尹晨達(dá)

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)安全防衛(wèi)設(shè)備日益受到人們的重視，人們不在滿足于傳統(tǒng)的安全防衛(wèi)系統(tǒng)，而生物特征識(shí)別技術(shù)如今已取得巨大的發(fā)展，尤其近年來嵌入式以及人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展更加迅速。目前大多數(shù)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)是基于 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)的，這具有體積大、成本高的缺點(diǎn)，不利于在一些場合使用。但是隨著嵌入式技術(shù)日新月異的發(fā)展，利用嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。本文圍繞著如何將人臉識(shí)別技術(shù)在門禁系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)智能化、小型化的問題，展開了針對小型辦公場所以及家用人臉識(shí)別設(shè)備的應(yīng)用與設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別技術(shù)；門禁系統(tǒng)；應(yīng)用

1 引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生活質(zhì)量大幅提高，入室偷竊案件屢見不鮮。為了保護(hù)自身人身和財(cái)產(chǎn)安全，人們對安防系統(tǒng)的有效性和安全性的要求不斷提高。如何利用高科技手段設(shè)計(jì)出更安全可靠的防衛(wèi)系統(tǒng)，成為安防領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。智能門禁系統(tǒng)的出現(xiàn)為安全防衛(wèi)系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)提供了新的研究方向，引起自身的安全性和智能化特點(diǎn)深受廣大用戶的青睞。傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)是通過口令驗(yàn)證、密碼驗(yàn)證或者是磁卡驗(yàn)證等方式進(jìn)行驗(yàn)證的，但是這種驗(yàn)證手段和用戶本身是分離的，不法分子很容易盜取和破解，人臉識(shí)別技術(shù)在門禁系統(tǒng)的應(yīng)用，又為安防系統(tǒng)的研究提供了新的方向，這項(xiàng)技術(shù)既滿足了智能化要求，也使得人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全得到了更高的保證。

2 人臉識(shí)別技術(shù)的現(xiàn)狀

美國、英國、日本等發(fā)達(dá)國家科技發(fā)達(dá)、資金雄厚以及擁有許多優(yōu)秀的人才等優(yōu)勢，同時(shí)又都是以國家層面在研究人臉識(shí)別技術(shù)的，例如美國國防部成立的FERET以及英國成立的XM2VTS，因此這些國家的人臉識(shí)別技術(shù)走在這一領(lǐng)域的前沿，遙遙領(lǐng)先世界其他國家，都促使這些國家。我國80年代開始研究人臉識(shí)別技術(shù)，研究起步較晚，但在我國許多科研院所的不懈努力下，在人臉識(shí)別技術(shù)上也取得一些有意義的科研成果，不斷縮小同發(fā)達(dá)國家差距。例如2008年北京奧運(yùn)會(huì)首次使用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的人臉識(shí)別系統(tǒng)取得很好效果；2014年，中國香港中文大學(xué)的湯曉鷗教授及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)成果，基于原創(chuàng)的人臉識(shí)別算法，首次超越人眼識(shí)別能力97.53%，準(zhǔn)確率達(dá)到98.52%。相信隨著我國科研能力不斷的提高，人臉識(shí)別技術(shù)會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。

3 門禁系統(tǒng)

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，單純的通過機(jī)械鑰匙來管理的門禁系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代安全防護(hù)系統(tǒng)的要求，門禁系統(tǒng)已發(fā)展成為一套完整的管理系統(tǒng)，并用于單位日常管理之中，例如在員工考勤管理中發(fā)揮了重要的作用。門禁系統(tǒng)的由身份識(shí)別、傳感與報(bào)警、線路及通訊、處理與控制、電鎖與執(zhí)行幾部分組成，門禁系統(tǒng)中各部分的功能如下：

3.1 身份識(shí)別

身份識(shí)別功能是整個(gè)門禁系統(tǒng)的最基礎(chǔ)也是最核心的部分，通過卡證類身份識(shí)別、密碼類識(shí)別、生物識(shí)別類身份識(shí)別以及復(fù)合類身份識(shí)別方式對通行人員的身份進(jìn)行識(shí)別和確認(rèn)。

3.2 傳感與報(bào)警

傳感與報(bào)警功能是通過具有一定的防機(jī)械性創(chuàng)傷措施的各種傳感器、探測器和按鈕等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的，不受人為對開關(guān)量報(bào)警信號的屏蔽和破壞的影響，門禁系統(tǒng)也能夠監(jiān)測出報(bào)警、設(shè)備斷路、短路、安全、開路、請求退出、干擾、屏蔽、噪聲、防拆等狀態(tài)，提高門禁系統(tǒng)的智能性和安全性。

3.3 處理與控制

處理與控制用于存儲(chǔ)著大量用戶的卡號、密碼等信息，同時(shí)還負(fù)責(zé)對用戶的各種請求進(jìn)行響應(yīng)進(jìn)行判斷，是門禁系統(tǒng)中的“中樞神經(jīng)”，是整個(gè)門禁系統(tǒng)中最重要核心組成部分。

3.4 電鎖與執(zhí)行

電子鎖具型號和種類多樣，根據(jù)工作原理的不同，可以分為電插鎖、磁力鎖、陰極鎖、陽極鎖和剪力鎖等等，然后根據(jù)大門的材質(zhì)和類型選擇適合的類型。

3.5 線路及通訊

門禁控制器可以支持RS232、485 或TCP/IP 等多種聯(lián)網(wǎng)的通訊方式，根據(jù)具體情況選擇合適的聯(lián)網(wǎng)的方式，以實(shí)現(xiàn)全國甚至于全球范圍內(nèi)的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

4 人臉檢測基本方法

4.1 基于幾何特征的檢測方法

幾何特征主要是指人體面部器官在幾何呈現(xiàn)上的特征，其中其主要分為模板方法、特征不變性方法以及先驗(yàn)知識(shí)三種方法。其中模板方法則包括變形模板以及預(yù)定模板兩種。變形模板主要先將模板參數(shù)指定出來，并結(jié)合待測區(qū)域的數(shù)據(jù)來修個(gè)參數(shù)直至其收斂為止，以便于能夠?qū)⑷四樏娌科鞴傥恢脵z測出來。預(yù)定模板主要指的是先將標(biāo)準(zhǔn)模板制定胡來，并將待檢測區(qū)域與標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)值計(jì)算出來，如果與準(zhǔn)則相符就判定為人臉。特征不變性的方法主要是結(jié)合人體面部如口、鼻、眼、眉等不變的特征來對人臉區(qū)域進(jìn)行檢測。先驗(yàn)知識(shí)主要指的是通過編碼面部器官間的關(guān)系在進(jìn)行處理。

4.2 基于膚色模型的檢測方法

在人臉中膚色是一項(xiàng)重要信息，且具有穩(wěn)定型，和大多數(shù)背景顏色存在較大區(qū)別。尤其在彩色圖像中，膚色是區(qū)別人臉與非人臉的顯著特征。

5 人臉識(shí)別過程

5.1 人臉的檢測

人臉檢測算法要先判斷動(dòng)態(tài)的場景與復(fù)雜的背景中是否存在人臉圖像，由于人臉具有自身內(nèi)在屬性，并不是完全隨機(jī)的，對于不同的人臉來說，這些部件特征之間的相對距離和位置是不同的，因此人臉識(shí)別算法就能夠從中分離出人臉并標(biāo)定人臉?biāo)趨^(qū)域。但是在復(fù)雜的環(huán)境條件下采集人臉，光照、姿態(tài)、面部表情等變化，所采集的圖像也會(huì)有很大的改變，識(shí)別率就會(huì)降低，目前即使是世界上最好的人臉識(shí)別設(shè)備，在人臉識(shí)別的過程中，仍然受到光照條件的影響。如何降低光照、姿態(tài)、面部表情變化的影響，是未來人臉識(shí)別技術(shù)的主要研究方向，只有解決了這些問題，才能更好的滿足了本系統(tǒng)的應(yīng)用要求，提升門禁系統(tǒng)的安全性。

5.2 預(yù)處理

預(yù)處理就是要去除噪聲，加強(qiáng)有用信息，為后續(xù)的特征提取和人臉比對做好準(zhǔn)備，復(fù)原輸入設(shè)備或其他因素造成的退化現(xiàn)象。例如：頭發(fā)等非人臉本質(zhì)因素會(huì)對識(shí)別性能造成影響，要對人臉圖像進(jìn)行預(yù)處理后，才能提取檢測到的人臉特征。預(yù)處理采用的方法是人臉歸一化，包括幾何歸一化，灰度歸一化。幾何歸一化即廣義對稱變換方法，是指通過對人臉圖像進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)，使臉部各個(gè)特征點(diǎn)在所有圖像中的位置不變。例如對眼睛的位置進(jìn)行檢測，以雙眼的位置為準(zhǔn)，在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)人臉圖像，但是雙眼位置要同一水平線上，再放大或縮小圖象到標(biāo)準(zhǔn)圖像大小?；叶葰w一化是為了克服光照變化的影響，對圖像進(jìn)行光線補(bǔ)償?shù)忍幚怼?/p>

5.3 人臉特征提取

對人臉特征進(jìn)行提取是為了降低特征空間的維數(shù)以及盡可能地保留識(shí)別信息，對人臉信息進(jìn)行有效的分類。在提取的過程中要遵循亮相原則：一是為了降低人臉表示的維數(shù)，減少數(shù)據(jù)計(jì)算量，要盡可能的去除人臉圖像中的相關(guān)性。二是，為了提高識(shí)別率，以提取人臉最本質(zhì)的，最能表現(xiàn)不同人臉間區(qū)別的特征。

5.4 人臉比對

人臉比對就是根據(jù)提取到的面部特征的待識(shí)別人臉與數(shù)據(jù)庫中的錄入的人臉進(jìn)行配比，判斷該人臉的身份信息。

6 結(jié)束語

目前的人臉識(shí)別技術(shù)仍存在很多影響因素，目前的人臉識(shí)別技術(shù)大多都是在二維的空間中進(jìn)行的，而現(xiàn)實(shí)生活中人臉都是三維的，隨著科技的進(jìn)步，三維數(shù)據(jù)的獲取更快捷、精確，如果能夠?qū)⑷S信息和二維信息相結(jié)合來對人臉進(jìn)行識(shí)別，相信人臉識(shí)別技術(shù)將會(huì)得到質(zhì)的飛躍，門禁系統(tǒng)的安全性能也將大大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 辛姍姍，候芳.人臉識(shí)別技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].工程技術(shù)：文摘版， 2016（4）：69.

[2] 施勇，馮華麗.人臉識(shí)別技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[J].煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（4）：83～87.