吳 明

（無錫市旅游商貿(mào)高等職業(yè)技術學校,江蘇 無錫 214000）

智能技術水平不斷提升,已被推廣應用于城市化建設的各個領域,在門禁系統(tǒng)設計中,也可應用智能化技術。人臉識別技術可被應用于門禁管理中,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)設計中,通過應用無線網(wǎng)絡,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)絡傳感器設計人臉識別系統(tǒng),能夠有效減少門禁系統(tǒng)安裝工作量,同時降低產(chǎn)品應用成本,提高管理便捷性。因此,亟需對基于無線網(wǎng)絡的人臉識別門禁系統(tǒng)設計和實現(xiàn)方式進行深入研究。

1 人臉識別門禁系統(tǒng)的識別方式

1.1 密碼門禁

用戶對出入門禁系統(tǒng)設定密碼,在出入門禁系統(tǒng)時,通過輸入預先設定的密碼,即可完成驗證。出入門禁系統(tǒng)鍵盤類型主要有兩種,即機械鍵盤以及屏幕鍵盤。與機械鍵盤相比,屏幕鍵盤具有亂序鍵盤功能,雖然應用成本比較高,但是智能性強,可根據(jù)實際需要更改順序,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、近場通訊等形式確定卡片密鑰,根據(jù)密鑰對用戶進行驗證分析,判斷是否能夠打開門禁。第一,磁卡。在門禁系統(tǒng)中,磁卡的應用比較常見,成本較低,但在受到強磁體影響后容易發(fā)生磁化,導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)可保存較長時間,能夠保證數(shù)據(jù)安全性,同時還可實現(xiàn)雙向控制。

1.3 生物識別

在生物識別技術的實際應用中,需對人或者動物表面的生物特性進行分析,據(jù)此識別,生物特性識別方式主要有以下幾種類型：第一,指紋識別。人手指指紋具有獨特性,通過將其應用于門禁識別中,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,也會造成識別時間延長,或者識別失敗；第二,虹膜識別。虹膜識別方式可利用人眼球虹膜進行識別,虹膜特征復雜,具有唯一性特征。虹膜識別方式的應用優(yōu)勢在于識別過程可靠性高,用戶使用方式便捷,但是圖像獲取設備的應用成本高,并且虹膜識別算法復雜,因此很難得到推廣應用[1]。

1.4 人臉識別

所有人的臉部都具有唯一性特征,在人臉識別技術的實際應用中,需對人臉部的關鍵特征進行識別和分析,據(jù)此完成身份驗證。首先,攝影機拍攝人臉圖像,對人臉進行自動化檢測,然后再對圖像進行預處理、檢測,據(jù)此提取出圖像中的關鍵特征,并完成人臉識別。在人臉識別技術的實際應用中,不僅識別方式快速便捷,而且不會受到障礙物影響,但是識別過程比較復雜。

2 無線網(wǎng)絡在人臉識別門禁系統(tǒng)中的應用優(yōu)勢

隨著科學技術的快速發(fā)展,身份驗證方式不斷增多,生物識別方式的應用比較常見。在生物識別方式中,人臉識別方式快速便捷,用戶在使用門禁系統(tǒng)時,能夠實現(xiàn)無障礙驗證,因此,與其他生物識別方式相比具有獨特性。

人臉識別技術涉及多個領域,包括模式識別、圖像處理、機器視覺等,在實際應用中,通過采用攝像頭即可捕捉人臉圖像信息,再利用計算機技術對所采集的人臉圖像進行全面細致的分析,并與計算機中所存儲的圖像進行對比,在細節(jié)對比完成后,如果圖像匹配,則可獲得識別結果。

通過將無線網(wǎng)絡技術應用于人臉識別門禁系統(tǒng)設計中,能夠提升門禁系統(tǒng)智能化水平,對企業(yè)、單位、家庭、實驗室等門禁進行智能化管理,拓展門禁系統(tǒng)的應用功能,同時為用戶提供便捷,進而滿足用戶個性化需要[2]。

3 基于無線網(wǎng)絡的人臉識別門禁系統(tǒng)架構設計

3.1 系統(tǒng)的體系架構設計

基于無線網(wǎng)絡的人臉識別門禁系統(tǒng)是由兩個模塊組成的,第一,從機模塊；第二,控制中心模塊,在兩個模塊之間,可應用無線通信連接形式。在系統(tǒng)實際運行過程中,主機攝像頭模塊的作用是采集數(shù)據(jù),以系統(tǒng)中注冊的人員作為依據(jù),將所有子節(jié)點組合成為多個訓練集,對于所有訓練集,可傳輸至各個子節(jié)點,在系統(tǒng)運行過程中,子節(jié)點可將訓練集作為依據(jù),據(jù)此進行人臉識別。從機首先采集人臉信息數(shù)據(jù),再與從機中所存儲的訓練集進行比較,當完全匹配后,即可自動化開啟門鎖。基于無線網(wǎng)絡的人臉識別門禁系統(tǒng)硬件結構形式如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構圖

（1）主節(jié)點設計。在該系統(tǒng)中,只有一個主節(jié)點可作為無線網(wǎng)絡節(jié)點紐帶,對整個系統(tǒng)通信連接進行統(tǒng)籌管理。另外,在識別人臉特征信息后,服務器即可將特征信息發(fā)送至各個子節(jié)點中,其能夠根據(jù)人臉特征信息對人臉進行識別驗證。

（2）子節(jié)點設計。在該系統(tǒng)中,子節(jié)點的數(shù)量比較多,在各個節(jié)點之間沒有干擾因素,并且擴展性優(yōu)勢明顯。子節(jié)點能夠完成人臉特征信息采集,同時還具有門禁開關控制功能,在子節(jié)點與主節(jié)點之間,可利用無線網(wǎng)連接方式。子節(jié)點在控制中心作用下,即可獲得人臉訓練集,并進行比較分析完成人臉信息匹配,控制門禁開關[3]。

3.2 基于WPF平臺交互式服務端設計

在創(chuàng)建服務端交互平臺時,要求界面操作方式便捷,如果應用MFC平臺Windows應用程序,則界面不友好,并且UI單調(diào),另外,微軟官方已不負責對MFC平臺進行維護,因此,不可應用MFC平臺。WPF為一種新型軟件開發(fā)技術類型,針對媒體、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)絡技術的快速發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)桌面應用程序界面封裝庫不斷增多,應用方式快速便捷。在WPF開發(fā)平臺中,程序人員與設計人員之間合理分工,例如,在美工設計中,可應用ExpressionStudio,界面具有可視化特征,而程序開發(fā)技術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、可視化界面設計方面,WPF均能夠提供像素坐標,便于進行應用程序開發(fā),因此,可采用WPF進行設計。在利用WPF開發(fā)應用程序時,需采用C#語言,與C語言相比應用效率比較低。在本次研究中,需應用人臉識別算法,對于運行效率的要求比較高,因此,可采用DLL動態(tài)鏈接庫,對于人臉識別算法,可應用C語言編制DLL動態(tài)鏈接庫,然后在WPF中與DLL動態(tài)鏈接庫進行連接[4]。

3.3 基于Linux+QT+OpenCV平臺的嵌入式客戶端設計

由于系統(tǒng)具備圖像處理功能,因此對于嵌入式平臺硬件的要求比較高,對此,可采用ArmA8進行處理,同時將Tiny210學習板作為本嵌入式客戶端。對于操作系統(tǒng),可選擇Android、WindowsCE或者Linux,在Android的實際應用中,要求采用虛擬機,但是如果程序運行效率比較高,則速度較慢,雖然已退出NDK,但是經(jīng)過測試分析穩(wěn)定性比較差。另外,WindowsCE系統(tǒng)能夠與Windows進行有效銜接,但是在人臉識別系統(tǒng)的實際應用中,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),不僅運行效率高,而且開發(fā)性較強。因此,在人臉識別系統(tǒng)設計中,應用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,可應用QT4[5]。

3.4 系統(tǒng)安全設計

（1）特征信息傳輸安全。對于特征信息,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。對此,在系統(tǒng)特征信息的傳輸過程中,需應用加密算法,根據(jù)本系統(tǒng)設計要求,可應用AES對稱加密算法。在AES算法的實際應用中,需將排列運算和置換運算作為基礎,在排列運算方式的應用中,要求妥善處理各類數(shù)據(jù),而在置換運算方式的應用中,要求將一個數(shù)據(jù)單元提出按至其他數(shù)據(jù)單元中。在AES算法的實際應用中,需采用多種方式執(zhí)行排列運算以及置換運算。AES算法為迭代的、對稱密鑰分組的密碼,可應用128位、192位或256位密鑰,同時還可采用128位分組形式對數(shù)據(jù)進行加密處理或者解密處理。在本次研究中,為了提升系統(tǒng)應用性能,采用128位加密密鑰。

（2）本地文件安全校驗。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)應用安全性,應注意避免修改文件,對于所有文件,采用MD5驗證方式,當驗證成功后,即可進行文件加載,但是,如果MD5驗證失敗,則應該通過服務器重新獲取文件,然后再完成文件加載。

在對基于無線網(wǎng)絡的人臉識別門禁系統(tǒng)進行設計時,首先對系統(tǒng)架構進行設計,對整個架構的科學性和合理性進行分析,然后再進行WPF平臺交互式服務端設計、Linux+QT+OpenCV平臺的嵌入式平臺設計,最后完成系統(tǒng)安全性設計,能夠有效保證系統(tǒng)使用性能和安全性。

4 基于無線網(wǎng)絡的人臉識別門禁系統(tǒng)架構實現(xiàn)

4.1 基于WPF平臺服務器交互系統(tǒng)實現(xiàn)

（1）主界面實現(xiàn)。用戶首先在系統(tǒng)界面輸入用戶名以及密碼,即可進入系統(tǒng),在后臺完成邏輯驗證。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)為樹形結構,包含所有用戶以及用戶分組的名稱,在各個分組中包含所有用戶成員；用戶權限信息區(qū)中包括門禁按鈕以及滾動條；另外,功能區(qū)可提供4個按鈕,通過選擇不同按鈕,即可進入其對應的窗口。

（2）添加用戶實現(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,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)進行比較,判斷是否已存儲,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)絡配置界面實現(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)進行連接,最后設置IP信息。

（4）增加門禁實現(xiàn)。在系統(tǒng)設計和實現(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)文字以及傳輸進度條。

4.2 嵌入式門禁客戶端實現(xiàn)

在嵌入式門禁客戶端的實現(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)絡狀態(tài)、連接無線、人臉顯示、攝像頭顯示、關閉攝像頭、打開攝像頭、結果顯示以及連接無線網(wǎng)組成的。

系統(tǒng)后臺可與無線網(wǎng)絡進行連接,在本次研究中,將無線網(wǎng)絡應用于人臉識別系統(tǒng)設計中,因此,可利用無線網(wǎng)絡技術進行連接。開發(fā)板系統(tǒng)中包含無線網(wǎng)連接程序,在具體的設計和實現(xiàn)過程中,無需單獨編制程序,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)存儲至VideoDevice類,并完成代碼模塊化。當數(shù)據(jù)采集完成后,可將數(shù)據(jù)轉變?yōu)镼Iamge類型,然后再進行檢測,并存儲至FaceDetect類。在系統(tǒng)的實際應用中,在獲得人臉數(shù)據(jù)并識別完成后,即可打開門禁。

5 結束語

近年來,智慧城市建設速度不斷加快,在智能家電、物流管理以及智能門禁中,均推廣應用無線網(wǎng)絡技術,能夠有效提高各類設備系統(tǒng)應用便捷性。在門禁系統(tǒng)中,人臉識別方式應用優(yōu)勢明顯,因此,在門禁系統(tǒng)的設計和應用中,應積極推廣應用無線網(wǎng)絡技術。對此,本文對無線網(wǎng)在人臉識別系統(tǒng)設計和應用中的應用方式進行了詳細探究,在該系統(tǒng)設計中,可利用WPF平臺創(chuàng)建用戶服務管理系統(tǒng),對所有門禁端進行有效控制,在數(shù)據(jù)傳輸方面,可利用服務器、客戶端以及無線網(wǎng),在數(shù)據(jù)采集完成后,數(shù)據(jù)運算方式快速便捷。在該系統(tǒng)設計中應用DLL鏈接人臉訓練算法,能夠有效緩解運算壓力,另外,嵌入式端基于Linux系統(tǒng),能夠為人臉識別提高穩(wěn)定、高效的運行平臺。