干业务，人脸识别系统作为图书馆自助借还系统的一种认证方式。

2  结  语

人脸识别在图书馆的应用实现了智能读者感知，实现读者身份自动识别、刷脸借阅图书。体现了以“为读者提供智慧服务”和实现“图书馆智慧管理”为目标，基于新一代信息技术和其他智慧化相关的设备，对图书馆所有知识的科学发现和有机地整合，使图书馆能够深刻感知外部服务环境、读者需求和服务模式的变化趋势，构建服务泛在化、功能智慧化、用户自主化的新型图书馆。

通过人脸识别技术的应用，从业务层面能够实现智慧化感知。图书馆不仅提供资源的服务，读者入馆阅览，通过人脸识别门禁改变了原始登记的方式，精准识别到人，提高了管理的精细度。人脸识别门禁系统的应用也极大地提升了用户和员工的体验。从服务层面使图书馆的服务发展得到充分提升，实现了便捷的智慧服务。图书馆可以构建起一个刷脸认证的技术手段，为读者提供了一个无障碍环境，便利了读者阅览，体现了开放办馆的了理念。

通过人脸识别系统平台的搭建和门禁系统、RFID自助借还系统升级改造，实现了读者到馆频次、到馆时间、借阅数据的准确记录，便于图书馆进行大数据分析，后续开展信息推送，为读者提供个性化的服务。人脸识别系统的搭建克服了目前图书馆单一认证方式的局限性，简化了图书馆的业务流程，提升了管理效率。人脸识别技术在图书馆的应用，提升了馆舍智能化水平，提高了资源的使用效率，推动了智慧图书馆的发展。

参考文献：

[1] 冯瑛.基于时空缓存数据库的医院图书馆人脸识别应用研究 [J].电气自动化，2021，43（06）：111-114.

[2] 张静端.基于人脸识别技术的图书馆门禁系统的研究 [J].现代电子技术，2016，39（18）：99-103.

[3] 周东，施芒.图书馆自行开发人脸识别应用系统的实践与思考——以中国计量大学图书馆为例 [J].图书馆工作与研究，2020（1）：80-87.

[4] 赵继海.若干前沿信息技术的发展及其对图书馆的影响 [J].图书馆研究与工作，2015（1）：2-6.

[5] 胡娟.人脸识别技术在高校智慧校园管理中的应用现状 [J].电脑知识与技术，2021，17（18）：6-8.

作者简介：袁枭（1992.03—），男，汉族，山东临沂人，硕士研究生在读，研究方向：智慧图书馆建设;王玉祥（1987.02—），男，汉族，安徽合肥人，助教，硕士研究生，研究方向：智慧图书馆建设。

收稿日期：2022-02-09EFB272EF-8775-48AC-B89E-80E4BBE9551B