徐瀟潔 薛 蔚

（南京大學(xué)信息管理學(xué)院，江蘇 南京 210023）

近年來(lái)，指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)非常普及，隨著人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多基于生物特征識(shí)別的應(yīng)用走進(jìn)我們的生活。若將人臉識(shí)別技術(shù)引入圖書(shū)館，將會(huì)提高圖書(shū)館管理的智能化、人性化及高效性。尤其是將其應(yīng)用于圖書(shū)館的門(mén)禁管理、借閱管理和座位管理等方面，將有助于實(shí)現(xiàn)讀者與圖書(shū)館系統(tǒng)的精準(zhǔn)交互。

1 人臉識(shí)別技術(shù)的概念及應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 人臉識(shí)別技術(shù)概述

人臉識(shí)別技術(shù)是生物識(shí)別技術(shù)的一種，具有友好性、易獲取性、非接觸性和直接性等突出特點(diǎn)，近年來(lái)成為識(shí)別技術(shù)的熱點(diǎn)[1]。人臉識(shí)別技術(shù)是指對(duì)人的面部生物特征進(jìn)行采集，通過(guò)某種算法，將其與已知的人臉庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，從而確認(rèn)或者辨認(rèn)其身份甚至更多的關(guān)聯(lián)信息。人臉技術(shù)包括人臉檢測(cè)、人臉追蹤、人臉比對(duì)3個(gè)階段。人臉檢測(cè)即確認(rèn)圖像中是否有人臉；人臉追蹤即在人臉檢測(cè)后追蹤提取人臉的特征；人臉對(duì)比即將提取的特征與已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比確認(rèn)[2]?；咀R(shí)別流程見(jiàn)圖1，其中人臉識(shí)別的難點(diǎn)主要在于人臉檢測(cè)和特征提取。在特定條件下，二維人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)取得了精確率很高的識(shí)別結(jié)果，技術(shù)日趨成熟，然而表情、燈光、姿態(tài)、化妝、整容等因素都會(huì)降低人臉識(shí)別的效果，近年越來(lái)越多的專(zhuān)家開(kāi)始關(guān)注人臉的三維信息，如美國(guó)多個(gè)機(jī)構(gòu)（FBI、NIST等）合資發(fā)起的“人臉識(shí)別挑戰(zhàn)計(jì)劃”[3]。

圖1 人臉識(shí)別流程

1.2 人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

美國(guó)首先提出了人臉識(shí)別技術(shù)，國(guó)外人臉識(shí)別技術(shù)公司的分布以美國(guó)、日本、德國(guó)為主。我國(guó)的相關(guān)研究起步較晚，但發(fā)展迅速，在1996-2015年間中國(guó)的專(zhuān)利公開(kāi)量最高，但前十位的專(zhuān)利均為美國(guó)，美國(guó)掌握著人臉技術(shù)的核心專(zhuān)利，日本緊隨其后[4]。在中國(guó)，奧運(yùn)會(huì)、世博會(huì)、二代身份證等領(lǐng)域已經(jīng)驗(yàn)證了人臉識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[5]。目前，該技術(shù)主要應(yīng)用于安全管理、政府、銀行、電子商務(wù)、社會(huì)保障、軍隊(duì)等領(lǐng)域，詳見(jiàn)表1。

表1 人臉識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域

身份認(rèn)證和安全防護(hù)是人臉識(shí)別技術(shù)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，在很多安全級(jí)別較高的區(qū)域，例如銀行、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、政府機(jī)關(guān)、機(jī)場(chǎng)、檔案館和圖書(shū)館等均采用了基于人臉識(shí)別的門(mén)禁系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行身份驗(yàn)證，甚至手機(jī)和筆記本等保存著重要機(jī)密的私人用品也需要安全驗(yàn)證。2017年9月13日蘋(píng)果公司發(fā)布了新一代手機(jī)Iphone X，取消了指紋識(shí)別，取而代之的應(yīng)用了人臉識(shí)別，通過(guò)刷臉解鎖手機(jī)，還可以運(yùn)用到Apply pay以及各種需要驗(yàn)證的APP中[6]。

在公安破案領(lǐng)域，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局NIST在2006年舉辦的Face Recognition Vendor Test表明人臉識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確性已經(jīng)可以運(yùn)用到實(shí)際工作中；[7]2014年，美國(guó)推出了總投入10億美金的電子識(shí)別系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)控來(lái)鎖定嫌疑人；2015年日本引進(jìn)了智能人臉識(shí)別系統(tǒng)推進(jìn)入境審查的無(wú)人化。雖然人臉識(shí)別越來(lái)越受到重視，但它只是AI技術(shù)的一部分，在實(shí)際偵查中還會(huì)與其他技術(shù)相結(jié)合。除此之外，人都是活動(dòng)的，需要將人臉識(shí)別與其行為識(shí)別進(jìn)行動(dòng)態(tài)結(jié)合，例如通過(guò)骨骼空間的幾個(gè)角度進(jìn)行動(dòng)作識(shí)別[8]。

目前，人臉識(shí)別在應(yīng)用領(lǐng)域上已經(jīng)有了很大的突破，不僅局限于考勤、門(mén)禁上的簡(jiǎn)單應(yīng)用。例如在醫(yī)療領(lǐng)域，張勐、劉哲等人創(chuàng)新性地將人臉識(shí)別應(yīng)用到醫(yī)院，從根本上杜絕了亂開(kāi)藥和開(kāi)錯(cuò)藥的現(xiàn)象[9]，并將人臉識(shí)別初步應(yīng)用于內(nèi)分泌疾病的輔助診斷，通過(guò)提取患者臉部的特征數(shù)據(jù)，分析比對(duì)從而確定患者的疾病類(lèi)型[10]。隨著IT技術(shù)、AI技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)的不斷發(fā)展完善，未來(lái)人臉識(shí)別技術(shù)會(huì)應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中，并且向三維、多技術(shù)、遠(yuǎn)距離、完全自動(dòng)化等方向發(fā)展。

2 生物特征識(shí)別技術(shù)的對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 生物特征識(shí)別技術(shù)的對(duì)比

生物識(shí)別技術(shù)在越來(lái)越多的領(lǐng)域都取得了非常好的應(yīng)用，特別是在身份識(shí)別安全性問(wèn)題上具有顯著的優(yōu)勢(shì)。生物特征識(shí)別主要包括身體特征和行為模式兩類(lèi)，具有難以復(fù)制、不易遺忘、隨身“攜帶”和隨時(shí)隨地可用等優(yōu)勢(shì)，其中身體特征包括指紋、眼睛、靜脈、掌型、視網(wǎng)膜、虹膜、臉型、甚至DNA、骨骼等；行為特征主要包括簽名筆記、聲音語(yǔ)態(tài)、行走步態(tài)等[11]。考慮到技術(shù)、效率和安全性，往往選擇不易被復(fù)制的先天性特征作為識(shí)別身份的主要依據(jù)，以指紋、虹膜和人臉為主，如指紋識(shí)別已經(jīng)被應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，尤其是考勤制度中。生物特征提取都需要專(zhuān)業(yè)的設(shè)備，設(shè)備成本問(wèn)題是各大高校重點(diǎn)考慮的因素之一，同時(shí)由于高校人員數(shù)目眾多，采集的便捷程度也是極為重要的。表2是4種被廣泛使用的生物識(shí)別技術(shù)的性能對(duì)比。

表2 生物識(shí)別技術(shù)的性能對(duì)比

通過(guò)對(duì)比可知，虹膜識(shí)別和DNA識(shí)別技術(shù)的設(shè)備成本較高，采集不便利，在高校的實(shí)用性較低。出于高校的成本以及效率考慮，指紋和人臉識(shí)別技術(shù)是比較好的認(rèn)證方式。

2.2 人臉識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

目前，各高校普遍使用以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的智能驗(yàn)證系統(tǒng)，Radio Frequency Identification（簡(jiǎn)稱(chēng)：RFID）是一種自動(dòng)非接觸性識(shí)別技術(shù)，利用無(wú)線(xiàn)電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)，達(dá)到自動(dòng)識(shí)別被識(shí)別對(duì)象、獲取相關(guān)信息的目的[12]。該技術(shù)識(shí)別速度和精度都是比較理想的?，F(xiàn)階段，指紋、RFID和人臉識(shí)別都是是性?xún)r(jià)比較高的識(shí)別技術(shù)，這3種方式的詳細(xì)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 指紋、RFID和人臉識(shí)別的詳細(xì)對(duì)比

續(xù)表

RFID技術(shù)和人臉識(shí)別技術(shù)相比，存在持卡人和所持證件不一致的問(wèn)題，如遇到校園卡丟失、借用、被盜和數(shù)據(jù)復(fù)制等情況，身份不明的人員便可以隨意進(jìn)入高校圖書(shū)館甚至機(jī)密地區(qū)，造成很大的安全隱患，仍然需要人工識(shí)別，自動(dòng)化程度較低。而指紋作為生物特征的秘密信息如今變得極為容易獲取，生物特征的不可復(fù)制性?xún)?yōu)勢(shì)已不復(fù)存在。一旦生物特征被盜取，將面臨以下問(wèn)題：（1）防范不及時(shí)性：用戶(hù)在第一時(shí)間并不知道，不能像丟失校園卡一樣及時(shí)做出防范措施；（2）不可恢復(fù)性：依據(jù)生物特征識(shí)別的“掛失補(bǔ)辦”手續(xù)將變得復(fù)雜；（3）損失連續(xù)性：在防范不及時(shí)性的基礎(chǔ)上，用戶(hù)基于生物特征認(rèn)證的所有信息和資源都將被非法盜取。

人臉識(shí)別技術(shù)具備以下突出優(yōu)勢(shì)：（1）可追蹤：人臉識(shí)別技術(shù)利用視頻技術(shù)，不僅可以掌控館內(nèi)的任何動(dòng)態(tài)，又可以確認(rèn)館內(nèi)人員的身份，可形成被鎖定人員的行動(dòng)軌跡，有效地對(duì)圖書(shū)館進(jìn)行全面監(jiān)管[13]。（2）識(shí)別精度高：在現(xiàn)有技術(shù)水平下，通過(guò)提前錄入人臉數(shù)據(jù)庫(kù)，失誤率比較低。（3）安全性高：該技術(shù)要求人員親自到現(xiàn)場(chǎng)，與預(yù)先存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息相匹配才能通過(guò)，無(wú)法被他人模仿。（4）獲取信息準(zhǔn)確：根據(jù)人臉可獲取人員的身份、所在地等數(shù)據(jù)，從而形成一定的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)后續(xù)的分析可獲取想要的信息[14]。綜上而言，人臉識(shí)別在圖書(shū)館的應(yīng)用是最佳選擇，在其他領(lǐng)域也有非常廣闊的應(yīng)用前景。

3 人臉識(shí)別技術(shù)在圖書(shū)館管理中的應(yīng)用

3.1 門(mén)禁系統(tǒng)

目前，國(guó)內(nèi)高校采用的門(mén)禁管理方式，主要以門(mén)鎖、門(mén)禁卡和館員對(duì)出入人員（讀者或外來(lái)人員）進(jìn)行身份登記方式為主[15]，這種管理方式雖然成本低，技術(shù)要求性不高，但是大量增加了工作人員的工作量，不夠靈活，而且容易出錯(cuò)，冒名借閱圖書(shū)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成許多不必要的經(jīng)濟(jì)損失與麻煩，安全性低。尤其是圖書(shū)館的館藏庫(kù)對(duì)門(mén)禁控制系統(tǒng)的安全性要求較高，如涉及到權(quán)限問(wèn)題，需求也越來(lái)越復(fù)雜。而人臉技術(shù)和門(mén)禁系統(tǒng)的結(jié)合將有效地解決這一問(wèn)題，人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)的基本工作原理如圖2所示。當(dāng)學(xué)生從圖書(shū)館大門(mén)進(jìn)入時(shí)，啟動(dòng)帶有人臉識(shí)別系統(tǒng)的視頻攝像機(jī)采集定位人臉特征，上傳至門(mén)禁控制器，門(mén)禁控制器將采集的圖像與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比辨識(shí)，當(dāng)匹配到一致的特征時(shí)，則大門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟。同時(shí)，記錄下人像、進(jìn)入時(shí)間等信息，與后臺(tái)的館內(nèi)工作人員信息相結(jié)合，對(duì)工作人員進(jìn)行人臉識(shí)別統(tǒng)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)考勤。還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，防止出現(xiàn)刷完卡就離開(kāi)工作崗位的現(xiàn)象。

圖2 人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)的基本工作原理

圖書(shū)館是學(xué)生主要活動(dòng)的場(chǎng)所之一，通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)和門(mén)禁技術(shù)的結(jié)合，可以準(zhǔn)確地掌握進(jìn)入圖書(shū)館的人員動(dòng)態(tài)，只有在學(xué)校系統(tǒng)注冊(cè)過(guò)的人員才可以通行，持有別人校園卡的人將無(wú)法直接進(jìn)入圖書(shū)館，保證了讀者身份的有效性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此通過(guò)門(mén)禁系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖書(shū)館人員統(tǒng)計(jì)時(shí)，能準(zhǔn)確獲取出入圖書(shū)館學(xué)生的所在學(xué)院、專(zhuān)業(yè)、時(shí)間、次數(shù)和借閱信息等數(shù)據(jù)，為日后的圖書(shū)館研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

3.2 借閱系統(tǒng)

在傳統(tǒng)圖書(shū)館借閱模式中，學(xué)生辦理校園一卡通后，即可獲得享有圖書(shū)館資源的權(quán)限，在借閱讀書(shū)時(shí)，需要在磁卡器上放置校園卡確認(rèn)借閱者身份，同時(shí)將所借的圖書(shū)放置到紅外線(xiàn)掃描設(shè)備上掃描書(shū)本條形碼信息，才能確保圖書(shū)借閱信息的準(zhǔn)確性。如果將人臉識(shí)別技術(shù)和RFID技術(shù)相結(jié)合，RFID技術(shù)保證了閱讀器能自動(dòng)同時(shí)讀取多本圖書(shū)信息，人臉識(shí)別技術(shù)保證了人員信息驗(yàn)證的正確性，讀者可以直接“刷臉”借閱書(shū)籍，極大地減少了讀者等待的時(shí)間，從根本上解決了重復(fù)勞動(dòng)的問(wèn)題。其基本工作原理如圖3所示。

圖3 人臉識(shí)別技術(shù)和RFID技術(shù)相結(jié)合的借閱系統(tǒng)工作原理

校園一卡通是學(xué)生進(jìn)入圖書(shū)館和借閱書(shū)籍的憑證，只限于本人使用，學(xué)生必須保管好借閱證，如果丟失甚至被盜用，容易被未知人員非法使用，會(huì)造成不必要的損失[16]。人臉識(shí)別技術(shù)可以有效地避免防范不及時(shí)，減少圖書(shū)館書(shū)籍的丟失率，不明人員也不能隨意進(jìn)出圖書(shū)館。在保證人員信息準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，在進(jìn)行文獻(xiàn)閱讀率的相關(guān)研究時(shí)，可以圍繞借閱人員的專(zhuān)業(yè)、年級(jí)、性別和頻次等信息進(jìn)行分析，由此不僅可以根據(jù)學(xué)生的文獻(xiàn)利用情況，為其提供個(gè)性化的定向服務(wù)，還可以為圖書(shū)館采購(gòu)部門(mén)提供建議。

3.3 座位管理系統(tǒng)

現(xiàn)代圖書(shū)館不僅為學(xué)生提供文獻(xiàn)資料、網(wǎng)絡(luò)資源，更是同學(xué)們自習(xí)的重要場(chǎng)所之一，由于圖書(shū)館的自習(xí)環(huán)境相對(duì)于普通自習(xí)教室更加優(yōu)越，但資源有限導(dǎo)致圖書(shū)館的座位越來(lái)越短缺，經(jīng)常出現(xiàn)圖書(shū)館提供的座位數(shù)量與學(xué)生需求之間不匹配現(xiàn)象。

目前國(guó)內(nèi)許多高校開(kāi)始運(yùn)用微信公眾平臺(tái)提供在線(xiàn)預(yù)約座位的服務(wù)[17]，并具有現(xiàn)場(chǎng)刷卡確認(rèn)和取消座位的功能，但是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊還有待提高，它是保證座位得到充分利用的有力保證。國(guó)內(nèi)各大高校使用了適合自身的方法進(jìn)行圖書(shū)館的座位監(jiān)管，主要方法有：（1）基于硬件的監(jiān)管方法。主要是通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生是否在座位上，例如使用單片機(jī)和紅外接近開(kāi)關(guān)相結(jié)合的監(jiān)控管理系統(tǒng)來(lái)減少圖書(shū)館亂占座的現(xiàn)象[18]，通過(guò)座位下壓力數(shù)值來(lái)分辨使用狀態(tài)的座位管理系統(tǒng)防止他人搶座或幫忙占座現(xiàn)象[19]，結(jié)合GIS與圖書(shū)館座位系統(tǒng)有效解決占座不合理現(xiàn)象[20]。雖然可以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，但是硬件初始成本和后續(xù)維護(hù)成本極高，對(duì)技術(shù)水平的要求也比較高。（2）基于軟件的監(jiān)管方法。主要是通過(guò)使用根據(jù)自身要求構(gòu)建的圖書(shū)館座位管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)部分自動(dòng)化管理，但是仍然需要館員定時(shí)巡查來(lái)提高利用率。該方法適應(yīng)性高，技術(shù)成本低，但是管理成本高，增加了館員的工作量。（3）基于軟硬件結(jié)合的管理方法。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，兩者相結(jié)合成為了主要趨勢(shì)，并且在此基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行不斷優(yōu)化。

將人臉結(jié)合技術(shù)運(yùn)用在座位管理系統(tǒng)中在國(guó)內(nèi)并不多見(jiàn)，徐海東[21]曾在蘇州大學(xué)圖書(shū)館座位管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了引入人臉識(shí)別模塊的新型管理系統(tǒng)；張敏[17]在遼寧大學(xué)圖書(shū)館已有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了微環(huán)境下通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)優(yōu)化的入館選座系統(tǒng)。在自習(xí)區(qū)域設(shè)置人臉識(shí)別器，杜絕一人通過(guò)刷多張校園卡占據(jù)多位，將接收到的人臉與預(yù)約信息或后臺(tái)學(xué)生數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，匹配成功才可進(jìn)入自習(xí)教室。同時(shí)將視頻監(jiān)控功能與人臉識(shí)別系統(tǒng)相結(jié)合，在監(jiān)控中對(duì)進(jìn)出人員進(jìn)行身份識(shí)別和座位使用情況識(shí)別，以保證座位的高利用率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，筆者提出將門(mén)禁系統(tǒng)、座位系統(tǒng)和借閱管理系統(tǒng)與人臉識(shí)別系統(tǒng)相結(jié)合的設(shè)想，給學(xué)生的校園學(xué)習(xí)生活帶來(lái)便利，為圖書(shū)館的基本工作提供了一定保障，確保學(xué)生和館員的人身安全和財(cái)物安全，也確保了圖書(shū)館內(nèi)重要文獻(xiàn)資料的完整保存，同時(shí)也提高了圖書(shū)館的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館半自動(dòng)化管理，具有成本低、維護(hù)方便、實(shí)用性高的優(yōu)勢(shì)，相信隨著圖書(shū)館功能越來(lái)越豐富，在后續(xù)發(fā)展中將會(huì)引入更多的先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步提升圖書(shū)館的人性化。