孫雨帆 程晗 張海鑫 陳儒敏 于靜

摘要：針對開放性實驗室管理系統(tǒng)這個特殊的環(huán)境上，本文提出一套基于人臉識別技術(shù)實現(xiàn)實驗室日常運行的管理系統(tǒng)，推動管理自動化這一理念的實施。本篇論文對系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理、算法代碼等方面進行探討。本課題經(jīng)過了分析，針對開放性實驗室這一特殊環(huán)境，引入人臉識別系統(tǒng)，作為身份識別判定標準，與此同時引入語音識別系統(tǒng)對人員目的進行記錄，減少人員對系統(tǒng)的直接操作。

關(guān)鍵詞：人臉識別；語音識別；開放性實驗室；管理自動化

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）08-0157-02

開放性實驗室是高校為了培養(yǎng)學生獨立自主使用實驗室學習而準備的特殊環(huán)境，但傳統(tǒng)的開放性實驗室管理中，多采用人工登記或找管理人員申請磁卡進出實驗室，在這種管理下，不僅會增加管理人員工作的負擔，同時也會出現(xiàn)磁卡丟失、冒用的現(xiàn)象，不利于開放性實驗室的日常管理。隨著人臉識別技術(shù)的完善，人臉這一生物體征具有“人臉無法替代”性、非侵犯性，使人臉對人員身份具有唯一標識性，因此，本項目將人臉識別和語音識別這兩項技術(shù)引入開放性實驗室的門禁以及日常管理中，同時系統(tǒng)自身通過識別結(jié)果判斷人員進入權(quán)限和生成使用記錄，達到減少管理開銷的目的，輔導(dǎo)教師也可以通過系統(tǒng)，掌握學生對實驗室的使用情況，方便及時的做出決策，指導(dǎo)學生的日常學習。

1 選擇人臉識別技術(shù)的原因

現(xiàn)階段的自動門禁系統(tǒng)基本可以分為基于傳統(tǒng)的標識物品進行驗證的以及生物特征驗證的這兩種方式[1]，見表1。標識物品驗證的身份驗證是對人所持的卡片、密碼等物品進行檢驗，以完成對用戶身份識別。

但是隨著技術(shù)的發(fā)展和信息安全手段的提高，物品驗證身份的安保方式受到了極大的挑戰(zhàn)，基于生物活體固有的生理特征識別的技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并且被快速的應(yīng)用到相關(guān)的領(lǐng)域。生物學特征為身份驗證提供了可靠、穩(wěn)定的驗證方式。相較于傳統(tǒng)的識別方式的對比見表2。

在眾多的生物學特征中進行篩選，基于各個生物特征的優(yōu)缺點分析，見表3。選擇了人臉識別作為本系統(tǒng)的門禁系統(tǒng)的識別條件。

2 基于人臉識別的開放性實驗室管理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由單片機終端、門禁控制器、樓層服務(wù)器、申請使用系統(tǒng)構(gòu)成。詳情見圖1。

樓層服務(wù)器可以對本實驗樓層內(nèi)的門禁系統(tǒng)的控制單元進行遠程操作，一個控制單元由一個人臉識別終端，一個語音采集終端，一個門鈴按鈕。

通過注冊申請的網(wǎng)站進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和審核，實現(xiàn)管理自動化，將統(tǒng)計到的信息進行匯總交由審核人員進行審核，通過的信息經(jīng)由TCP/IP協(xié)議的方式發(fā)送到樓層的服務(wù)器中，再由服務(wù)器定期將信息發(fā)送到各個實驗室門禁終端，本系統(tǒng)的工作方式，如圖2。

3 基于人臉識別的開放性實驗室管理系統(tǒng)硬件部分

這里選擇樹莓派作為人臉識別終端核心，包括存儲器、輸入輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)通路、wifi模塊、拍照設(shè)備、語音采集設(shè)備等一系列硬件模塊組建[2]。人員到達實驗室時，按下門鈴按鈕，系統(tǒng)開始進行運作，將拍照設(shè)備捕捉到的圖像與本地人臉庫進行對比，從而達到利用人臉識別來進行身份確定的目的。

然后調(diào)用語音采集模塊，對人員進行語音學習目標的收集，并轉(zhuǎn)化為文字存儲，定期將收集數(shù)據(jù)進行匯總發(fā)送到服務(wù)器，并進行數(shù)據(jù)的整合匯總處理，在網(wǎng)站上通過數(shù)據(jù)報表的形式向負責老師進行展示。代碼框圖，如圖3。

4 基于人臉識別的開放性實驗室管理中層樞紐系統(tǒng)

樓層服務(wù)器在系統(tǒng)中起到了中間樞紐的作用，利用集成的wifi模塊進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，接受各個終端的打卡記錄，定期將數(shù)據(jù)進行匯總發(fā)往服務(wù)器，并對實驗室的情況進行監(jiān)視匯總情況數(shù)據(jù)。

中層樞紐的作用可以進行快速的標識減輕主服務(wù)器的壓力和終端的體積，使服務(wù)器更加專注于數(shù)據(jù)處理和web業(yè)務(wù)，終端專注于人臉識別和門禁功能的實現(xiàn)。中層樞紐減輕了終端的任務(wù)壓力，每個星期根據(jù)打卡記錄進行對人員名單進行更新，加速人臉識別的效率。

5 結(jié)語

最近幾年，人工智能發(fā)展迅速，各種人工智能算法別應(yīng)用故意各行各業(yè)，人臉識別和語音識別作為其中的一部分同樣被大范圍的引用，但是仍具有一些弊端，急需解決，應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)當繼續(xù)進行擴展，并且與其他技術(shù)進行融合以及完善算法提高識別精準概率是未來的研究方向。

參考文獻：

[1] 張靜端 基于人臉識別技術(shù)的圖書館門禁系統(tǒng)的研究 計算機應(yīng)用技術(shù)圖形圖像處理，2016（18）.

[2] 周小仨.嵌入式系統(tǒng)人臉識別技術(shù)的研究及實現(xiàn)[J].電子制作， 2015（3）：254-255.

【通聯(lián)編輯：唐一東】