基于人脸识别技术的学生宿舍门禁系统设计

郝雪燕 沈阳工程学院

随着义务教育的普及和高校扩招，大学校园里面学生的数量越来越多，给学生管理工作带来了很大的压力。一方面，大学校园是一个有着开放、自由、平等的学习和生活环境，学校应该给学生更多的自主时间和空间，使学生们拥有一个充实、快乐的大学生活；
另一方面，学校也要尽全力保障学生们的人身安全和财产安全。当前，大部分高校的宿舍仍然使用传统的机械锁，部分高校使用的是传统的射频识别技术的卡门禁系统，这两种情况下学生如果忘记带钥匙或者门卡就会被锁在门外，无法满足当代大学生日常需求的现状。尤其是当前在疫情常态化的形势下，使用基于人脸识别技术的学生宿舍门禁系统有利于学生管理，采用不摘口罩就能精准识别用户信息的三维人脸识别技术更为安全有效。

当今社会的各个领域，个人身份识别是全球最大的问题之一，在所有生物特征中可用于识别的内容，例如指纹、人脸识别、语音、虹膜是使用最广泛的。因其独特性、普遍性、不变性和提取设施而受到人们的认可。传统的门禁系统，学生在出入宿舍的时候必须要刷校园卡才能通过，然后门禁系统通过识别感应到的学生校园卡卡号在数据库中读取学生的相关信息。这种方法存在很大的漏洞，即这种门禁系统主要是通过当天最后一次刷卡的时间来确保学生晚上已经回到了宿舍，用于统计当天未归宿舍的学生姓名和人数，但是无法识别出入宿舍的学生是不是本人，也就是说无法对学生进行身份判别。

指纹识别技术是一种属于生物识别的技术，指纹识别技术一般包括三个步骤：指纹识别、特征提取和指纹的匹配。将指纹识别技术应用于高校学生宿舍门禁系统中，既可以方便高校的管理，又可以解决传统门禁系统的漏洞。由于高校里师生数量较大，当数字数据库中模板的数量增加，虽然有些方法设计得尽可能快，但并不能保持其精度，因此不适合解决大型数据库问题。

人脸识别技术相对于指纹识别技术的优势：首先，与其他身体特征相比，人脸特征不容易被遗忘和窃取，人脸识别具有非接触性和稳定性。人脸识别技术采集到的用户面部生物特征，具有高度的防伪性，为实现用户身份安全、准确识别提供了重要的技术保证。其次，人脸识别不需依靠其他物理介质，相对于指纹识别的门禁系统，用户信息在识别过程中完全和设备无直接接触，减少了接触式感染的风险，满足目前疫情防控的要求，具有更高的安全系数。尤其是在此次疫情期间，将三维人脸识别技术运用于门禁系统，满足不摘口罩就能精准识别用户信息的“防疫精准管控”要求。总之，利用高识别率、高精度、高防伪的三维人脸识别终端进行学生宿舍的门禁管理，在提高安全性的同时，可以为学校的管理工作带来更佳的便捷性。

本系统主要是服务于各大高校的学生和管理学生事务的老师，在学生的管理方面有着不可替代的地位，主要分为四个功能模块：人脸识别模块、用户管理模块、未归学生名单管理模块、异常情况警报模块。

2.1 人脸识别模块。该模块是基于人脸识别技术的学生宿舍门禁系统的核心模块，采用的是三维人脸识别模式。与二维人脸识别相比，采用的识别终端将面部信息的点云数量提升到了5～8万个，能够以小于等于0.2 mm的精度构建出用户的面部结构信息，特别是眼周数据的采集，为不摘口罩也可以精准识别用户信息提供了技术支撑。此外人脸比对AI算法服务器通过立体建模的方式对扫描到的用户面部信息进行动态分析，相较于二维人脸识别单一以被检测人员的面部纹理作为识别依据，实现了更加精准的人脸识别，并且具有更高的防伪性。人脸识别模块主要包含以下四个部分：

(1）人脸识别中央服务器：作为三维人脸识别门禁系统的权限中心，同时也是人脸特征库的中心。作为权限中心时，一方面，负责从现有卡门禁服务器获取当前卡门禁系统的设备点位和人员权限信息，并形成人脸识别的权限系统；
另一方面，管理人脸识别门禁授权认证、记录门禁日志。作为人脸特征库中心时，负责向门禁控制器发送人脸识别系统的门禁控制信息。

(2）人脸比对AI算法服务器：周期性地从权限中心和人脸特征库同步该设备接入的三维人脸识别终端所在楼层的卡门禁点位及其授权的人脸特征数据。

(3）三维人脸识别终端：获取和识别人脸信息，向人脸比对AI算法服务器发送比对请求，并反馈比对结果。

(4）门禁控制器：可以控制门禁电开关的上电与下电。

2.2 用户管理模块。该模块主要用于系统管理员管理准备登录或者注册该系统的用户。

(1）审核：系统管理员在人脸识别终端登录，录入待注册用户的学号、姓名等信息，完成注册的审核认证。

(2）刷脸：待注册用户免冠站立在面部信息采集终端前0.5～1.0 m进行面部扫描。

(3）抓拍：人脸识别客户端扫描到人脸后，对人脸进行抓拍。

(4）挑选：系统将抓拍到的人员面部信息进行初步的评分，将评分最符合系统要求的人脸数据信息作为此用户人脸识别认证信息。

(5）验证：用户二次刷脸，进行初次比对验证。如果验证失败，则注册失败，需要再进行第二次注册；
若验证成功，则完成用户注册。

2.3 未归学生名单管理模块。该模块主要是可以导出当天超过宿舍归寝时间而未归宿舍的学生，这便于各个学院的老师和领导查阅。本系统可以记录和保存一周之内未归宿舍学生的名单，但是超过一周的记录系统中就不显示了，只有管理员有权限查找在一周之前的未归宿舍学生的名单。所以当需要查询时，只有通过系统管理员的权限才能查看得到。

2.4 异常情况警报模块。人脸识别模块每隔一定时间会读取摄像头的图像，共600帧，然后对图像进行人脸检测，若检测到人脸就和训练器比较距离。置信度越靠近0表示越准确，本系统的置信度取100作为阈值，大于阈值表示陌生人，红灯亮起，否则表示熟人，绿灯亮起。如果陌生人想要进入宿舍，系统会对其发出警报并拍照存档作为黑档案。

本系统采用三维人脸识别技术，结合当前疫情防控需求，实现了高精准、高安全的门禁认证，相比较于单纯的刷校园卡就能进出宿舍的宿舍门禁系统和指纹识别门禁系统，带人脸识别的学生宿舍门禁系统是对它的一个专业技术上的提高，更符合当前疫情常态化的形势下现代化的大学校园里对于学生管理的要求。随着智慧校园建设的不断推进，人脸识别等新兴技术也将会在实际应用中不断发挥作用。

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