闕非

摘 要：近幾年來，隨著生物特征技術(shù)的不斷發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)作為其中的杰出代表，其發(fā)展勢(shì)頭可謂突飛猛進(jìn)，也受到許多科學(xué)家和企業(yè)家的密切關(guān)注。人臉識(shí)別技術(shù)具有方便快捷、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于門禁系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了一種有效提升人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的識(shí)別率，在設(shè)計(jì)過程中采用較新的特征提取技術(shù)，即PCA和支持向量機(jī)相結(jié)合的方法，可以快速實(shí)現(xiàn)人臉面部識(shí)別。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別技術(shù)；門禁系統(tǒng)；特征提取技術(shù)

一、人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

人臉識(shí)別的過程主要由人臉檢測(cè)、人臉特征提取和人臉對(duì)比組成。要想使人臉門禁系統(tǒng)有效的使用，必須先建立一個(gè)人臉存儲(chǔ)信息庫，將允許訪問的人員面部信息進(jìn)行采集，并存儲(chǔ)在人臉信息數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)有訪問者來訪時(shí)，人臉識(shí)別系統(tǒng)獲取訪問者的面部信息是利用攝像頭來完成的，并將收集到的信息輸入計(jì)算機(jī)中，和儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫中的人臉信息進(jìn)行比對(duì)，符合要求時(shí)，門禁自動(dòng)開啟，允許訪問者進(jìn)入，整個(gè)過程非常短暫。為了避免信息比對(duì)失敗，系統(tǒng)必須在人像信息與數(shù)據(jù)庫人像比對(duì)前進(jìn)行一些處理，防止表情、光照等因素對(duì)采集信息的干擾，在處理過后，通過對(duì)人像信息特征進(jìn)行提取、識(shí)別比對(duì)，如果比對(duì)成功，計(jì)算機(jī)下達(dá)開門指令，門禁系統(tǒng)會(huì)開啟，如果不成功，門禁系統(tǒng)不僅不會(huì)將門打開，還會(huì)將來訪者的人臉信息記錄在案，方便以后的快速處理。人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。為了確保人臉信息數(shù)據(jù)庫內(nèi)記錄的人員能夠有其他方式開啟門禁系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)用戶使用ID卡刷卡進(jìn)入，通過對(duì)卡片上的用戶照片進(jìn)行人臉識(shí)別比對(duì)來驗(yàn)證用戶身份是否屬實(shí)，其原理與直接使用人臉識(shí)別相同。為了節(jié)省成本，在進(jìn)行信息采集的過程中，應(yīng)盡量使人臉位置處于畫面的中央或者通過手動(dòng)輸入允許訪問者的近期生活照片，這樣在后期用戶訪問門禁系統(tǒng)時(shí)能提高效率和節(jié)省計(jì)算機(jī)處理時(shí)間。人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)在檢測(cè)到用戶通過后迅速關(guān)閉閘口，防止有不良分子趁機(jī)尾隨進(jìn)入，人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)中的對(duì)門鎖的控制是選用的單片機(jī)。

二、人臉識(shí)別過程

本文所介紹的人臉識(shí)別過程主要包括：人臉檢測(cè)、預(yù)處理、特征提取和分類識(shí)別。

（一）預(yù)處理

由于來訪者的人像采集可能會(huì)受到如來訪者的面部表情、噪聲、光照、頭發(fā)等因素的干擾，可能會(huì)對(duì)后期與數(shù)據(jù)庫中的人像比對(duì)產(chǎn)生不良影響，造成計(jì)算機(jī)的誤處理，將應(yīng)該進(jìn)入的來訪者拒之門外。因此，在通過攝像機(jī)對(duì)人像進(jìn)行人臉特征提取過程之前，要對(duì)人像信息進(jìn)行預(yù)處理，通過對(duì)有效信息的強(qiáng)化來減少其他影響因素對(duì)人臉信息的干擾。在處理光照對(duì)人像信息的影響時(shí)，需要對(duì)樣本進(jìn)行照度、梯度處理，降低曝光率。預(yù)處理的方法采取的是人臉歸一化，有兩個(gè)方面的內(nèi)容，一個(gè)是灰度歸一化，一個(gè)是幾何歸一化?；叶葰w一化是對(duì)圖像進(jìn)行光線的補(bǔ)償，來克服光照對(duì)其的影響。幾何歸一化是通過對(duì)人臉圖像的縮放、旋轉(zhuǎn)等，令面部的各項(xiàng)特征在圖像上的位置具有一致性。換句話說，這種方法是采用廣義對(duì)稱變換的方法來檢測(cè)眼睛所處的位置，并以眼睛的位置為基準(zhǔn)，對(duì)人臉圖像在平面內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將雙眼的位置調(diào)整到同一水平線上，再對(duì)圖像進(jìn)行放大、縮小，最終調(diào)整到合適位置。

（二）人臉特征提取

不同的人，其面部具有很多不同的特征，人臉的高度唯一性使得數(shù)據(jù)處理量龐大。因此表征人臉的原始特征對(duì)應(yīng)于高維空間的數(shù)據(jù)，如果不加以處理，計(jì)算量大，計(jì)算速度緩慢，降低了處理速度，制約人臉識(shí)別的進(jìn)一步發(fā)展。因此，在進(jìn)行人臉識(shí)別之前，必須進(jìn)行降維，就是處理的數(shù)據(jù)應(yīng)盡可能在較低維數(shù)的空間中對(duì)識(shí)別的信息進(jìn)行有效的處理。常用的特征提取算法有兩種：主成分分析、線性判別分析。但這兩種算法必須經(jīng)二維的圖像矩陣轉(zhuǎn)化為一維的列向量，這樣會(huì)造成圖像的位數(shù)過大，提取信息的速度較慢，會(huì)使人臉門禁系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)。兩種人臉特征提取技術(shù)：一是基于奇異值分解的人臉特征提取技術(shù)，二是基于模型的人臉識(shí)別技術(shù)。基于奇異值分解的人臉特征提取是一種從高維到低維的數(shù)據(jù)變換技術(shù)，已經(jīng)運(yùn)用于數(shù)據(jù)壓縮、信號(hào)處理和模式分析等方面，并取得不錯(cuò)的效果。基于奇異值分解的人臉識(shí)別技術(shù)是一種基于人臉整體特征的提取方法?；谀Ｐ偷娜四樧R(shí)別技術(shù)是目前人臉識(shí)別技術(shù)的重要發(fā)展方向，它還有幾個(gè)分支，其核心思想是在某種局部點(diǎn)的模型匹配上，采用統(tǒng)計(jì)模型對(duì)來訪者的人臉形狀進(jìn)行約束，從而變成一個(gè)優(yōu)化問題，并得到最優(yōu)解的過程。這種方法的識(shí)別準(zhǔn)確性高，但識(shí)別效率相比前者較低，應(yīng)用范圍較窄。

（三）身份識(shí)別

進(jìn)行人臉識(shí)別時(shí)，特征對(duì)模塊進(jìn)行提取后，分類是采用分類器通過模塊提取的特征向量實(shí)現(xiàn)的，并最終確定來訪者的身份信息。人臉識(shí)別的最終目的就是通過對(duì)特征的提取、分類，將來訪者的人臉特征與數(shù)據(jù)庫中的人臉信息進(jìn)行比對(duì)，判斷來訪者能否進(jìn)入門禁之中。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文采用的是ORL人臉數(shù)據(jù)庫作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來對(duì)本文描述的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的具體性能進(jìn)行驗(yàn)證。數(shù)據(jù)庫中共有40個(gè)人，共400幅，不同姿勢(shì)，不同表情以及不同光照條件的人臉圖像。實(shí)驗(yàn)采取的是用每個(gè)人前五幅圖像作為模板，后五幅進(jìn)行測(cè)試，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 各種識(shí)別方法的識(shí)別率

從表中可以清楚的看出PCA和SVD結(jié)合支持向量機(jī)的人臉識(shí)別算法的辨別率較高。對(duì)支持向量機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的識(shí)別過程發(fā)現(xiàn)，PCA和支持向量機(jī)的結(jié)合，對(duì)圖像處理和識(shí)別方法具有較高的識(shí)別率，并對(duì)圖像的表情、旋轉(zhuǎn)、位移和尺寸變換具有一定的魯棒性，但在面部有較明顯表情變化的圖像中識(shí)別率較低，因此，要求來訪者不能有較大的面部表情變化。

四、結(jié)語

總之，門禁系統(tǒng)在對(duì)個(gè)人和單位的人身和財(cái)產(chǎn)安全保障方面具有重要的作用，但在人臉識(shí)別和身份認(rèn)證方面還有較大的研究空間，人臉識(shí)別技術(shù)在不可仿造性、方便性、安全性等方面的突出優(yōu)點(diǎn)，讓它在生物特征識(shí)別領(lǐng)域大發(fā)展非常迅猛，隨著企業(yè)對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的大力研發(fā)，其智能化水平越來越高，成本也在逐漸降低，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)：

[1]張晉銘.人臉識(shí)別在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子制作，2019（06）：51-53+98.

[2]朱盛萍，寧江.人臉識(shí)別技術(shù)門禁系統(tǒng)在高校公寓管理中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（18）：195-196.

[3]劉輝，葛昊.人臉識(shí)別技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].無線互聯(lián)科技，2017（24）：132-133+138.

[4]王堂旺. 嵌入式人臉識(shí)別技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].江蘇科技大學(xué)，2016.