基于人脸识别的开放性实验室管理系统

孙雨帆 程晗 张海鑫 陈儒敏 于静

摘要：针对开放性实验室管理系统这个特殊的环境上，本文提出一套基于人脸识别技术实现实验室日常运行的管理系统，推动管理自动化这一理念的实施。本篇论文对系统的组成结构、工作原理、算法代码等方面进行探讨。本课题经过了分析，针对开放性实验室这一特殊环境，引入人脸识别系统，作为身份识别判定标准，与此同时引入语音识别系统对人员目的进行记录，减少人员对系统的直接操作。

关键词：人脸识别；语音识别；开放性实验室；管理自动化

中图分类号：TP18 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）08-0157-02

开放性实验室是高校为了培养学生独立自主使用实验室学习而准备的特殊环境，但传统的开放性实验室管理中，多采用人工登记或找管理人员申请磁卡进出实验室，在这种管理下，不仅会增加管理人员工作的负担，同时也会出现磁卡丢失、冒用的现象，不利于开放性实验室的日常管理。随着人脸识别技术的完善，人脸这一生物体征具有“人脸无法替代”性、非侵犯性，使人脸对人员身份具有唯一标识性，因此，本项目将人脸识别和语音识别这两项技术引入开放性实验室的门禁以及日常管理中，同时系统自身通过识别结果判断人员进入权限和生成使用记录，达到减少管理开销的目的，辅导教师也可以通过系统，掌握学生对实验室的使用情况，方便及时的做出决策，指导学生的日常学习。

1 选择人脸识别技术的原因

现阶段的自动门禁系统基本可以分为基于传统的标识物品进行验证的以及生物特征验证的这两种方式[1]，见表1。标识物品验证的身份验证是对人所持的卡片、密码等物品进行检验，以完成对用户身份识别。

但是随着技术的发展和信息安全手段的提高，物品验证身份的安保方式受到了极大的挑战，基于生物活体固有的生理特征识别的技术得到了快速的发展，并且被快速的应用到相关的领域。生物学特征为身份验证提供了可靠、稳定的验证方式。相较于传统的识别方式的对比见表2。

在众多的生物学特征中进行筛选，基于各个生物特征的优缺点分析，见表3。选择了人脸识别作为本系统的门禁系统的识别条件。

2 基于人脸识别的开放性实验室管理系統组成结构

本系统由单片机终端、门禁控制器、楼层服务器、申请使用系统构成。详情见图1。

楼层服务器可以对本实验楼层内的门禁系统的控制单元进行远程操作，一个控制单元由一个人脸识别终端，一个语音采集终端，一个门铃按钮。

通过注册申请的网站进行数据的统计和审核，实现管理自动化，将统计到的信息进行汇总交由审核人员进行审核，通过的信息经由TCP/IP协议的方式发送到楼层的服务器中，再由服务器定期将信息发送到各个实验室门禁终端，本系统的工作方式，如图2。

3 基于人脸识别的开放性实验室管理系统硬件部分

这里选择树莓派作为人脸识别终端核心，包括存储器、输入输出设备、数据通路、wifi模块、拍照设备、语音采集设备等一系列硬件模块组建[2]。人员到达实验室时，按下门铃按钮，系统开始进行运作，将拍照设备捕捉到的图像与本地人脸库进行对比，从而达到利用人脸识别来进行身份确定的目的。

然后调用语音采集模块，对人员进行语音学习目标的收集，并转化为文字存储，定期将收集数据进行汇总发送到服务器，并进行数据的整合汇总处理，在网站上通过数据报表的形式向负责老师进行展示。代码框图，如图3。

4 基于人脸识别的开放性实验室管理中层枢纽系统

楼层服务器在系统中起到了中间枢纽的作用，利用集成的wifi模块进行数据的收发，接受各个终端的打卡记录，定期将数据进行汇总发往服务器，并对实验室的情况进行监视汇总情况数据。

中层枢纽的作用可以进行快速的标识减轻主服务器的压力和终端的体积，使服务器更加专注于数据处理和web业务，终端专注于人脸识别和门禁功能的实现。中层枢纽减轻了终端的任务压力，每个星期根据打卡记录进行对人员名单进行更新，加速人脸识别的效率。

5 结语

最近几年，人工智能发展迅速，各种人工智能算法别应用故意各行各业，人脸识别和语音识别作为其中的一部分同样被大范围的引用，但是仍具有一些弊端，急需解决，应用领域应当继续进行扩展，并且与其他技术进行融合以及完善算法提高识别精准概率是未来的研究方向。

参考文献：

[1] 张静端 基于人脸识别技术的图书馆门禁系统的研究 计算机应用技术图形图像处理，2016（18）.

[2] 周小仨.嵌入式系统人脸识别技术的研究及实现[J].电子制作， 2015（3）：254-255.

【通联编辑：唐一东】