一、具有人脸识别功能的监狱门禁系统的需求分析

　　(一)业务需求分析

　　人脸门禁需要解决监狱出入口中工作人员的合法性问题，并为每一次认证过程记录相应的图文信息，以达到监狱出入口的严格、科学、有效的管理。

　　具体业务流程为：监狱工作人员利用其所持身份卡片，刷卡告知人脸门禁本人身份;人脸门禁通过摄像头对其所宣称的身份进行人脸图像的识别认证;认证通过，则提供信号给电子闸门系统开门信号，如认证未通过，则进行二次认证，如多次认证未通过，则拒绝放行。每一次认证过程应记录请求认证人的身份卡片信息及其在摄像头前认证时捕获的现场照片，以供在有需要时核查和分析。人脸门禁在外观层面表现为一个完整独立的设备，设备提供人脸的输入和身份卡片信息的读取，设备内部运行人脸识别认证软件，设备与电子门禁系统之间应具备合理的通信机制。人脸门禁系统由前端装置和后端服务器组成。其中前端装置包括用于获取人脸的摄像机和用于获取人员身份证件的读卡器，并应包含回显的显示界面和基本提示性功能。后端服务器进行数据比对和人员管理。

　　(二)功能需求分析

　　1.设备外观功能需求描述

　　人脸门禁系统表现为一套完整的整体设备，各设备的功能为：

　　①系统的外观：表现为一套完整的设备，该设备包括识别前端和识别后台，识别前端包括刷卡装置、摄像头、视频反显液晶屏。

　　②刷卡装置：位于识别前端的易于刷卡的位置，可读取现有监狱管理人员的身份卡片，具体为125KHz的EM卡。③摄像机：位于识别前端的适当位置，包括高低两个摄像头，以能够适应身高从

　　150cm到190cm的不同人员。④液晶屏：位于识别前端的中间，在刷卡后，待识别人员在摄像头前的视频影像应在液晶屏同步显示。⑤后台设备：易于安装固定，体积不超过30cm*7Ocm*4OOcm。⑥前端设备：易于安装固定，体积不超过10cm*15cm*400cm。⑦辅助光源：为可选项，在灯光不稳定的情况下使用。⑧不间断电源：为可选项，在电源不稳定的情况下使用。⑨装置连接线缆：前端装置和后台装置采用装置连接线缆连接，线缆易于制作，易于铺设并易于在电子配件市场购买。⑩后台管理线缆：采用标准的网络线缆，即8芯双绞线。

　　2.身份管理功能

　　人脸门禁系统需对使用人员进行科学合理的管理，部门管理、出勤时间、人员及其智能卡片管理的需求描述如下：①部门管理：可以进行部门的管理，包括增加、删除、修改和查询。②出勤时间：可设置人员的出勤时间。③人员管理：可以进行工作人员的管理，包括增加、删除、修改和查询。④人员卡：人员卡持有者可进行人脸识别认证。⑤管理卡：管理卡持有者可进行人员照片信息的录入。⑥关机卡：关机卡持有者可将系统合法关闭。⑦重启卡：重启卡持有者可进行系统合法重启。⑧开门卡：开门卡持有者可进行系统直接开门。

　　3.人脸采集和认证功能

　　人脸门禁的核心功能是采集并认证持卡人的照片。在人脸门禁系统工作中的人脸采集和认证功能及其流程如下：①管理时的人脸采集：对人员卡登记时，需采集2次人脸照片，系统应根据这两次采集的照片对该人员的脸部变化特性进行训练。②认证时的人脸采集：对人员卡进行认证时，需采集工作人员的正面图像。人脸门禁根据人员卡ID对应的高低镜头设置激活高镜头或低镜头，在摄像头中获取的视频流中进行人脸检测，并提取相应的面部照片。③认证功能：认证过程分为刷卡和认证两部分。

　　4.认证结果输出的需求

　　人脸门禁系统需将认证结果用各种方式输出。用户界面上的各种结果输出及网络接口输出时的各种标识符号如下：①反显液晶屏输出：认证通过，则液晶屏显示“请进”，并显示持卡人姓名。认证失败，则液晶屏显示“失败”，并显示该卡号对应者姓名。②继电器输出：认证通过，则继电器激活5V/12V开关电源。认证失败，则继电器不工作。③数据库存档：记录详细的认证信息。④门禁网络接口输出：认证结果向门禁软件服务器端口2000(端口可配置)发送UDP数据包。

　　5.管理性功能需求

　　作为一个完整的系统，应提供满足日常工作所需要的管理需要，具备系统在系统配置、报表输出、系统备份及还原等方面的管理需求。

　　二、系统设计

　　(一)拓扑结构图

　　结合第三方门禁系统后的拓扑结构如下图所示：

　　(二)业务流程

　　图2.2给出了以刷卡为启动的人脸门禁认证过程如下图所示：

　　三、总结和展望

　　(一)试运行情况总结

　　项目组在上级管理部门的协调下，在系统内找了一家较大规模的监狱单位试运行该门禁管理系统。该监狱单位现有民警职工人数为500人规模，每天进出约2000人次，使用3个月以来，统计为：累计使用100天，共20万人次以来，没有发生一起错误接受现象，共发生错误拒绝现象一例，错误拒绝率0.0005%，一次性通过率有开始期的95.55%上升到现在的96.154%，前两次通过率由99.55%上升到现在的99.8835%，前三次验证通过率达99.9975%，已完全满足监狱的管理需要，现实了项目组预期的目标。

　　实际应用效果表明，人脸门禁达到了监狱管理中的应用需求，在识别准确率上表现优秀，系统稳定、可靠，与现有的门禁管理系统配合方便，获得了良好的管理效益。

　　(二)系统的不足与改进

　　整合的识别算法最大程度的综合了优点，但由于需要从多重形式进行检测对比，方式相对复杂，运算量增大，判别速度也受到一定的影响，当上下班高峰期时，容易出现堵塞现象，影响门卫的正常管理。系统在算法上还需进一步改进，辨别速度还有特进一步提高。

　　(三)展望

　　1.三维技术的利用

　　人脸是三维的，三维的信息也能更完整、真实的反应个人的实际信息，如何利用三维信息来进行识别，是人脸识别技术今后一段时期内的具有挑战性的研究课题。

　　2.全自动技术的利用

　　全自动的人脸识别技术日前仍处于初级研究阶段，深入研究人脸特征的有效表达将是全自动人脸识别的关键，是人脸识别技术的核心，也是人脸识别的研究趋势。

　　3.在犯罪点名方面的利用

　　随着民警使用人脸识别系统的逐步习惯自然，能否将这种生物特征技术应用到罪犯的点名系统之中，达到只有罪犯本人到场才能识别点到。