论文总字数：22214字

摘 要

近年来人脸识别在门禁系统上的应用成为了智能化建筑领域研究的热点之一，并有了初步的应用，人脸识别也因其自然、直观、准确等特征而受到人们的青睐。本文以人脸识别为基础，利用java平台提供的技术和工具设计了一个准确高效的智能小区人脸识别门禁系统，主要涉及的工作内容如下：

(1)分析基于人脸识别的门禁系统的需求，包括功能性需求和非功能性需求如业务需求，性能需求等。

(2)概要设计，确定系统所需要的整体架构，设计模式，并简要介绍所使用的技术平台和工具。

(3)编码实现，分析具体的模块功能，为每一个功能选取合适的实现语言和算法，然后运用所学的编程知识完成这个功能模块，以达到预期的目的。

(4)测试，以检验系统的完成度和可靠性。系统的测试主要包括功能测试和高可用性测试。

系统的功能包括管理系统后台，以及提供人脸识别服务。后台管理系统可以实现系统管理的功能包括小区业主人脸信息的录入，用户管理，数据备份等。人脸识别服务则负责人脸检测以及身份验证等功能。

关键词：人脸识别 门禁系统 管理系统 mtcnn facenet

Abstract

In recent years, the application of face recognition of the access control system has become one of the hotspots in the field of intelligent buildings. With its preliminary application, face recognition has also been favored by people for its natural, intuitive, and accurate features. Based on face recognition, this paper uses the technology and tools provided by the java platform to design an accurate and efficient intelligent community face recognition access control system. The main work involved is as follows:

(1) Analyze the requirements of the access control system based on face recognition, including functional requirements and non-functional requirements such as business requirements, performance requirements, etc.

(2) Outline the design, determine the overall architecture, design patterns required by the system, and briefly introduce the technology platform and tools used.

(3) Coding implementation, analyzing specific module functions, selecting a suitable implementation language and algorithm for each function, and then using the learned programming knowledge to complete this function module to achieve the intended purpose.

(4) Test to verify the completeness and reliability of the system. The system test mainly includes functional test and high availability test.

The functions of the system include managing the background of the system and providing face recognition services. The background management system can realize the functions of system management, including the input of face information on community owners, user management, data backup, etc. Face recognition service is responsible for face detection and authentication.

Keywords: face recognition, access control system, management system, mtcnn, facenet

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外人脸识别技术的发展 1

1.3研究内容 2

1.4论文组织结构 3

第2章 人脸识别门禁系统的需求分析 5

2.1业务需求 5

2.1.1业主管理流程分析 5

2.1.2系统管理流程分析 7

2.2功能需求 7

2.3非功能性需求 8

2.4小结 9

第3章 人脸识别门禁系统设计 10

3.1系统体系结构设计 10

3.2功能模块设计 11

3.2.1人脸数据模块 11

3.2.2后台管理模块 12

3.2.3人脸识别模块 12

3.2.4数据记录模块 12

3.3数据库设计 12

3.4小结 13

第4章 人脸识别门禁系统的实现 15

4.1人脸识别模块 15

4.1.1基于mtcnn的人脸检测模块 15

4.1.2基于facenet的人脸特征化提取和聚类 16

4.1.3人脸特征检索 17

4.2后台管理模块 18

4.2.1管理员模块 19

4.2.2数据备份恢复模块 20

4.3人脸数据模块 20

4.3.1人脸录入 20

4.3.2人脸管理 21

4.3.3人脸搜索 21

4.4小结 21

第5章 人脸识别门禁系统测试 23

5.1测试目标 23

5.2测试环境 23

5.3测试内容 23

5.3.1功能测试(黑盒测试) 23

5.3.2性能测试 25

5.4小结 25

第6章 总结与展望 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1研究背景

随着时代的发展与技术的不断进步，人们对于公共安全愈发重视。就企业而言，限制非企业人员进入公司内部一直是企业用于保护自身相关的知识产权的有效方法之一。就个人而言，门禁更是在家庭安全方面的第一道防线。目前中国的各大小区普遍采用刷卡或密码的方式来管理人员进出，虽然这些方法本身存在着一定的安全漏洞，给小区的公共安全带来了不小的隐患，但是随着物质生活水平的提高，这些漏洞也逐渐被人们所发现和重视，从而提出相应的应对措施。门禁系统正在现代人们正常生活中开始发挥越来越重要的作用，各种各样的门禁系统也开始出现在了人们的生活中，如基于虹膜识别，指纹识别，声纹识别等的门禁系统。

随着现代生物技术产业的发展以及其与计算机领域联系的日益紧密，通过生物学与计算机结合的方法成为许多门禁系统研究的热门方向。于是早在世纪六十年代便有人提出利用人脸特征来进行身份识别，此后人脸识别技术就得到了长足的发展，时至今日已取得一定的研究成果，并在多个领域内有着实际的应用。人脸识别技术在门禁系统上的应用就是其中之一。同时，人脸识别也因其便捷易用、特异性强、安全性高等特点，成为了目前建筑智能化领域的研究热点之一。

1.2国内外人脸识别技术的发展

人脸识别的发展历史非常悠久。早在上世纪五十年代，就有相关学者开始在心理学与工程学角度对人脸识别进行研究，此后，人脸识别的发展大致可以分为三个阶段：

第一阶段，在 1960到1970年代之间人们开始研究人脸识别。Chan和Bledsoe是面部识别研究的先驱者，他们在1965年在Panoramic Research Inc发表的技术报告标志着人们开始了对于自动人脸识别的研究^[1]。

第二阶段，1991年至1998年，人机交互是该阶段主要的研究内容，其中较为典型的成果是Turk和Pentland在这一阶段提出了“特征脸（Eigenface）”方法，他们使用了多维特征向量来表达面部特征，这是一种基于模板匹配的识别方法。经过Brunelli和Poggio的实验验证，他们得到了模板匹配方法优于基于结构特征的方法^[2]的结论。

第三阶段，1998年至今，人脸识别受到了广泛专家学者的关注，人脸识别的相关研究持续升温，人们研究的重点也开始向光照，姿势以及大规模人脸数据库方面转移。2014年以来更是开启了基于深度学习的人脸识别的新时代，时至今日，已经提出了许多基于深度学习的面部识别方法如mtcnn，facenet，insightface等。目前，世界上许多研究机构已经开发了一些人脸识别系统，例如德国的Cognitec和美国的Indentix等。

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