人脸识别,智慧平安校园解决方案
1. 现状
1.1. 项目背景
随着经济的发展，社会开放程度的提高，社会上的一些违法犯罪事件也日渐影响到学校校园。如何建立一个安全的校园环境，保障师生的学习、校园生活安全一直是教育部门和社会各界关注的焦点。校园安全问题，维系着社会的稳定，牵动着家庭的幸福，已成为全社会密切关注的话题，直接影响到和谐社会的建设。据社会调查显示，造成学校安全事故发生的原因，很大一部分是由外来的侵害造成的，包括非法人员闯入、社会不良人员进入等给校园安全带来极大危害。
为落实建设平安校园，桃源派出所在其辖区的六所学校（桃源小学、卓雅小学、南山外国语中学、南山国际学校、新安职业技术学院（包括校区和宿舍区）、南山文理实验学校）建设人脸识别黑名单预警系统，在各校区的人员出入口，通过人脸识别系统将非法黑名单员识别出来，并在派出所的平台进行预警，及时通知值班民警，及时阻断危害事件发生，为智慧平安校园的建设提供强大助力，保障师生的学习、生活安全。
1.2. 项目需求
在桃源派出所辖区内的6所学校，均安装有传统的视频监控系统，门禁系统等，以上系统只能做到事后查看和事后追踪的效果，而采用人脸识别系统则可以将对校园有威胁的人员拒之门外，能做到事前预防，将涉及到校园安全的危险人员在入口出就能识别找出，智能化提升校园安全保护工作。
2. 解决方案
2.1. 系统设计原则
经济性
充分利用现有传输线路，通过合理的结构，尽可能减少新增投资;避免盲目追求最新技术，同时又要防止系统处理能力不够;整个系统易用、实用、易于维护。
可靠性
采用可靠的软硬件产品是保证系统可靠性的关键。系统应最大限度集成稳定且优秀的技术及组件，采用成熟技术以降低系统的不稳定性; 系统应该支持基于集群技术的负载均衡功能，保证系统核心应用有足够的备份容错，提高系统的可靠稳定性。
开放性
技术方案和软件具有良好的互联、互操作能力及升级能力，遵循最新的国际标准、国家标准和行业标准，遵循开放的原则。便于被更高层次的管理软件集成。
先进性
系统技术水平保证先进性，符合当今计算机科学的发展潮流。系统软件平台、硬件平台技术代表当今计算机技术发展的方向，并经实践证明其有很强的实用性;开发单位有能力进行该项产品的持续性开发，可以保证该项技术不断地更新并顺利升级而维持系统的先进性。
可扩展性
系统结构易于扩充，以适应今后可能出现的较大任务负载。硬件平台具有可升级性，当需要时可以通过设备扩展以提高系统的处理能力，从而保护原有投资。系统软件应具有可扩充性。采用面向对象的结构设计，具有很强的灵活性、可操作性和可扩展性。完全模块化的软件架构使得在今后业务发生变化时，模块的增加和对模块的修改不应对其他模块产生影响。
易用性
采用易熟悉的易于维护的系统平台。可操作性及界面友好，充分考虑使用人员的特点，使数据处理工作简单、方便、快捷。业务流程清晰，符合常规业务处理习惯。基于网络架构，可以远程配置管理，实施方便、维护方便。而系统软件采用统一风格的软件界面，操作方便,采用中文图形界面。
全面性
系统能够派出所提出的各项功能，符合需求中提出的所有基本要求，同时系统具备良好的兼容性和可扩展性，
2.2. 人脸识别技术简介
人脸识别是人体生物认证技术的一种，人脸识别技术相对于其他生物识别技术，具有生物特征唯一性、可测量性、可识别性、终身不变性等特点。人脸识别利用可见光获取人脸图像信息，而不同于指纹识别或者虹膜识别，需要利用电子压力传感器采集指纹，或者利用红外线采集虹膜图像，这些特殊的采集方式很容易被人察觉，从而更有可能被伪装欺骗。
人脸识别系统响应速度迅速，从比对到判定在1秒以内。是人工比对确认的数十倍。同时采用人像跟踪技术，减少同一人的照片存储数量，降低数据冗余与硬件设备的投资。较其他识别技术，人脸识别技术具有本质的区别：
自然性：适合视觉“以貌识人”的自然习惯；
隐蔽性：不被察觉对于一种识别方法也很重要，这会使该识别方法不令人反感，并且因为不容易引起人的注意而不容易被欺骗；
非接触性：用户不需要和设备直接接触就能获取人脸图像；
非强制性：用户不需要专门配合人脸采集设备，几乎可以在无意识的状态下就可获取人脸图像，这样的取样方式没有“强制性”；
并发性：在实际应用场景下可以进行多个人脸的分拣、判断及识别。
一个典型的人脸识别系统主要包括训练过程和识别过程。训练过程主要完成将已知人脸进行定位、特征提取与选择、以及分类器的设计；识别过程则完成将未知图片进行处理，并最终识别出身份的分类和决策。其工作流程如图所示
2.3. 系统概述
本系统拟在6个校区和宿舍区的大门人员出入口，安装人脸识别系统，系统包含两个摄像头，可用于抓拍识别进、出两个方向的人员，并将前端的连个摄像机头通过网络传输到各自校区的监控机房内，接入到人脸识别主机，在通过互联网经所有的数据传输到桃源派出所指挥中心。
如上图所示，各校区和宿舍区的人员出入通道，出、入方向各安装一台摄像机，在保安室安装1台人脸识别主机和1台 NVR，通过校区内的网络连接到校区机房的交换机内，并通过互联将人脸识别主机的识别结果传输到桃源派出所的平台上，供派出所统一管理指挥。
摄像机给视频门禁设备提供访问权限，供其获取视频流。
人脸识别主机同时将识别结果通过互联网传输给视频门禁平台，给视频门禁平台提供上行/下行数据协议，由视频门禁平台管理人脸识别主机，包括管理黑名单人员，获取比对结果，设备数据上传等。
在NVR存储摄像头的监控视频，最低存储3个月。同时，NVR接入高点监控摄像机，为其提供存储。
2.4. 系统流程
人脸识别黑名单预警系统业务流程，出入口摄像机采集视频区域内的人脸图像，与黑名单库内的人员模板进行比对，比对成功则向派出所的平台发出预警信息，并弹窗提示，同时保存现场照片和识别记录，流程图如下：
具体工作流程如下：
(1) 通视频门禁平台向校区和宿舍区的人脸识别主机下发黑名单人员信息，建立预警人员模板库；
(2) 行人进入校区和宿舍区人员通道的人脸识别区域，人脸识别主机将自动识别人员，并从视频流中抽取一张人脸；
(3) 人脸识别主机将抓拍头像与数据库中预警人员人脸库照片进行比对；
(4) 比对一致，向视频门禁平台和派出所管理平台推送预警信息，提醒工作人员。
2.5. 点位设计
1.南山国际学校
在南山国际学校的校区人员出口布置两台摄像机，一台安装于保安室的屋檐下，方向向外，用于抓拍识别进入校区的人员。
2.新安职业技术学院
校区
新安职业技术学院校区人员出入通道，两台摄像机安装在出入口的圆柱上。宿舍区在新安职业技术学院宿舍区，出入口的两根圆柱上加装摄像机，用于进出人员抓拍识别。
3.南山文理实验学校
在学校的大门出入口的门卫岗亭，顶部通过安装支架的方式加装抓拍摄像机。
4.桃源小学
在桃源小学的人员出入通道，将摄像机安装在通道顶部墙面，安装两台用于抓拍识别进、出方向的人员。
5.卓雅小学
在卓雅小学的人员通道顶部安装一台摄像机，用于识别出方向的人员。在通道正对的大楼，屋檐角落安装另一台，用于识别进方向人员。
6.南山外国语中学
在南山外国语中学的人员出入通道，将摄像机安装在通道顶部墙面，安装两台用于抓拍识别进、出方向的人员。
3. 功能
建模速度：单线程提取单个人脸特征值时间不超过200毫秒。
识别效率：识别精度高，识别率大于99.2%，识别速度快，识别时间小于1秒；
比对速度：单线程比对时间不超过500ms/百万张。
识别速度：从人员出现在画面中，到识别出结果，整个过程不超过1秒。
人脸照片一般大小为20KB，场景图80KB，特征值为2KB
可以处理的人脸不同面部表情的特性：
不同表情(微笑，张嘴、闭眼)；
不同光照(自然光、室内光)，可以处理一定程度的强光、昏暗和光照不均；
可以处理不同姿态(左右25度，低抬头25度)；
可以处理不同年龄段(从6岁开始)；
可以处理各种刘海情况；
可以处理不同装饰(如眼镜，帽子等)；
4. 效果
实现校园大门进出人员的人脸图片留底
对可以人员的布控，识别出黑名单人员
分析校园门口常出现的人员，做好预防工作，避免突发事件
人脸识别监控和监控两用，存储校园大门进出视频监控
与视频门禁联动，数据共享，为视频门禁刷卡记录提供视频数据关联