基于人脸识别的门禁管理系统

第1章  绪论

1.1  课题背景

智慧社区建设不断发展，小区门禁管理智能化也成为提高居民生活质量和社区安全的重要部分，本文研究的目的就是设计和实现一套采用人脸识别技术并用先进的Web开发方法为小区门禁管理系统提供准确高效友好的系统。本课题要解决的主要问题是怎样创建一个稳定的、可扩展的、易于维护的系统架构，从而完成小区门禁数据的实时处理、智能认证以及高效的管理，以适应小区居民日益增长的各种不同的个性化需求。

1.2  目的和意义

经过现场调研发现，目前小区物业管理存在着门禁管理效率低、住户居住体验差和安全管理有待提高等问题。本课题研究以人脸识别为基础的门禁管理系统设计与实现为对象，对以上问题进行研究，目的是开发出一套高效、安全、用户友好的智能化管理系统。该系统将使用先进的人脸识别技术来改善门禁管理流程，以解决住户注册、登录、门禁通行不便的问题，并且保证住户个人信息的安全与隐私，另外可以发布通知公告、设置住户门禁绑定、更新人脸数据等满足物业工作要求从而提升物业管理水平达到提高小区整体安全程度、提供便捷舒适生活环境的目的。

1.3  国内外研究现状

（一）国内研究现状 以人脸识别为技术手段的门禁管理系统设计与实现，在国内的研究现状就像雨后春笋一样蓬勃发展，智慧城市建设步伐的加快，小区门禁管理也由传统模式向智能化、高效化方向转变，人脸识别技术由于其自身的优势成了研究热点。 江锡雄[1]在智慧门禁管理系统门禁系统应用研究中指出，智慧小区的建设离不开先进的信息技术支撑，人脸识别门禁系统作为其中的重要组成部分，不但提高了小区的安全管理水平，还明显地提高了居民的生活便利性。这给小区门禁管理向智能化转变提供有力的实践依据。林传銮等人的《基于微信平台的校园门禁管理系统的设计与实现》虽然以校园门禁系统为研究对象，但是它的设计思路对于小区门禁管理也有一定的借鉴意义。通过微信平台来实现门禁系统的远程控制和信息查询，使门禁管理更加灵活、用户体验更好，该思路给我们小区门禁管理提供了一个可以加入到小区门禁管理体系当中并加强互动、透明度的一种移动应用的方式，游春芝[3]的人脸识别门禁系统设计开发详细地描述了人脸识别门禁系统设计开发的过程，并且认为人脸识别技术的准确稳定对于门禁系统整体性能有重要的影响，吕述春等人在《人脸识别云门禁系统在智慧社区中的应用》中又对人脸识别云门禁系统在智慧社区建设中的应用前景进行了更深层次的探究，给小区门禁管理的智能化发展赋予了新的角度。 在郭顺超等人[5]的基于人脸识别小区门禁管理系统设计与实现中，给出了根据实际需求采用Django框架开发的小区门禁管理系统实例。系统实现了对出入人员的自动识别、记录以及报警等功能，有效地提高了小区的安全管理水平。该实践既证明了人脸识别技术在门禁管理中的可行性，又给类似系统的开发提供有益的参考。同时杨雅颂[6]的文章里《基于人脸识别技术的门禁系统应用》从人脸识别技术在门禁系统上使用展开论述，并指出了其非接触性、高效率、准确等优点，而杨琪敏等人在《基于人脸识别等技术的智能门禁系统应用与研究》一文中则融合了人脸识别、指纹识别等多类生物特征进行综合认证，从而提高了门禁系统安全性与可靠性，为小区门禁管理技术多样化发展打下了坚实的基础，过怡等人在文章《基于Tengine的实验室门禁系统的实现》里展示了用Tengine服务器来提高门禁系统运行效率并且保证稳定性的方式，该技术路线的选择，一方面给实验室门禁系统赋予了新的解决途径，另一方面又给小区门禁系统的设计部署给予了一定的启示。王赛楠等人在论文中利用精准地检测出人脸关键点的方式来提高社区门禁系统识别人脸的准确率和鲁棒性，给小区门禁系统人脸识别技术改进提供了有益的帮助。 龙慧等人[10]在《基于OpenCV的智能校园人脸门禁系统的设计与实现》一文中，以及龙婧[11]在《基于OpenCV人脸识别门禁系统的设计与实现》一文中，都详细介绍了基于OpenCV的人脸识别门禁系统的设计与实现过程。这些研究既表现出了OpenCV库对于人脸识别的强大功能，也给小区门禁系统中人脸识别技术的选择与实现提供了一些宝贵的经验，夏振华[12]在人脸识别技术在高校图书馆的应用研究中，虽然研究对象是高校图书馆，但是其对人脸识别技术应用分析及效果评价同样可以为小区门禁管理提供参考。同时也要注意个人隐私、数据安全等问题。这就给我们设计和实现小区门禁系统的时候提出了用户隐私保护和数据安全的问题，并保证系统的合法合规运行。 基于人脸识别的门禁管理系统设计与实现国内已有一定的研究，不但推动了门禁管理技术智能化、高效化的发展，而且给以后的研究和实践提供了有益的参考和借鉴，由于技术的不断发展以及应用场景的不断拓展，所以我们可以有理由相信基于人脸识别的门禁系统在将来将会得到更加广泛的应用和发展。 （二）国外研究现状 人脸识别门禁系统设计与实现国外也受到了广泛的研究和关注，BenSaid E等人[13]在文章《Deep keypoints adversarial attack on face recognition systems》中，对人脸识别系统所遭受的对抗性攻击进行了详细的分析，提出了一种基于深度关键点的对抗性攻击方法，可以针对人脸识别系统中的关键点检测算法进行攻击，从而影响系统的识别准确度。该项研究发现了人脸识别系统在安全性方面存在着潜在的风险，给基于人脸识别的门禁管理系统系统安全防护提供了一个重要的参考，Dien Q L等人的论文Application of 3D face recognition in the access control system主要就三维人脸识别技术在门禁系统中的应用做介绍，3D人脸识别比2D的人脸识别更具有识别的准确性以及更好的安全性，因为它能获取到人脸的三维形状以及纹理。本研究给基于人脸识别的门禁管理系统系统提供了另外一条可行的技术路线，即采用3D人脸识别技术提高系统安全性、可靠性，J M等人的Door Access System Using Face Recognition中给出一个使用人脸识别技术的门禁系统实例。该系统利用摄像头获取人面部图像，并用人脸识别算法对身份进行验证来控制门禁开闭。虽然本文没有直接提到Django框架，但是其设计理念和技术路线与基于人脸识别的门禁管理系统的系统有相似之处，为后者的设计与实现提供有益的参考。 国外在人脸识别门禁管理系统系统的设计与实现方面已经取得了一些研究成果，研究不仅涉及到人脸识别技术的准确性和安全性，还对不同的技术路线在门禁系统中进行研究。这些研究给以人脸识别为基础的门禁管理系统的进一步发展和改善赋予了十分要紧的参考价值。由于技术不断进步、应用领域不断拓宽的原因，在可以预见的将来，基于人脸识别的门禁管理控制系统在国外将会得到更广泛的使用与发展。

1.4论文研究内容及组织结构

第1章为绪论，本章主要对基于人脸识别的门禁管理系统设计与实现的研究背景及意义进行阐述。由于全球经济的迅速发展以及城市化进程不断推进的原因，人们对于居住环境的要求也愈来愈高了，小区作为城市居民生活的主要场所之一，它所拥有的安全和便捷就越来越被大家关注到。近些年来人工智能技术飞速发展，人脸识别技术逐渐成熟，在各个领域都有应用。将它运用到小区管理中，可以有效地提高小区的安全性、管理效率，给居民提供更方便快捷的生活体验。

第二章为可行性分析，本章节对基于人脸识别的门禁管理系统系统进行经济、技术和操作上的可行性研究，在经济上对系统的开发、维护和升级的成本进行评估，并与预期收益做对比，保证项目的经济性。

第三章是需求分析，本章对基于人脸识别的门禁管理系统系统功能需求和非功能需求进行详细的分析，根据系统日常运营的实际需要，功能需求方面有小区管理、楼栋管理、进门管理、出门管理等多项功能。

第4章是系统设计部分，本文的重要内容之一，对基于人脸识别的门禁管理系统系统的系统架构做了详细的描述，并给出了一些主要的功能模块的设计说明。

第五章为系统实现，是对系统的具体实现部分进行介绍，对各个模块的实现进行说明。

第六章是系统测试，本章是对基于人脸识别的门禁管理系统系统进行测试的章节，在前几章的基础上对系统进行测试和运行检查是否存在严重问题，以便及时加以解决。

第2章  可行性分析

2.1　经济可行性

经济上人脸识别门禁管理系统具有较大的优势。Django是开源的Web开发框架，可以免费使用，大大降低了系统的开发成本，另外Django有高效开发、稳定性能的优势，可以减少人力和时间投入，缩短开发周期，结合人脸识别技术可以实现自动化管理，减小物业人员的工作量，从而降低运营成本。同时Django丰富的功能以及良好的扩展性使系统能够适应将来的业务变化而无需频繁进行系统升级维护。

2.2　技术可行性

从技术上来说，Django框架给门禁管理系统认证管理子系统提供有力的支持。Django是一个成熟、稳定的Web开发框架，有很强的数据库操作、URL路由和模板渲染能力，可以很好地处理系统的数据处理以及用户交互的需求，另外Django REST framework提供了很多API开发的支持，利于前后端分离、增加系统的扩展性与维护性。Vue.js作为前端流行框架，在与后端Django配合时能够达到良好的用户交互效果，人脸识别技术已经得到广泛应用，并且使用OpenCV、Dlib这样的开源库就可以实现高效的人脸检测与识别功能。结合Django框架和Vue.js之后可以快速进行小区系统的开发和部署，满足各种需求。

2.3　操作可行性

从操作可行性上看，基于人脸识别的门禁管理系统具有较高的用户友好性。系统采用前后端分离的方式进行开发，前端使用Vue.js来创建直观的用户界面，后端用Django提供稳定的服务支持，用户经过简单的步骤就可以完成注册、登录、人脸识别等操作，系统还具有公告发布、门禁绑定、访客登记等功能，系统对于物业人员以及管理员来说操作简便易学、便于学习和掌握，从而减少培训的成本，系统的模块化设计使功能的扩展、维护更方便，可以依据小区的实际需求灵活地做出调整，该系统具有很高的可行性与实用性，能够有效提高小区管理的智能化程度。

2.4 文档截图

2.5 项目功能截图