摘 要：隨著近幾年公共衛(wèi)生事件的持續(xù)發(fā)展，人臉識別以及體溫測量已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于許多公眾活動。然而，由于技術(shù)的限制，許多不熟悉和沒有使用過智能設(shè)備的人士依然無法正常使用電子設(shè)備進行健康信息查詢。為了有效解決公共衛(wèi)生事件帶來的諸類問題，通過人臉識別、紅外測溫以及智能門禁這三個主要模塊設(shè)計開發(fā)出一款基于STM32單片機的人臉識別測溫智能門禁系統(tǒng)。它具備24 h連續(xù)運行的功能，能夠精準檢測出不符合公共衛(wèi)生要求的人的信息，如電話、身份證號、行程記錄、體溫檢測結(jié)果，從而及時發(fā)現(xiàn)和處理違反規(guī)定的行為，為社會提供更有效的防護手段。人臉識別測溫智能門禁可以應(yīng)用在醫(yī)院、地鐵和公交站等許多公共場景，有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：人臉識別；測溫；一體機；大數(shù)據(jù)；智能門禁；STM32單片機

中圖分類號：TP3-05 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）05-00-02

0 引 言

2019年末，新冠肺炎暴發(fā)，并迅速蔓延至全球范圍，給整個社會的生產(chǎn)發(fā)展以及人們的生活帶來了不利影響。而經(jīng)歷過這場疫情后，人們意識到加強此類公共衛(wèi)生事件的預(yù)防和應(yīng)對工作顯得尤其重要[1-2]。在疫情防控過程中，需要經(jīng)過大量的繁雜程序，如檢查體溫、查驗行程軌跡以及其他必要的信息，這些程序既耗費了大量的資金，又難以確定準確的信息。如果出現(xiàn)病毒感染反復(fù)，很難及早確定病情的來龍去脈和對有關(guān)人員進行救治以及保護。為此，本文開發(fā)一款人臉識別測溫門禁系統(tǒng)，可直接通過識別人臉后讀取相關(guān)行程軌跡并對其進行體溫測量。通過該系統(tǒng)不但能夠大幅提升體溫檢測速度，而且能夠加強對病毒的預(yù)測和監(jiān)測，并且能夠有效地阻止病毒的擴散和復(fù)發(fā)，做到病毒防控力度最大化。

1 系統(tǒng)總體框架及其工作原理

本文設(shè)計的系統(tǒng)是一款基于STM32單片機的人臉識別測溫智能門禁系統(tǒng)。在系統(tǒng)啟動和初始化完成后，使用人體紅外傳感器來監(jiān)控終端周圍的環(huán)境。當監(jiān)控到終端前有人時，激活該設(shè)備，以便快速準確地對目標進行面容識別。系統(tǒng)進行面容識別后將識別目標的身份證號和密碼，以及他們的其他相關(guān)信息，以便于能夠快速將它們與上位機的重要數(shù)據(jù)（如歷史體溫檢測結(jié)果、病歷以及行程軌跡等）相關(guān)聯(lián)。如果識別到被測人員的相關(guān)記錄都正常，那么系統(tǒng)指領(lǐng)被測人員到達人體測溫模塊進行實時測溫。如果測量的體溫顯示在正常范圍內(nèi)，則門禁系統(tǒng)的閥門打開，人員可以通行，相關(guān)數(shù)據(jù)將記錄到云平臺內(nèi)；如果測量人員的歷史記錄不正常[3]（如體溫檢測記錄異常、行程中有異常現(xiàn)象）等，則聲光模塊進行警報，提醒相關(guān)工作人員到現(xiàn)場進行后續(xù)工作的處理。待測人員體溫檢測以及行程軌跡等歷史記錄無論是否正常，都要在當前站點進行體溫測量，如果檢測到的體溫顯示不正常，則聲光模塊再次報警，同時將測溫站點、異常人員信息上傳平臺保留，并提醒組織根據(jù)被測人員云平臺記錄中行程軌跡快速查找密切接觸者。如果終端前沒有人，則返回繼續(xù)監(jiān)控，而當檢測到終端前長時間沒有人時，那么系統(tǒng)將進入待機狀態(tài)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

人臉識別測溫智能門禁系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)的架構(gòu)是以智能預(yù)防公共衛(wèi)生事件的需求為主導(dǎo)進行構(gòu)建的。該架構(gòu)充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢[4]，加強信息感知的廣度與深度，綜合應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)等前沿技術(shù)，搭建智能管理結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控以及查詢，提高應(yīng)對疫情防控處理速度和處理能力。系統(tǒng)包括感知層、處理層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層主要負責(zé)數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)了人臉識別信息的采集以及體溫的測量；處理層通過單片機進行數(shù)據(jù)處理；網(wǎng)絡(luò)層通過各種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、通信技術(shù)和傳輸媒介實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時、準確、可靠的傳輸；應(yīng)用層可以通過不同的移動終端共同對數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控管理。

3 系統(tǒng)技術(shù)路線

通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和其他先進技術(shù)有機地結(jié)合在一起，人臉識別測溫智能門禁一體機可以實現(xiàn)人臉識別、紅外測溫、云平臺數(shù)據(jù)處理和智能門禁。

3.1 人臉識別系統(tǒng)

（1）圖像采集是人臉識別的第一個步驟。通過攝像頭，可以捕捉到人臉的各種特征，包括狀態(tài)、位置、形態(tài)等，并將這些信息準確地呈現(xiàn)出來，從而實現(xiàn)在攝像頭采集的圖像上對人臉的精確定位。

（2）人臉檢測：從采集到的圖像中根據(jù)一般的人臉細節(jié)特征將人臉面部分離出來，然后需要對面部識別信息進行預(yù)處理。經(jīng)過多種技術(shù)手段，如直方圖均衡[5]、中值濾波、幾何歸一化，可以大大增強人臉識別效果，提高人臉識別的魯棒性。這些技術(shù)可以幫助我們從海量數(shù)據(jù)中提取出有價值的人臉特征，從而更好地識別復(fù)雜的場景，降低復(fù)雜的場景對人臉識別的影響。

（3）通過特征值[6]提取，可以篩選出最有助于分類的特征，并通過降維技術(shù)將其保留下來，以達到最佳的效果。特征值的提取是非常關(guān)鍵的步驟。

（4）通過人臉識別技術(shù)，可以將以上收集和整理的面部特征信息與數(shù)據(jù)庫中信息進行比對，以確定最佳的匹配閾值，得到最為準確的結(jié)果。

3.2 紅外測溫系統(tǒng)

當進入到被測區(qū)域范圍時，系統(tǒng)通過超聲波[7]測量距離，可以確定被測量對象與測溫儀之間的最優(yōu)距離，然后將測量的最優(yōu)距離結(jié)果傳給STM32單片機。測溫儀測量之后，將被測對象的實際體溫通過液晶顯示屏顯示出來。系統(tǒng)初始化時確定一個特定的體溫參考點，如果被測對象的實際體溫高于這個參考點，則被測量對象的體溫異常，蜂鳴器報警模塊就會發(fā)出警報，同時攝像頭模塊會對被測對象拍攝照片，將照片傳輸?shù)皆贫说臄?shù)據(jù)庫進行保存處理；如果被測量對象實際體溫正常，攝像頭模塊也對其進行拍照上傳到數(shù)據(jù)庫。

3.3 智能門禁系統(tǒng)

智能門禁系統(tǒng)工作流程如圖2所示。系統(tǒng)將面容識別的數(shù)據(jù)收集上傳至云平臺數(shù)據(jù)庫中進行對比匹配[8]，對人員的身份與路程軌跡、體溫等相關(guān)信息進行檢測。當檢測到一切正常時，則下達正常指令開鎖。否則蜂鳴器報警，通知工作人員處理[9]。

4 結(jié) 語

人臉識別測溫智能門禁一體機主要分為主控層、通信層、設(shè)備層。當有人進入到監(jiān)測范圍內(nèi)時，雙目活體檢測攝像頭對來訪者拍照后進行人臉識別。將人臉識別信息上傳，并與云平臺數(shù)據(jù)比對后采取身份認證，與此同時進行行程軌跡查驗和紅外體溫檢測，當體溫檢測正常且相關(guān)信息驗證核實通過時，智能門禁的閘機打開，來訪人員通行，否則對不符合條件的來訪者進行報警處理。相比傳統(tǒng)的測溫檢查方式，該一體機能夠大大節(jié)約人力[10]，降低成本，它的效率、準確性和實時性高，具有非常好的應(yīng)用前景，適用于各個行業(yè)。

注：本文通訊作者為呂坤。

參考文獻

[1]王繼超，張麗娟，尤田，等.人臉識別的智能防疫系統(tǒng)設(shè)計[J].河北水利電力學(xué)院學(xué)報，2021，31（4）：55-59.

[2]王孟強. 基于人臉識別的紅外測溫系統(tǒng)實現(xiàn)[D].北京：北京交通大學(xué)，2022.

[3]徐耀，劉步中，翟德超.基于健康碼識別檢測預(yù)警的智能門禁終端系統(tǒng)設(shè)計[J].電子制作，2021，28（18）：40-42.

[4]崔志誠，馬勝.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工地[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47（2）：33-35.

[5]陳放. 基于人臉識別的智能防疫系統(tǒng)[D].青島：青島大學(xué)，2021.

[6]李江.紅外圖像人臉識別方法研究[D].長沙：國防科技大學(xué)，2005.

[7]關(guān)爽，蔣志豪，陳茜，等.基于非接觸式的紅外智能測溫系統(tǒng)[J].電子制作，2021，28（11）：32-33.

[8]張宣妮，馬秀霞，魯方瑩，等.智慧小區(qū)的人臉識別門禁系統(tǒng)[J].信息系統(tǒng)工程，2021，34（4）：95-96.

[9]謝鑫焱，祁晉東，楊晨，等.智慧社區(qū)防疫門禁系統(tǒng)設(shè)計[J].黑龍江科學(xué)，2023，14（2）：105-107.

[10]袁瑋含，胡立夫，李宏宇，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院疫情防控系統(tǒng)設(shè)計[J].電子產(chǎn)品世界，2022，29（11）：50-54.

作者簡介：劉易典，女，宿遷學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生。

呂 坤，男，碩士，實驗師，研究方向為計算機軟件與理論。

丁夢婷，女，宿遷學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生。

林亦心，女，宿遷學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生。

姜雅靜，女，宿遷學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生。

收稿日期：2023-05-04 修回日期：2023-06-02

基金項目：宿遷學(xué)院校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（2022XSJ 076Y）