人臉識(shí)別智能宿舍管理系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)

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摘要：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能管理系統(tǒng)已應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，本文從人臉識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別原理，系統(tǒng)構(gòu)成與運(yùn)算處理方式介紹了人臉識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)建，并結(jié)合宿舍智能化管理平臺(tái)融合人臉識(shí)別的開(kāi)發(fā)講解了人臉識(shí)別的智能化宿舍管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序，平臺(tái)設(shè)計(jì)內(nèi)容等相關(guān)信息。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別；宿舍管理；智能化管理

引言

目前人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)非常廣泛，刷臉的應(yīng)用已經(jīng)體現(xiàn)出此項(xiàng)技術(shù)的成熟，而利用這項(xiàng)成熟的技術(shù)，稍做調(diào)整連接到已知數(shù)據(jù)庫(kù)人員信息就可直接應(yīng)用到已有的管理系統(tǒng)中。為保證宿舍內(nèi)的安全，防止陌生人進(jìn)入，現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹人臉識(shí)別與宿舍管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

1人臉識(shí)別

人臉識(shí)別是通過(guò)電子設(shè)備采集的人像，利用面部特征信息進(jìn)行身份驗(yàn)證的一種仿生技術(shù)。利用照相機(jī)、手機(jī)、攝像機(jī)等電子設(shè)備的攝像頭拍攝采集圖像，并從圖像中辨識(shí)人臉跟蹤檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)到的人臉進(jìn)行辨認(rèn)的一系列技術(shù)手段，叫作人臉識(shí)別通俗叫為刷臉[1]。

1.1幾何特征的人臉識(shí)別方法

人臉幾何特征識(shí)別是針對(duì)臉型與五官眼睛、鼻子、嘴巴等面部器官形狀樣式大小，以及相互之間的距離尺寸，這種判斷方式應(yīng)用的算法簡(jiǎn)單，人臉識(shí)別快速，而且占用系統(tǒng)內(nèi)存等資源較少，但是缺點(diǎn)是可識(shí)別率較低，存在識(shí)別錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2基于特征臉識(shí)別方法

特征刷臉?lè)椒ㄊ鞘褂萌四樤诘途S空間的線性投影，將這些投影用作識(shí)別的特征矢量，這就是特征識(shí)別的基本思想。就是將同一張臉用不同的角度進(jìn)行投影，得出不同的檢測(cè)結(jié)果，得到一組新的正交基，再進(jìn)行按相似的方法進(jìn)行分類。保留其中重要的正交基，由這些基可以張成低維線性空間。通過(guò)投影方式得到新變換結(jié)果轉(zhuǎn)換到另一個(gè)空間，同一個(gè)類別的圖像分類到一起，差距較大的圖像會(huì)在維度上離得比較遠(yuǎn)，在受到圖像采集時(shí)的各種因素的影響，包括采集時(shí)的光照、拍攝的視角、選取的背景等不同，會(huì)造成同一個(gè)目標(biāo)的圖像都會(huì)產(chǎn)生很大的視覺(jué)信息上的不同。

1.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別是對(duì)圖像降低分辨率，將圖像分成二維數(shù)組區(qū)域，每個(gè)區(qū)域按照統(tǒng)一的等比抽取方式將人臉圖像進(jìn)行二階矩采集。這類方法相對(duì)于傳統(tǒng)的方式同樣采集面部信息，需要的樣本相對(duì)減少，同時(shí)辨別的數(shù)據(jù)減少但檢測(cè)的可靠性并沒(méi)有過(guò)多的影響，現(xiàn)在應(yīng)用中是一種十分高效的方式。人臉識(shí)別的有方法很多，除以上介紹的一些經(jīng)典方式外，還有彈性圖匹配的人臉識(shí)別方法，線段距離的人臉識(shí)別方法，以及支持向量機(jī)的人臉識(shí)別方法，當(dāng)前的控制系統(tǒng)中多采用多方法的融合的方式進(jìn)行辨別計(jì)算，以提高識(shí)別率。

2面部識(shí)別系統(tǒng)

人臉識(shí)別系統(tǒng)主要包括四個(gè)過(guò)程組成：攝像頭采集人臉圖像，在采集的圖像中進(jìn)行視頻圖像幀提取，對(duì)提取的圖像首先給予處理再進(jìn)行定位檢測(cè)，定位后的人臉圖像經(jīng)過(guò)歸一化的特征處理就可以與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行比對(duì)，輸出對(duì)比結(jié)果。舉例說(shuō)明通過(guò)在OpenCV中處理視頻，CvCapture結(jié)構(gòu)包含從攝像機(jī)或視頻文件中讀取幀所需的信息。

2.1人臉圖像采集及檢測(cè)

攝像頭根據(jù)外側(cè)移動(dòng)物體在通過(guò)特征識(shí)別的方式對(duì)人臉進(jìn)行識(shí)別并采集靜態(tài)與動(dòng)態(tài)圖像，根據(jù)位置角度的不同抓取采集多張畫面，從中選出位置最佳的人臉圖像，當(dāng)攝像頭內(nèi)出現(xiàn)圖像變化時(shí)，采集設(shè)備就會(huì)根據(jù)人臉特征搜索圖像中的人臉位置截取轉(zhuǎn)換為電子照片。人臉識(shí)別的預(yù)處理過(guò)程主要是對(duì)人臉檢查，在采集到的圖像中辨別人臉位置輪廓并標(biāo)記截取。人臉圖像特征豐富，利用這些特征實(shí)現(xiàn)人臉檢測(cè)，并把這其中有用的數(shù)據(jù)信息記錄。通常采集圖像中的顏色、模板樣式、結(jié)構(gòu)比例及Haar轉(zhuǎn)換為直方圖以表象特征，基本上是把一些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分成直方圖類比的方式初步判斷。

2.2人臉圖像預(yù)處理

采集的人臉圖像首先進(jìn)行預(yù)處理，減少不必要的干擾信源，降低運(yùn)算對(duì)比量，提高識(shí)別效率。對(duì)于人臉的圖像預(yù)處理基本是在圖像中將人臉識(shí)別出來(lái)的一個(gè)檢測(cè)過(guò)程，去除周圍背景，剪輯出面部結(jié)構(gòu)圖像，主要根據(jù)顏色，灰度，對(duì)比度以及結(jié)構(gòu)特征，去除原始圖像由于受到各種條件的干擾信息，獲取理想圖像，并進(jìn)行對(duì)面部的校正，濾波與銳化處理，得到獨(dú)立完整的面部信息。

2.3人臉圖像特征提取

人臉特征提取就是針對(duì)人臉的面部結(jié)構(gòu)特有的一些特征進(jìn)行提取，主要分為圖像外觀視覺(jué)特征、圖像像素色彩、灰度統(tǒng)計(jì)、圖像變換系數(shù)、圖像維度的代數(shù)等。[2]面部特征提取也就是人臉表面外觀特征的提取，它是對(duì)人臉特征采用數(shù)學(xué)算法建立模型的過(guò)程。面部特征提取的分為表征方提取法和代數(shù)特征統(tǒng)計(jì)法。特征提取方法主要是依照面部器官的分部描述出個(gè)部位的距離以及器官對(duì)于面部的大小比例。人臉由眼、耳、鼻、口的五官與臉蛋下巴等構(gòu)成，對(duì)這些是依靠幾何描述建立的局部特征和結(jié)構(gòu)關(guān)系模型，可作為重要因素對(duì)特征識(shí)別，屬于幾何模型特征模板匹配法。

2.4人臉圖像匹配

人臉圖像匹配是通過(guò)對(duì)采集的人臉信息與預(yù)設(shè)人臉信息進(jìn)行對(duì)比，比較各數(shù)據(jù)差異在設(shè)定閾值內(nèi)，也就是采集信息與對(duì)比信息差異度未超出設(shè)定范圍，則判定匹配結(jié)果正確，對(duì)比數(shù)據(jù)為人臉信息預(yù)處理后建立的特征模型數(shù)據(jù)。但根據(jù)人臉的相似性與易變性這個(gè)閾值的設(shè)定非常關(guān)鍵，過(guò)大會(huì)造成識(shí)別錯(cuò)誤，太小又會(huì)無(wú)法識(shí)別。因此在設(shè)計(jì)識(shí)別系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)硬件精度與軟件算法都非常關(guān)鍵。人臉相似性：人臉在性質(zhì)上看不同個(gè)體之間的區(qū)別并不是不很大，且所有的人的臉部結(jié)構(gòu)都是一樣的，只是相互之間的細(xì)微尺寸、比例、結(jié)構(gòu)有所不同，甚至人臉上的各個(gè)器官的外形都非常的相似，面部結(jié)構(gòu)也都相同。結(jié)合這一特點(diǎn)對(duì)于鎖定人體面部器官，利用人臉結(jié)構(gòu)進(jìn)行鎖定非常準(zhǔn)確，但是對(duì)于不同人臉識(shí)別是有難度的。人臉易變性：人臉的外形通過(guò)不同表情表現(xiàn)出很不穩(wěn)定，通過(guò)臉部不同部位的肌肉的變化產(chǎn)生器官結(jié)構(gòu)位置的變化的多種表情，包括在不同角度觀察出現(xiàn)的投影都是不一樣的；另外，人臉在識(shí)別過(guò)程中還受外界環(huán)境因素影響很大，光線明暗度以及頭發(fā)眉毛胡須也是不相同的，也會(huì)受到年齡等多方面因素的影響。因此在人臉識(shí)別過(guò)程中，需要考慮的因素很多，要建立各種算法在人臉識(shí)別中，以消除面部的相似性與多變性。

3智能宿舍管理系統(tǒng)

針對(duì)宿舍人員密集，進(jìn)出頻繁的現(xiàn)象，利用人臉識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行管理是最為安全高效的，主要將原有宿舍的管理進(jìn)行系統(tǒng)功能要求的描述，并設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)與系統(tǒng)功能建立連接并生產(chǎn)項(xiàng)目管理器（數(shù)據(jù)庫(kù)和表的建立，表單與代碼設(shè)計(jì)，報(bào)表的設(shè)計(jì)，菜單的設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)）建立一個(gè)完整的管理系統(tǒng)與面部識(shí)別系統(tǒng)完全融合，達(dá)到無(wú)人智能化管理的效果。開(kāi)發(fā)環(huán)境采用VisualC++，OpenCV與SQLserver軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

3.1宿舍人臉簽到管理

通過(guò)人臉識(shí)別系統(tǒng)，達(dá)到進(jìn)出人員在宿舍考勤簽到時(shí)間登記系統(tǒng)，自動(dòng)識(shí)別記錄人員進(jìn)出數(shù)量，統(tǒng)計(jì)人員回歸考勤信息，生成宿舍管理報(bào)表。無(wú)需手動(dòng)簽字或排隊(duì)刷卡和設(shè)備操作，既節(jié)約了操作等待的時(shí)間又避免了打卡設(shè)備的安裝維護(hù)工作，也防止代打卡進(jìn)入的行為造成管理混亂的情況發(fā)生。同時(shí)在后臺(tái)管理系統(tǒng)中可以直接進(jìn)行搜索報(bào)表查詢，每日進(jìn)出時(shí)間，目前宿舍內(nèi)人員數(shù)量等基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)信息。

3.2個(gè)人信息登記系統(tǒng)

通過(guò)前端的人臉識(shí)別，信息抓取系統(tǒng)的完成，對(duì)后臺(tái)信息也要建立強(qiáng)大的運(yùn)算對(duì)比能力，并建立完整而完善的數(shù)據(jù)庫(kù)信息項(xiàng)目，避免遺漏任何一個(gè)有用的信息，且不宜過(guò)于繁雜造成系統(tǒng)運(yùn)算工作繁重，產(chǎn)生緩慢滯后現(xiàn)象，造成系統(tǒng)崩潰。一個(gè)完善的數(shù)據(jù)庫(kù)需要建立在信息需求的基礎(chǔ)上，且分塊存儲(chǔ)，利用程序進(jìn)行各數(shù)據(jù)的連接達(dá)到區(qū)塊化管理，系統(tǒng)化連接的結(jié)構(gòu)模型。也會(huì)方便于日后的維護(hù)與項(xiàng)目升級(jí)工作。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)因分區(qū)塊建立列表的方式，將每種類型的數(shù)據(jù)建立一個(gè)表格，此項(xiàng)目采用SQLServer軟件管理全部數(shù)據(jù)信息。采集信息與數(shù)據(jù)對(duì)比代碼如下：

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建

建立人臉識(shí)別系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理存儲(chǔ)，前端與后臺(tái)管理系統(tǒng)軟件完成后，就需要建立一個(gè)程序?qū)蓚€(gè)信息的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理[3]。并且防止數(shù)據(jù)信息泄漏，建立結(jié)構(gòu)采用分區(qū)域網(wǎng)關(guān)機(jī)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)于智能化管理信息提醒功能，也是通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)記錄優(yōu)化后的信息實(shí)時(shí)更新刷新，保證提醒信息的準(zhǔn)確性，防止造成信息錯(cuò)亂而產(chǎn)生誤操作。達(dá)到靈活設(shè)置提醒策略，實(shí)現(xiàn)作息時(shí)間異常提醒，公寓訪客人員信息保存，納入全校動(dòng)態(tài)布控系統(tǒng)。

4結(jié)語(yǔ)

智能化管理宿舍系統(tǒng)結(jié)合人臉識(shí)別系統(tǒng)，可以方便管理宿舍入住人員，對(duì)于宿舍入住、調(diào)整信息可以集中辦理，采集信息后各宿舍可通過(guò)人臉識(shí)別門禁功能達(dá)到無(wú)人值守宿舍，達(dá)到進(jìn)出時(shí)間記錄，并根據(jù)人員預(yù)約的提醒信息，對(duì)進(jìn)入人員進(jìn)行預(yù)約提醒，防止忘記誤事，進(jìn)一步可以保證宿舍內(nèi)的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]甘澎,鮑蓉.高校宿舍管理中人臉識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].數(shù)字化應(yīng)用,2019,25(44):155-156.

[2]孫殿波,曾慶虎.信息化人臉識(shí)別技術(shù)在高校管理中的應(yīng)用研究[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2018(8):75-76.

[3]王萍.人像識(shí)別技術(shù)在高校管理中的應(yīng)用研究——以三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例[J].信息與電腦.2019(19):106-108.

[4]宿靜宜,劉久付,楊明海.采用人臉身份識(shí)別的智慧門禁系統(tǒng)[J].軟件導(dǎo)刊,2019(4):32-35.

作者：羅莎 單位：北海職業(yè)學(xué)院