吳 明

（無錫市旅游商貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校,江蘇 無錫 214000）

智能技術(shù)水平不斷提升,已被推廣應(yīng)用于城市化建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域,在門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,也可應(yīng)用智能化技術(shù)。人臉識(shí)別技術(shù)可被應(yīng)用于門禁管理中,通過刷臉方式即可入戶,避免了傳統(tǒng)門禁卡的弊端。在門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,通過應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò),能夠替代傳統(tǒng)的有線聯(lián)網(wǎng)以及非聯(lián)網(wǎng)門禁系統(tǒng),通過選擇適宜的無線網(wǎng)絡(luò)傳感器設(shè)計(jì)人臉識(shí)別系統(tǒng),能夠有效減少門禁系統(tǒng)安裝工作量,同時(shí)降低產(chǎn)品應(yīng)用成本,提高管理便捷性。因此,亟需對(duì)基于無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行深入研究。

1 人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的識(shí)別方式

1.1 密碼門禁

用戶對(duì)出入門禁系統(tǒng)設(shè)定密碼,在出入門禁系統(tǒng)時(shí),通過輸入預(yù)先設(shè)定的密碼,即可完成驗(yàn)證。出入門禁系統(tǒng)鍵盤類型主要有兩種,即機(jī)械鍵盤以及屏幕鍵盤。與機(jī)械鍵盤相比,屏幕鍵盤具有亂序鍵盤功能,雖然應(yīng)用成本比較高,但是智能性強(qiáng),可根據(jù)實(shí)際需要更改順序,不法分子不能通過指紋痕跡盜取密碼,因此,安全性比較高。

1.2 卡片門禁

卡片門禁可利用磁卡、近場(chǎng)通訊等形式確定卡片密鑰,根據(jù)密鑰對(duì)用戶進(jìn)行驗(yàn)證分析,判斷是否能夠打開門禁。第一,磁卡。在門禁系統(tǒng)中,磁卡的應(yīng)用比較常見,成本較低,但在受到強(qiáng)磁體影響后容易發(fā)生磁化,導(dǎo)致卡片無法打開門禁；第二,射頻卡。射頻卡無需表面接觸即可完成數(shù)據(jù)交換,射頻卡中的數(shù)據(jù)可保存較長(zhǎng)時(shí)間,能夠保證數(shù)據(jù)安全性,同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)雙向控制。

1.3 生物識(shí)別

在生物識(shí)別技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中,需對(duì)人或者動(dòng)物表面的生物特性進(jìn)行分析,據(jù)此識(shí)別,生物特性識(shí)別方式主要有以下幾種類型：第一,指紋識(shí)別。人手指指紋具有獨(dú)特性,通過將其應(yīng)用于門禁識(shí)別中,方便快捷,并且安全性高。但是,如果指紋有水、灰塵等物質(zhì)影響,也會(huì)造成識(shí)別時(shí)間延長(zhǎng),或者識(shí)別失?。坏诙?虹膜識(shí)別。虹膜識(shí)別方式可利用人眼球虹膜進(jìn)行識(shí)別,虹膜特征復(fù)雜,具有唯一性特征。虹膜識(shí)別方式的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于識(shí)別過程可靠性高,用戶使用方式便捷,但是圖像獲取設(shè)備的應(yīng)用成本高,并且虹膜識(shí)別算法復(fù)雜,因此很難得到推廣應(yīng)用[1]。

1.4 人臉識(shí)別

所有人的臉部都具有唯一性特征,在人臉識(shí)別技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中,需對(duì)人臉部的關(guān)鍵特征進(jìn)行識(shí)別和分析,據(jù)此完成身份驗(yàn)證。首先,攝影機(jī)拍攝人臉圖像,對(duì)人臉進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè),然后再對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理、檢測(cè),據(jù)此提取出圖像中的關(guān)鍵特征,并完成人臉識(shí)別。在人臉識(shí)別技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中,不僅識(shí)別方式快速便捷,而且不會(huì)受到障礙物影響,但是識(shí)別過程比較復(fù)雜。

2 無線網(wǎng)絡(luò)在人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,身份驗(yàn)證方式不斷增多,生物識(shí)別方式的應(yīng)用比較常見。在生物識(shí)別方式中,人臉識(shí)別方式快速便捷,用戶在使用門禁系統(tǒng)時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)無障礙驗(yàn)證,因此,與其他生物識(shí)別方式相比具有獨(dú)特性。

人臉識(shí)別技術(shù)涉及多個(gè)領(lǐng)域,包括模式識(shí)別、圖像處理、機(jī)器視覺等,在實(shí)際應(yīng)用中,通過采用攝像頭即可捕捉人臉圖像信息,再利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)所采集的人臉圖像進(jìn)行全面細(xì)致的分析,并與計(jì)算機(jī)中所存儲(chǔ)的圖像進(jìn)行對(duì)比,在細(xì)節(jié)對(duì)比完成后,如果圖像匹配,則可獲得識(shí)別結(jié)果。

通過將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,能夠提升門禁系統(tǒng)智能化水平,對(duì)企業(yè)、單位、家庭、實(shí)驗(yàn)室等門禁進(jìn)行智能化管理,拓展門禁系統(tǒng)的應(yīng)用功能,同時(shí)為用戶提供便捷,進(jìn)而滿足用戶個(gè)性化需要[2]。

3 基于無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)是由兩個(gè)模塊組成的,第一,從機(jī)模塊；第二,控制中心模塊,在兩個(gè)模塊之間,可應(yīng)用無線通信連接形式。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中,主機(jī)攝像頭模塊的作用是采集數(shù)據(jù),以系統(tǒng)中注冊(cè)的人員作為依據(jù),將所有子節(jié)點(diǎn)組合成為多個(gè)訓(xùn)練集,對(duì)于所有訓(xùn)練集,可傳輸至各個(gè)子節(jié)點(diǎn),在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,子節(jié)點(diǎn)可將訓(xùn)練集作為依據(jù),據(jù)此進(jìn)行人臉識(shí)別。從機(jī)首先采集人臉信息數(shù)據(jù),再與從機(jī)中所存儲(chǔ)的訓(xùn)練集進(jìn)行比較,當(dāng)完全匹配后,即可自動(dòng)化開啟門鎖。基于無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）主節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)中,只有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可作為無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)紐帶,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)通信連接進(jìn)行統(tǒng)籌管理。另外,在識(shí)別人臉特征信息后,服務(wù)器即可將特征信息發(fā)送至各個(gè)子節(jié)點(diǎn)中,其能夠根據(jù)人臉特征信息對(duì)人臉進(jìn)行識(shí)別驗(yàn)證。

（2）子節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)中,子節(jié)點(diǎn)的數(shù)量比較多,在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間沒有干擾因素,并且擴(kuò)展性優(yōu)勢(shì)明顯。子節(jié)點(diǎn)能夠完成人臉特征信息采集,同時(shí)還具有門禁開關(guān)控制功能,在子節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)之間,可利用無線網(wǎng)連接方式。子節(jié)點(diǎn)在控制中心作用下,即可獲得人臉訓(xùn)練集,并進(jìn)行比較分析完成人臉信息匹配,控制門禁開關(guān)[3]。

3.2 基于WPF平臺(tái)交互式服務(wù)端設(shè)計(jì)

在創(chuàng)建服務(wù)端交互平臺(tái)時(shí),要求界面操作方式便捷,如果應(yīng)用MFC平臺(tái)Windows應(yīng)用程序,則界面不友好,并且UI單調(diào),另外,微軟官方已不負(fù)責(zé)對(duì)MFC平臺(tái)進(jìn)行維護(hù),因此,不可應(yīng)用MFC平臺(tái)。WPF為一種新型軟件開發(fā)技術(shù)類型,針對(duì)媒體、用戶界面和各類文檔,均能夠提供相同的描述方式以及操作形式,并且界面友好,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)桌面應(yīng)用程序界面封裝庫不斷增多,應(yīng)用方式快速便捷。在WPF開發(fā)平臺(tái)中,程序人員與設(shè)計(jì)人員之間合理分工,例如,在美工設(shè)計(jì)中,可應(yīng)用ExpressionStudio,界面具有可視化特征,而程序開發(fā)技術(shù)人員通過利用可視化文件,即可直接套用至開發(fā)環(huán)境中。在2D繪圖、可視化界面設(shè)計(jì)方面,WPF均能夠提供像素坐標(biāo),便于進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā),因此,可采用WPF進(jìn)行設(shè)計(jì)。在利用WPF開發(fā)應(yīng)用程序時(shí),需采用C#語言,與C語言相比應(yīng)用效率比較低。在本次研究中,需應(yīng)用人臉識(shí)別算法,對(duì)于運(yùn)行效率的要求比較高,因此,可采用DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫,對(duì)于人臉識(shí)別算法,可應(yīng)用C語言編制DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫,然后在WPF中與DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫進(jìn)行連接[4]。

3.3 基于Linux+QT+OpenCV平臺(tái)的嵌入式客戶端設(shè)計(jì)

由于系統(tǒng)具備圖像處理功能,因此對(duì)于嵌入式平臺(tái)硬件的要求比較高,對(duì)此,可采用ArmA8進(jìn)行處理,同時(shí)將Tiny210學(xué)習(xí)板作為本嵌入式客戶端。對(duì)于操作系統(tǒng),可選擇Android、WindowsCE或者Linux,在Android的實(shí)際應(yīng)用中,要求采用虛擬機(jī),但是如果程序運(yùn)行效率比較高,則速度較慢,雖然已退出NDK,但是經(jīng)過測(cè)試分析穩(wěn)定性比較差。另外,WindowsCE系統(tǒng)能夠與Windows進(jìn)行有效銜接,但是在人臉識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中,需采用OpenCV庫,而二者適配性比較差。相比而言,Linux系統(tǒng)與OpnCV之間具有良好的適配性,二者均為底層系統(tǒng),不僅運(yùn)行效率高,而且開發(fā)性較強(qiáng)。因此,在人臉識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,應(yīng)用OpnCV系統(tǒng)。最后,在UI方面,OpenCV和QT4之間的兼容性好,并且其在Linux系統(tǒng)中的穩(wěn)定性更高,因此,可應(yīng)用QT4[5]。

3.4 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

（1）特征信息傳輸安全。對(duì)于特征信息,如果采用明文傳輸形式,則信息容易被盜取,或者被篡改,無法保證門禁系統(tǒng)安全可靠。對(duì)此,在系統(tǒng)特征信息的傳輸過程中,需應(yīng)用加密算法,根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,可應(yīng)用AES對(duì)稱加密算法。在AES算法的實(shí)際應(yīng)用中,需將排列運(yùn)算和置換運(yùn)算作為基礎(chǔ),在排列運(yùn)算方式的應(yīng)用中,要求妥善處理各類數(shù)據(jù),而在置換運(yùn)算方式的應(yīng)用中,要求將一個(gè)數(shù)據(jù)單元提出按至其他數(shù)據(jù)單元中。在AES算法的實(shí)際應(yīng)用中,需采用多種方式執(zhí)行排列運(yùn)算以及置換運(yùn)算。AES算法為迭代的、對(duì)稱密鑰分組的密碼,可應(yīng)用128位、192位或256位密鑰,同時(shí)還可采用128位分組形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理或者解密處理。在本次研究中,為了提升系統(tǒng)應(yīng)用性能,采用128位加密密鑰。

（2）本地文件安全校驗(yàn)。在獲得特征信息文件后,需將其保存至本地文件系統(tǒng)中,因此,必須保證本地文件安全性。為了保證門禁系統(tǒng)應(yīng)用安全性,應(yīng)注意避免修改文件,對(duì)于所有文件,采用MD5驗(yàn)證方式,當(dāng)驗(yàn)證成功后,即可進(jìn)行文件加載,但是,如果MD5驗(yàn)證失敗,則應(yīng)該通過服務(wù)器重新獲取文件,然后再完成文件加載。

在對(duì)基于無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),首先對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)整個(gè)架構(gòu)的科學(xué)性和合理性進(jìn)行分析,然后再進(jìn)行WPF平臺(tái)交互式服務(wù)端設(shè)計(jì)、Linux+QT+OpenCV平臺(tái)的嵌入式平臺(tái)設(shè)計(jì),最后完成系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì),能夠有效保證系統(tǒng)使用性能和安全性。

4 基于無線網(wǎng)絡(luò)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)

4.1 基于WPF平臺(tái)服務(wù)器交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

（1）主界面實(shí)現(xiàn)。用戶首先在系統(tǒng)界面輸入用戶名以及密碼,即可進(jìn)入系統(tǒng),在后臺(tái)完成邏輯驗(yàn)證。系統(tǒng)主界面是由用戶基本信息區(qū)、用戶分組信息區(qū)、用戶權(quán)限信息區(qū)以及功能區(qū)組成的。其中,用戶基本信息區(qū)是由用戶姓名、頭像、分組以及索引組成的；用戶分組信息區(qū)為樹形結(jié)構(gòu),包含所有用戶以及用戶分組的名稱,在各個(gè)分組中包含所有用戶成員；用戶權(quán)限信息區(qū)中包括門禁按鈕以及滾動(dòng)條；另外,功能區(qū)可提供4個(gè)按鈕,通過選擇不同按鈕,即可進(jìn)入其對(duì)應(yīng)的窗口。

（2）添加用戶實(shí)現(xiàn)。首先選擇系統(tǒng)功能區(qū)以及添加用戶按鈕,界面中能夠顯示出添加用戶的窗口,在添加用戶時(shí),找出用戶姓名和分組,選擇添加用戶按鈕,根據(jù)程序完成新用戶添加。采用C語言所編制的DLL初始化攝像頭完成用戶人臉拍攝,然后與系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,判斷是否已存儲(chǔ),如果沒有找到目錄,則需新建,在人臉信息采集完成后保存。

（3）網(wǎng)絡(luò)配置界面實(shí)現(xiàn)。通過無線配置窗口,即可獲取子網(wǎng)掩碼、SSID以及IP地址,并與無線網(wǎng)進(jìn)行連接,最后設(shè)置IP信息。

（4）增加門禁實(shí)現(xiàn)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中,可添加門禁功能,還需增加門禁嵌入式端,在具體的添加過程中,只需調(diào)整名稱以及IP地址。

（5）發(fā)送數(shù)據(jù)。不同用戶在數(shù)據(jù)發(fā)送中的權(quán)限有所不同,因此,需根據(jù)用戶類型配置不同的文件,然后再發(fā)送至不同的門禁客戶端中,在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中,界面可顯示狀態(tài)文字以及傳輸進(jìn)度條。

4.2 嵌入式門禁客戶端實(shí)現(xiàn)

在嵌入式門禁客戶端的實(shí)現(xiàn)過程中,需創(chuàng)建Linux+QT+Opencv軟件環(huán)境。系統(tǒng)主界面是由門禁名稱、無線網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、連接無線、人臉顯示、攝像頭顯示、關(guān)閉攝像頭、打開攝像頭、結(jié)果顯示以及連接無線網(wǎng)組成的。

系統(tǒng)后臺(tái)可與無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,在本次研究中,將無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于人臉識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,因此,可利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行連接。開發(fā)板系統(tǒng)中包含無線網(wǎng)連接程序,在具體的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中,無需單獨(dú)編制程序,可直接利用無線網(wǎng)連接程序,并完成無線網(wǎng)連接。其次,采用攝像頭采集數(shù)據(jù),并將所采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至VideoDevice類,并完成代碼模塊化。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成后,可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)镼Iamge類型,然后再進(jìn)行檢測(cè),并存儲(chǔ)至FaceDetect類。在系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中,在獲得人臉數(shù)據(jù)并識(shí)別完成后,即可打開門禁。

5 結(jié)束語

近年來,智慧城市建設(shè)速度不斷加快,在智能家電、物流管理以及智能門禁中,均推廣應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),能夠有效提高各類設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)用便捷性。在門禁系統(tǒng)中,人臉識(shí)別方式應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯,因此,在門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中,應(yīng)積極推廣應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。對(duì)此,本文對(duì)無線網(wǎng)在人臉識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)探究,在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,可利用WPF平臺(tái)創(chuàng)建用戶服務(wù)管理系統(tǒng),對(duì)所有門禁端進(jìn)行有效控制,在數(shù)據(jù)傳輸方面,可利用服務(wù)器、客戶端以及無線網(wǎng),在數(shù)據(jù)采集完成后,數(shù)據(jù)運(yùn)算方式快速便捷。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用DLL鏈接人臉訓(xùn)練算法,能夠有效緩解運(yùn)算壓力,另外,嵌入式端基于Linux系統(tǒng),能夠?yàn)槿四樧R(shí)別提高穩(wěn)定、高效的運(yùn)行平臺(tái)。