人脸识别门禁系统在实验室管理中应用
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摘要：实验室是高校进行实验教学和科学研究的重要场所。实验室安全对整个学校的安全和稳定至关重要，是建设平安校园、构建和谐社会的重要内容。针对高校实验室众多，安全要求高，开放管理难度大等特点，设计了基于人脸识别技术的实验室门禁系统，借用该系统智能监控、风险预警、数据统计等优势实现高校实验室的智能化管理，打造多维、动态、实时的实验室安全管理体系，提高了实验室的管理效率，更好的为高校教学、实验、科研服务。
关键词：人脸识别；门禁系统；实验室
总书记指出，“没有信息化就没有现代化”。2014年全国教育会议上将全国教育的目标确定为“深化教育领域综合改革，加快推进教育治理体系和治理能力现代化”，这是教育领域全民落实中央决策部署，适应新时代教育形势的一次重大理论和实践调整。近年来，随着《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》的颁布和实施，各高校都加快了教育信息化建设的步伐。实验教学作为提升学生实践能力的重要抓手，已然成为高校日常教学中必不可少的一环。但实际情况是，高校在日常的实验室管理中由于实验设备、场地、时间等因素限制导致实践教学资源未得到充分利用，实践效果并不理想。就如笔者所在的高校，实验室的出入实行纸质登记，不仅流程繁琐，而且受到实验室管理老师工作时间的限制，不利于实验室的充分利用。因此在高校实验室的管理和建设中引入信息化手段，开展实验室智能管理就显得尤为必要。借用先进的信息技术，实行实验室开放管理，将师生的课余时间和实验室资源利用充分融合，最大限度的发挥实验室功能，推动实践教学的开展和学生实践能力的提升。
1人脸识别门禁系统概述
1.1人脸识别门禁系统的概念
人脸识别技术采用独有的“3D结构光人脸识别算法”与具有强大GPU运行能力的服务器完美结合，基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。其借助摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流并对检测到的人脸进行脸部识别的一系列相关技术，包括人脸图像采集、人脸定位、人脸识别预处理、记忆存储和比对辨识，从而达到识别不同人员身份的目的。而人脸识别门禁系统就是把人脸识别技术和电子门禁相结合，通过人脸识别验证通行人员身份，从而开启门禁的一种管理系统。
1.2人脸识别门禁系统的特点
1.2.1唯一性：每个人的面部特征都具有独一性，无法复制仿冒，因此安全性更高。1.2.2自然性：相比于指纹、视网膜、虹膜、基因等生物特征，利用人脸特征进行身份验证具有自然、直接、友好、便捷的特点，更易为用户所接受。[1]1.2.3简单方便：无需携带门禁卡,识别速度快，操作简单便捷。1.2.4非接触性：无需接触设备，不用担心病毒的接触性传染，既卫生又安全。
2人脸识别门禁系统的组成和工作原理
2.1人脸识别门禁系统的组成人脸识别门禁系统由硬件设备(人脸识别终端、门禁控制器、电磁锁)、控制管理软件(人脸识别实时监控、人脸识别门禁考勤管理系统)组成。
2.2人脸识别门禁系统工作方式
2.2.1后端比较。前端人脸设备或摄像头在捕捉到人像数据后传送到后端服务器，由后端服务器经过人脸搜索，找到对应的人员信息，再将开门指令传回前端人脸设备或门禁控制器。2.2.2前端比较。服务器将授权通行人员人像信息提前发送到人脸识别设备，此时前端识别设备不再需要将捕捉到的人像传送到服务器，相较于后端比较方式对网络稳定性要求低，在网络或服务器短时间故障时依旧可以完成人脸识别工作，缺点是由于运算能力受限，人脸库不能太大，一般在5千-1万。
2.3人脸识别门禁系统工作原理
当通行人员进入动态人脸识别区域时，系统将自动识别该人员，并从人脸识别面板机的视频流中截取一张人脸图像，将截取到的人脸图像与数据库中的授权通行人员人脸照片进行比对分析。当通行人员的人脸图像与系统人脸库的人脸照片相似度达到一定的阀值时，人脸识别面板机则会认为比对通过，然后通过网络发送开门指令至人脸识别面板机，由其控制门禁开启；而当无法从系统人脸库中找到一定阀值的人脸照片时，则会认为比对不通过，此时不会发起开门指令。无论人脸比对结果为授权用户或非授权用户，系统都会在数据库中记录使用者的人脸信息及其他相关信息，便于后期追踪查找。人脸识别门禁系统有两种工作模式：2.3.1工作模式-继电器模式该工作模式适用于已经安装门禁控制系统的实验室。当人脸识别成功后，人脸识别设备通过继电器触发第三方门禁控制器打开门禁，且后台管理软件可对门禁权限、出入人员考勤进行管理。2.3.2工作模式-韦根模式该模式同样适用于已经安装门禁控制系统的实验室。当人脸识别成功后，人脸识别设备通过韦根输出触发第三方门禁控制器打开门禁，且后台管理软件可对门禁权限、出入人员考勤进行管理。
3人脸识别门禁系统在高校实验室管理中的应用
3.1人脸识别前端设计，实行智能化监控，提升风险预警能力
该系统为每个实验室入口部署人脸识别面板机以实现人脸识别门禁系统的应用。在设计中，人脸识别面板机集人脸图像采集、识别、结果显示、门禁控制等功能应用为一体，主要由高清视频摄像头、液晶触控显示屏、处理主机等部件组成。该设备作为整个门禁系统的核心设备，其主要功能包括白名单识别、人脸检测、活体检测、门禁控制、人员管理、数据管理和安全管控。首先将人员信息提前录入系统，形成人像信息库，当有人通行时，人脸识别设备现场采集人像信息，将其与人脸库中的信息进行比对，即1:N的验证，如果信息能正确匹配，则通过验证。其次借助人脸识别设备在连续抓拍的图片中准确定位人脸位置，其具有人脸图像质量评价、图像检测及标准化剪裁功能，当质量分值过低时系统拒绝录入，保证数据的可靠性，提高验证精度，而且该设备能有效分辨高清照片、PS、三维模型或换脸等仿冒欺诈手段。而当身份验证通过后，设备向电磁锁发送开门信息，门禁自动开启，具有超高安全保障性。再者，系统单机版可直接在设备上实现人员信息增删改查，实现通行人员管理，且可通过USB接口直接导出所需的通行记录，方便进行通行数据整理。最后，该系统还可以接入门锁、门铃、消防信号等外部接口，为实验室提供全方位的安全管控。
3.2非接触性操作，简化通行手续
有别于传统的人力管理，利用人脸识别门禁系统进行实验室信息化管理，通过事先录入系统的人像信息，经过实验室老师授权，就可以在约定的时间内进入实验室开展实验，免去了学生需要去实验室管理办公室登记领还钥匙的繁琐手续。3.2.1实验室用户通行工作流程。当所有系统设备部署完毕后，系统的操作人员则需要采集学生及其他用户的个人信息及人脸照片并将其录入至平台服务器，当用户数据录入完毕后，管理服务器将会通过局域网网络自动同步学生数据至前端各台人脸识别面板机，人脸识别面板机同步获取名单后即可实现通行用户的人脸比对分析并结合授权的通行时间做出开门行为、同时生成通行记录。3.2.2实验室访客通行工作流程。来访客人在经许可进入的情况下，提供其个人人脸照片至实验室管理人员，管理人员将来访客人的人脸照片录入至系统后台并完善其身份信息，同时赋予临时通行权限。当来访客人在获得通行权限后即可实现刷脸开门，其通行流程与实验室用户通行一致。
3.3一键开启和远程关闭功能
当前的门禁系统虽然采用“断电开”模式，可以在遭遇火警等突发情况，需要紧急疏散学生时通过切断电源开启所有的门禁，但是必须要求管理人员去往电源总闸处关闭电源，费时又不便捷。而人脸识别门禁系统可通过系统后台远程实现一键开启，此时所有的门禁系统都会自动打开，方便师生快速逃生，保障了人员安全。此外，可以通过系统后台实时查看实验室门禁情况，一旦非正常开启时，可通过系统远程关闭门禁，打破了现有门禁需要管理人员现场关闭的壁垒，在方便了实验室管理的同时，也极大的增强了实验室的安全性。除了系统自身的安防功能以外，通过智能门禁+网络+消防系统还可以构建消防联动系统，实现灾害时联动报警。
3.4构建智慧校园综合驾驶舱
通过人脸识别系统将师生使用实验室频次、时间等数据进行统计，并将所有的通行和非法通行数据、访客数据、陌生人数据、告警数据等进行整合分析，便于高校借助此项统计开展大数据分析，为实验室管理和智慧化建设提供数据支撑。
4结论
人脸识别门禁系统是一种全新的智能化系统，它克服了目前单一电子门禁系统的局限性，把先进的人脸识别技术、摄像监控和门禁控制器有效的结合起来，从而实现信息化技术和实验室管理的融合创新，简化了实验室的管理流程，提升了实验室的管理效率。同时，运用人脸识别门禁系统，打破了时间和人员壁垒，实现实验室的开放化管理，有助于实验资源的充分利用，极大的提高了实验室的使用效率。应用人脸识别门禁系统在提升实验室安防功能的同时也为教师的教学和科研提供了安全和便捷，在实验室智能化管理和高校信息化建设中具有巨大的应用价值。
参考文献
[1]孙锋申.人脸识别技术的门禁系统设计与实现[J].电子产品世界，2011（10）：43-45.
作者:许力文 单位:江苏开放大学商学院