人臉識(shí)別在電梯登記權(quán)限管理上的應(yīng)用

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何小虎孫恩濤

上海新時(shí)達(dá)電氣股份有限公司

【摘要】

人臉識(shí)別在安防行業(yè)已有多年的應(yīng)用歷史，隨著人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍更加擴(kuò)大，特別是深度學(xué)習(xí)技術(shù)驅(qū)動(dòng)人臉識(shí)別無(wú)論在識(shí)別的準(zhǔn)確度和精確度上都有了飛躍發(fā)展。電梯作為大樓必備的垂直交通工具，每年保持5%~10%的速度增長(zhǎng)，不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)電梯使用的權(quán)限管理需求也不一樣，重要大樓，如金融、政府大樓，高檔私人住宅等，對(duì)電梯使用權(quán)限的要求較嚴(yán)格，傳統(tǒng)的電梯登記權(quán)限管理方法，如IC卡，由于技術(shù)上的先天弊端，存在較多的使用局限性。人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在電梯上，能大大提高識(shí)別的準(zhǔn)確率，降低破解風(fēng)險(xiǎn)，確保真正的電梯登記權(quán)限管理。

關(guān)鍵詞：

人臉識(shí)別電梯登記權(quán)限管理

1、項(xiàng)目背景

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)已有許多高檔的住宅小區(qū)和智能化的物業(yè)管理，而在這些場(chǎng)合的電梯使用上還采用傳統(tǒng)的登記權(quán)限管理方式。目前國(guó)內(nèi)主流的IC卡電梯智能管理解決方案，由于在安全管理上存在較大漏洞以及使用存在的弊端，如IC卡易遺失、易偽造、已被盜用，因此尚未普遍推廣。針對(duì)此情況，需開(kāi)發(fā)電梯登記權(quán)限管理更科學(xué)，更安全的方案，集自動(dòng)控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通訊，傳感技術(shù)，對(duì)電梯使用、保安等進(jìn)行全面的管理，使電梯具有優(yōu)秀的保密性及安全性，而且需要隨時(shí)能用，成為智慧社區(qū)的重要組成部分。

人臉識(shí)別技術(shù)是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物識(shí)別技術(shù)。用攝像機(jī)或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并自動(dòng)在圖像中檢測(cè)和跟蹤人臉，進(jìn)而對(duì)檢測(cè)到的人臉進(jìn)行臉部識(shí)別的一系列相關(guān)技術(shù)，通常也叫做人像識(shí)別、面部識(shí)別?；谏疃葘W(xué)習(xí)的方法已經(jīng)成為人臉識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢(shì)和方向，這也帶動(dòng)了人臉識(shí)別技術(shù)在電梯權(quán)限管理上的普遍應(yīng)用。而隨著技術(shù)變革和應(yīng)用的普及，建設(shè)大規(guī)模、分布式人臉數(shù)據(jù)庫(kù)及識(shí)別系統(tǒng)的成本不斷降低，識(shí)別的精度不斷提高。

在市場(chǎng)推廣應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)人臉識(shí)別應(yīng)用在電梯登記權(quán)限管理中，有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）非接觸的，用戶不需要和設(shè)備直接接觸;

（2）非強(qiáng)制性，被識(shí)別的人臉圖像信息可以主動(dòng)獲取;

（3）并發(fā)性，即實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下可以進(jìn)行多個(gè)人臉的分揀、判斷及識(shí)別；

（4）不易偽造，不存在被盜風(fēng)險(xiǎn)；隨用隨刷；

但同時(shí)也存在較多的挑戰(zhàn)：

（1）對(duì)周圍的光線環(huán)境敏感，影響識(shí)別的準(zhǔn)確性;

（2）人體面部的頭發(fā)、飾物等遮擋物，人臉變老等因素，需要進(jìn)行人工智能補(bǔ)償;(如可通過(guò)識(shí)別人臉的部分關(guān)鍵特性做修正)。

（3）運(yùn)用在梯控系統(tǒng)中，采集人臉圖像容易受周圍光線、角度、距離等問(wèn)題造成人臉識(shí)別梯控不穩(wěn)定。

但隨著人臉特征識(shí)別技術(shù)、局部關(guān)鍵部位識(shí)別技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)等的發(fā)展，以上弊端的影響越來(lái)越小。

人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在電梯登記權(quán)限管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)”）上，能把公用電梯變私有，極大的增強(qiáng)了物業(yè)管理的安全，提升了管理水平及效率，改變了物業(yè)管理形象，使得更加人性化；降低了電梯運(yùn)行成本，降低電梯耗能，較少電梯維護(hù)、維修次數(shù)及費(fèi)用，延長(zhǎng)了電梯的使用壽命；控制人員進(jìn)出，無(wú)法復(fù)制，安全性高。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

人臉識(shí)別電梯登記權(quán)限控制系統(tǒng)由安裝在電梯轎廂的人臉識(shí)別一體機(jī)、人臉采集器組成。適用于安全級(jí)別較高的環(huán)境，要求每層樓的用戶確認(rèn)合法身份后才能正常使用，可以有效地防止閑雜人員非法進(jìn)入，提高小區(qū)安全性。

電梯登記權(quán)限管理包括轎內(nèi)登記權(quán)限管理和廳外登記權(quán)限管理，本文只論述電梯轎廂內(nèi)人臉識(shí)別控制電梯登記權(quán)限管理。

2.1系統(tǒng)組件

電梯人臉識(shí)別登記權(quán)限管理系統(tǒng)主要由人臉識(shí)別終端，紅外傳感單元，協(xié)議轉(zhuǎn)換板，以及電梯控制系統(tǒng)組成。人臉識(shí)別終端包括攝像頭、圖像處理單元、邏輯處理單元、協(xié)議處理單元組成；紅外傳感器負(fù)責(zé)判斷轎廂內(nèi)是否有人，其信號(hào)直接進(jìn)入人臉識(shí)別終端；協(xié)議轉(zhuǎn)換板負(fù)責(zé)將人臉識(shí)別終端的RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換成CANBUS協(xié)議，并負(fù)責(zé)將電梯控制系統(tǒng)下發(fā)的電梯數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成RS232協(xié)議包發(fā)給人臉識(shí)別終端，最終實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別終端與電梯控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。

協(xié)議轉(zhuǎn)換板實(shí)時(shí)接收電梯控制系統(tǒng)CANBUS數(shù)據(jù)，包括電梯的基本狀態(tài)，如運(yùn)行方向、電梯所在物理樓層以及電梯工作模式（自動(dòng)、司機(jī)、鎖梯、獨(dú)立、消防等）；協(xié)議轉(zhuǎn)換板同時(shí)接收的轎內(nèi)指令的登記狀態(tài)，以此確認(rèn)人臉識(shí)別終端登記的指令是否已經(jīng)被成功接收并執(zhí)行；與人臉識(shí)別終端通訊鏈路中，協(xié)議轉(zhuǎn)換板周期性將從電梯控制系統(tǒng)獲取的電梯基本狀態(tài)和指令登記情況實(shí)時(shí)下發(fā)到人臉識(shí)別終端。

人臉識(shí)別終端動(dòng)態(tài)掃描電梯轎廂內(nèi)的人臉圖像，當(dāng)需要觸發(fā)登記命令或者開(kāi)放權(quán)限命令時(shí)，通過(guò)RS232接口告知協(xié)議轉(zhuǎn)換板，協(xié)議轉(zhuǎn)換板確認(rèn)收到后返回響應(yīng)數(shù)據(jù)，否則人臉識(shí)別終端會(huì)定時(shí)繼續(xù)請(qǐng)求登記指令或開(kāi)放權(quán)限請(qǐng)求指令，直至響應(yīng)成功或請(qǐng)求超時(shí)。

2.2工作原理

電梯轎廂內(nèi)安裝人臉識(shí)別終端，采用動(dòng)態(tài)采集方式掃描人臉，安裝在轎廂內(nèi)側(cè)上方，當(dāng)乘客進(jìn)入轎廂過(guò)程中，人臉即被掃描，如果檢測(cè)環(huán)節(jié)判斷當(dāng)前掃描對(duì)象為人臉時(shí)，則進(jìn)入識(shí)別環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)，終端將人臉信息通過(guò)本地比對(duì)或者網(wǎng)絡(luò)比對(duì)的方式得到比對(duì)結(jié)果，并將比對(duì)結(jié)果臨時(shí)存儲(chǔ)在比對(duì)列表中，同時(shí)借助紅外傳感，當(dāng)判斷到轎廂內(nèi)有人時(shí)，如果比對(duì)列表中無(wú)合法人臉，則由人臉識(shí)別終端發(fā)送開(kāi)門保持命令給電梯控制系統(tǒng)，由電梯主控制器控制門機(jī)，保持電梯門敞開(kāi)，并給出蜂鳴信號(hào)，提醒乘客出轎廂，如圖2所示；當(dāng)檢測(cè)到存在合法人臉信息時(shí)，則采用兩種方式實(shí)現(xiàn)權(quán)限登記：第一種為開(kāi)放對(duì)應(yīng)樓層的權(quán)限，由于人臉信息在錄入系統(tǒng)時(shí)與該乘客的所在的樓層信息綁定，當(dāng)識(shí)別到有效的人臉后，系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)放該人臉信息對(duì)應(yīng)的樓層按鈕登記，乘客可自動(dòng)登記轎內(nèi)指令按鈕；第二種為自動(dòng)登記人臉信息對(duì)應(yīng)的樓層，無(wú)需乘客手動(dòng)登記。兩種方法通過(guò)不同的協(xié)議區(qū)分實(shí)現(xiàn)。

值得注意的是當(dāng)電梯處于某些特殊狀態(tài)時(shí)，如消防返回、消防員、鎖梯、檢修、故障等，此時(shí)人臉識(shí)別終端控制登記權(quán)限功能將自動(dòng)失效，電梯的登記權(quán)限由電梯控制系統(tǒng)全部收回，以完成優(yōu)先級(jí)更高的操作。

本項(xiàng)目采用基于特征的方法進(jìn)行人臉識(shí)別，該檢測(cè)方法不僅可以從已有的面部特征進(jìn)行檢測(cè)而且可以從它們的幾何關(guān)系進(jìn)行人臉檢測(cè)。和基于知識(shí)的方法相反，它是尋找人臉的不變特征用于人臉檢測(cè)。目前很多專家已經(jīng)提出了許多先檢測(cè)人臉面部特征，后推斷人臉是否存在的方法。根據(jù)提取的特征，建立統(tǒng)計(jì)模型描述特征之間的關(guān)系并確定存在的人臉。本項(xiàng)目借助專業(yè)的人臉識(shí)別API(ApplicationProgramingInterface)接口，通過(guò)相關(guān)參數(shù)（如表1所示）抽取圖片中人臉的各個(gè)特征值，調(diào)用API返回結(jié)果格式如表2所示，具體的實(shí)現(xiàn)算法，本項(xiàng)目只應(yīng)用不設(shè)計(jì)。

返回碼用于指示本次請(qǐng)求的執(zhí)行結(jié)果，如果執(zhí)行正確，則人臉姿勢(shì)角度信息有效。

2.3人臉信息更新流程

人臉信息的采集是人臉識(shí)別電梯登記權(quán)限控制的前提，系統(tǒng)需要預(yù)先得到已授權(quán)人員的信息，如人臉信息、人員對(duì)應(yīng)的樓層信息，以及一些用戶信息等。在使用該系統(tǒng)之前，這些信息需準(zhǔn)確無(wú)誤錄入管理系統(tǒng)。根據(jù)人員信息存儲(chǔ)的位置不同，本項(xiàng)目從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了本地存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)兩種方案。本地方案，顧名思義，就是用戶信息和比對(duì)算法都存儲(chǔ)在人臉識(shí)別終端上，當(dāng)需要更新人臉信息時(shí)，通過(guò)移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備將信息人工更新到人臉識(shí)別終端，該方案由于需要人為干預(yù)，因此使用方便性較差，另外人臉識(shí)別算法的更新也較不方便，但本地方案可無(wú)需增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能降低使用和運(yùn)行成本；而網(wǎng)絡(luò)版方案在人臉信息采集和人臉?biāo)惴ǜ碌确矫娑純?yōu)于本地版，人臉識(shí)別終端只是負(fù)責(zé)人臉采集和識(shí)別，人臉比較操作由分布式服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，并由平臺(tái)返回識(shí)別結(jié)果，因此，人臉識(shí)別終端無(wú)需增加大容量存儲(chǔ)單元和高性能比對(duì)單元，使用和安裝方便。

3、系統(tǒng)參數(shù)

3.1電氣參數(shù)

人臉識(shí)別終端由于安裝在電梯轎廂內(nèi)，其性能需達(dá)到轎廂環(huán)境要求，另外需支持紅外傳感等信號(hào)的輸入作為判斷轎廂是否有人的依據(jù)；另外通訊接口和電源電壓需考慮友好性和兼容性。本項(xiàng)目人臉識(shí)別終端的電氣參數(shù)如下：

人臉識(shí)別終端供電電源DC12V,主控板最大工作電流<500mA

邏輯板帶2路干觸點(diǎn)輸出；每個(gè)觸點(diǎn)的輸出特性為：導(dǎo)通電阻小于5Ω；截止電阻大于10MΩ；

輸出驅(qū)動(dòng)能力為：AC125V0.3A/DC110V0.3A/DC30V1A；支持干觸點(diǎn)輸入，作為紅外傳感等信號(hào)的接入；

使用環(huán)境:溫度：0到正60攝氏度；相對(duì)濕度：20%--90%不結(jié)露；符合樓宇中使用的環(huán)境條件

儲(chǔ)存環(huán)境:溫度：負(fù)10到正90攝氏度；相對(duì)濕度:20%--90%不結(jié)露；

外部通訊接口：RS232、RS485、TCP/IP，通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換方式接入電梯控制系統(tǒng)

3.2人臉識(shí)別參數(shù)

人臉識(shí)別終端的關(guān)鍵之一是攝像頭(讀頭)，其性能優(yōu)劣直接決定人臉識(shí)別效果。本項(xiàng)目采用的人臉識(shí)別讀頭參數(shù)如表3所示。

本項(xiàng)目人臉識(shí)別具有較好的體驗(yàn)，從轎廂內(nèi)抓拍人臉、提取特征，到完成識(shí)別比對(duì)響應(yīng)速度<1秒；可根據(jù)業(yè)主進(jìn)出的頻率高低，采用學(xué)習(xí)訓(xùn)練方式，提高用戶特征識(shí)別的通過(guò)率；

后臺(tái)具備較高的負(fù)載并發(fā)能力，支持負(fù)載均衡，并發(fā)能力強(qiáng)。

4、結(jié)束語(yǔ)

人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在電梯登記權(quán)限管理中能大大提高小區(qū)安全性，通過(guò)刷臉授權(quán)控制乘客對(duì)電梯的使用權(quán)限，為對(duì)安全性要求較高的樓宇提供了較好的解決方案。人臉識(shí)別技術(shù)作為安全防范技術(shù)中一個(gè)重要組成部分，逐漸從系統(tǒng)組成發(fā)展到嵌入式獨(dú)立工作，再到模塊化、芯片化，其準(zhǔn)確度和防偽性能都在不斷提高，為人臉識(shí)別在電梯上的推廣應(yīng)用提供較好技術(shù)保障，成為安全智慧社區(qū)建設(shè)的重要組成部分。

參考文獻(xiàn)：

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[2]趙明華.人臉檢測(cè)和識(shí)別技術(shù)的研究.四川大學(xué)博士學(xué)位論文.2006,10.

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