基于嵌入式操作系统人脸识别电梯控制

赵康，蔡鹏德

（安徽理工大学电气与信息技术学院，淮南 232001）

0 引言

人脸识别系统早在20 世纪60 年代已经有人开始研究，发展到今天技术水平以及行业已经相对成熟。就电梯梯控系统来说，人脸识别电梯控制系统显得更加智能，只要能站在电梯里，就能通过相机采集到的视频信息分析出人脸大小、面部特征的位置和形状与存储信息库中的人脸进行对比，以此检验来人的身份，并判断出其人有没有使用电梯的权限，将陌生人挡在门外面［1］。并且比起虹膜识别系统，人脸识别系统的识别效率更高更快，只要通过摄像头快速采集成像就可以，不用像虹膜识别系统那样刻意的进行比对［1］，电梯控制系统不仅能够联网进行实时监控，还能够独立运行，通过电梯专用数据采集器，能够实现电梯主控板位于电脑的通讯［2］。

其他识别方式相比，其他生物识别技术在采集过程中会与物体接触，会导致人们体验感不是很好［3］。现在人脸识别还有很多复杂问题需要解决，比如在不同场景下以及环境复杂的一些场景中，识别速度慢以及会出现误识别等问题。除此之外，隐私性和安全性一个需要考虑的重要一点［4］。

人脸识别电梯控制系统相对比较安全，平时我们经常使用的IC 卡容易丢失，但是人脸是不可能丢失的，而且还可以通过人脸识别活体判断有活性判断的能力，可以避免使用照片或是蜡像欺骗系统进行识别。而且也不像指纹识别那样与需要我们与设备有直接的接触，甚至有时候需要反复检验才能确定其身份，更何况以现代的技术发展窃取一个指纹实在轻而易举。然后就是人脸识别电梯控制系统比起梯控系统操作更简便,你只要进门出门“刷脸”就够了，再也不用担心忘卡丢卡的尴尬问题［6］。

首先，要知道人们的人脸是存在相似性的，每个人的人脸结构都是大同小异，尤其比如像双胞胎这种天生的相似性，无疑给人脸识别加大了难度。其次，人脸的易变性，不同的观察角度给人的视觉感受是不同的，由此也会造成人脸的胖瘦变化［7］。如果有帽子、口罩等遮挡物，人像的采集是不完整的，所造成的识别率也会存在偏差。然后，随着年龄的增长，面部外观也随之而变化，这种影响也极有可能使得人脸识别失效。最后，在整容普遍的年代，网络上存在大量一样的“网红”锥子脸，这让人脸识别的难度大大提升［8］。所以，人脸识别电梯控制系统有待加强的地方还有许多，希望相关研究人员能够早日改进不足之处，为人们的生活带来更大的方便。

1 布线方案

布线方案如图1 所示，电梯服务器通过tcp/ip协议与电梯调度通信，调度通过485 数据线与电梯间通信，然后电梯控制器与人脸机设备也是通过485 数据线间通信，其中一台电梯控制器可以支持与多台人脸机实现通信控制。

图1 人脸机电梯控制器之间通信

2 人脸应用流程

2.1 业主应用流程（图2）

图2 长期用户应用流程

（1）梯控授权。用户的梯控权限下载至电梯控制器，另需将用户人脸和卡号通过网络下载至人脸机。

（2）权限释放。用户人脸识别为注册用户时，人脸机输出卡号给电梯控制器；电梯控制器释放相应楼层权限，返回人脸机结果。

（3）人脸机反馈。用户人脸识别成功后，屏显/语音反馈信息；电梯控制器返回结果后，屏显反馈信息。

（4）记录上传。人脸机，电梯控制器分别上传记录。

2.2 访客应用流程（图3）

图3 访客应用流程

（1）梯控授权。OCS 将访客信息及电梯楼层权限下载至人脸机，下载的信息包括：用户类型（访客）、照片、卡号、姓名、起止时间（原有）+楼层号；

（2）权限释放。人脸机识别成功，将楼层号、卡号传输给电梯控制器；电梯控制器释放相应楼层权限，返回人脸机结果。

（3）人脸机反馈。用户人脸识别成功后，屏显/语音反馈信息；电梯控制器返回结果后，屏显反馈信息。

（4）记录上传。人脸机，电梯控制器分别上传记录。

3 二维码/卡片应用流程（梯控应用）

3.1 业主应用流程

（1）用户刷卡/扫码后，MCU通过RS485直接传卡号给电梯控制器，电梯控制器返回结果；

（2）MCU 将电梯控制器返回结果，传给人脸模组，人脸模组显示反馈结果。

3.2 访客应用流程

（1）访客刷卡/扫码后，MCU 解析二维码内容或卡片扇区，通过RS485 直接传卡号+楼层号给电梯控制器，电梯控制器返回结果；

（2）MCU 将电梯控制器返回结果，传给人脸模组，人脸模组显示反馈结果。

4 人脸机交互说明（面板机）

4.1 人脸识别

（1）用户人脸识别。

表1 用户人脸识别

（2）若人脸识别为有权限用户，通过RS485传输梯控。

表2 RS485传输梯控

4.2 业主刷卡/扫码

业主刷卡/扫码，MCU 通过RS485 传输梯控，梯控返回MCU 结果：MCU 对梯控返回结果处理后，返回人脸模块（表3）。

表3 业主刷卡/扫码

4.3 访客刷卡/扫码

访客刷卡/扫码，MCU解析二维码或卡片扇区，通过RS485传输梯控，梯控返回MCU 结果：MCU对梯控返回结果处理后，返回人脸模块（表4）。

表4 访客刷卡/扫码

5 人脸机交互说明（半球机）

5.1 人脸机与串口协议数据交互

（1）用户人脸识别（表5）。

表5 用户人脸识别

（2）若人脸识别为有权限用户，通过RS485传输梯控；梯控不返回信息。

表6 接口表述传输格式

起始码：可能是2 个s（0x73），也可能是多个s。

类型：E = 一般类ID 读卡器、C = 一般类IC读卡器、J=带键盘和显示的读卡器。

ID号：范围1～8、0是广播地址。

指令码：详见后面的协议说明。

数据域：详见后面的协议说明，可以为空。

输入口状态值：

表7 输入口状态值

校验位：BCC 校验，是从类型开始（含类型）到校验位前（不含校验位）的数据，按字节异或的结果，忽略进位值。

结束码：可以是1 个n（0x6E），也可以是多个n。

表8 数据解析

续表8

5.2 人脸机梯控实现结果

（1）轮询在线Z00，结果如图4 所示，接收到串口接收到数据ssC1Z0028n，其中命令名Z00是查询设备序列号指令，设备回应序列号，即设备的MAC地址作为唯一标识码。

图4 梯控查询人脸机设备序列号

（2）同步控制器ID 号T00，结果如图5所示，接收到串口接收到数据ssC1Z0022n，其中命令码T00，将电梯id 同步到人脸机。一台人脸机对应一个梯控id 号。

图5 同步电梯id到人脸机

（3）轮询识别结果A00 成功/失败C01/C02，人脸机接收实时采集数据ssC1A0033n。人脸机回应数据。如果是长期人员，人脸机回应长期人员的卡号给电梯控制器，电梯控制器处理完返回结果。如果是临时访客人员，人脸机回应人员信息卡号加电梯楼层权限，等待电梯释放权限楼层。电梯梯控采集结果数据如图6、图7 所示：

图6 电梯控制器采取数据

图7 电梯控制回应数据人脸机显示+播报

6 结语

本文主要以嵌入式操作系统，linux 开源系统为主要的研究框架，使用的是亿智的核心板以及人脸识别算法实现。实现了通过人脸机来直接控制电梯的功能，突破了传统意义上的电梯系统，打破了对人脸机传统的认识，是一种技术上以及观念上的突破。