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摘 要 ：在公共服务领域,迅速而准确的身份识别对于提高服务效率和确保安全至关重要。为改善身份识别工具在公共服 务领域的工作流程和用户体验,本文研究设计了一种基于二维码的简易身份识别系统,该系统支持微信小程序操作。在 A 部门 人员数据集下的性能测试中,研究所提出方法的识别准确率最高值为 95.1%,高于指纹识别系统的 90.3% 和人工识别系统的 90.1%。研究所提出方法的识别准确率最低值为 70.1%,远高于指纹识别系统的 57.7% 和人工识别系统的 55.6%。研究成果表 明,该系统能够有效地帮助企业内的公共服务更好地进行目标人群管理。
关键词 ：便捷服务 ；身份识别 ；二维码 ；微信小程序
Application of Simple and Rapid Identification Tool in Public Service Field
JIANG Liangliang1, HUANG Heyan1, LUO Wanna1, YE Jiahao2
(1.China Southern Power Grid Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510663;2 Southern Power Grid Digital Enterprise Technology (Guangdong) Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510663)
【Abstract】：In the field of public services, rapid and accurate identification is essential to improve service efficiency and ensure security. To enhance the workflow and elevate user experience of identity verification tools within the realm of public service sector, a simple identification system based on two-dimensional code is proposed, which supporting the operation for wechat mini program. In the performance test under the personnel data set of department A, the highest recognition accuracy of the proposed method is 95.1%, which is higher than that of the fingerprint recognition system (90.3%) and the manual recognition system (90.1%). The minimum recognition accuracy of the proposed method is 70.1%, which is much higher than that of fingerprint recognition system (57.7%) and manual recognition system (55.6%). The experimental results proved that the system can effectively help the public service in the enterprise to better manage the target population.
【Key words】：convenient service;identification;two-dimensional code;WeChat mini program
0 引言
随着信息技术的飞速发展,公共服务领域正面临着 前所未有的变革。身份认证作为保障公共服务有效性和 安全性的关键环节,其重要性日益凸显。在大型企业 中,人员构成复杂,不仅包括大量的正式内部员工,还 涵盖了众多的外协及访客人员。复杂的人员结构导致这 些企业为目标员工开设的公共服务无法针对性使用,也 就难以保证目标员工接受到优质的服务。一些企业要求 每个公共服务场所需要核验接受服务人员的身份信息, 但大部分企业的身份信息凭证只有员工工作证,有一些 员工可能会忘记或丢失工作证,部分不是目标员工的人员也有可能冒用其他目标员工的工作证,且人工查验工 作证效率较低。因此,此次研究提出了一种基于二维码 的身份识别系统,该系统能够提高企业内部公共服务场 所的身份识别效率,从而提高公共服务点的服务质量。
1 基于二维码的身份识别系统总体设计
1.1 基于二维码的身份识别系统的组成
传统身份识别系统大多采用卡片、密码、指纹等方式 进行身份识别,但卡片易丢失 ；在人员数量较大时,输入 密码的识别方式效率较低 [1] ；指纹识别系统对人体皮肤状 态要求较高,当皮肤过于干燥或过于湿润时识别准确率 较低 [2]。基于二维码的身份识别系统能够有效解决上述问题。基于二维码的简易身份识别系统如图 1 所示。
图 1 中, 该身份识别系统主要由上位机和下位机组成, 其中,上位机采用 NI Lab VIEW 软件,其主要功能为 识别用户手机二维码,并检测用户是否为该服务项目的 目标人群。上位机将检测到的信息通过串口通信发送至 下位机。下位机由 STM32f103 微控制器和 LED 显示屏 组成,下位机根据上位机发来的信息向受控单元发出指 令。在上位机中, NI Lab VIEW 主要包括三个区域,即 二维码图像采集区域、系统操作区域和结果显示区域。
1.2 图像采集
在进行二维码图像的采集时,系统会显示系统拍摄 的原始图像和经滤波处理后的图像。系统在采集了二维 码图像之后会对图像进行灰度化处理、滤波处理,图像 处理完成后进行二维码信息的识别 [3]。二维码图像采集 的步骤为, 在 Lab VIEW 中打开摄像头, 随后对当前摄 像头前的图像进行连续采集,然后通过 IMAQdx Grab. VI 获取输出当前帧的图像, 随后在系统中为该图像创 建一个一次性储存单元,将图像储存至该单元,最后, 关闭摄像头,完成图像采集。
1.3 图像处理方法
首先对采集到的二维码图像进行灰度化处理。原始 图像为 RGB 彩色图像,该形式的图像不便于对图像的 定位与识别。因此,系统利用 IMAQ 将图像转换为 8bit 的灰度图像,灰度化处理后的图像能够更加突出图像重 点。灰度化处理过后需对图像进行滤波处理。原始图像 中包含大量噪声,这会导致图像质量下降,不利于系统 对二维码图像进行准确识别 [4]。系统采用中值滤波的方 式对原始图像进行滤波处理,中值滤波处理能够在降噪 的同时保留图像的边缘特征。
1.4 二维码定位与识别方法
经过处理后的图像虽然在一定程度上提高了图片质 量,但难以剔除图像中的其他元素。因为在进行原始 图像采集时,当时的环境中可能有其他背景图像的影 响,比如客户的手机、手指等元素,因此,需要对二维 码进行定位。对二维码中加粗的三个角的图像为定位标 志,根据定位标志能够定位出二维码的区域。对二维码 的定位由 IMAQ Read QR Code 实现。
IMAQ Read QR Code 中的 QR Code Report 是一个簇, 其中由 QR 码描 述。系统会按照名称分别显示簇中的三个子项,即 Data 项、Found 项 以 及 Bounding Box 项。 其 中, Data 项 显示的是该二维码代表用户信息 ；Found 项连接了指 示灯,当未识别到二维码信息时,灯不亮,反之灯亮 ； Bounding Box 项包含了二维码的最小矩形。
1.5 上位机与下位机的通信办法
上位机与下位机的通信由 VISA 函数来实现,上位机 识别的二维码结果通过串口发送至下位机。串口通信协议 帧的结构包括传输方向、包头、数据值及包尾。其中, 数 据值指的是用户通过微信小程序录入自己的姓名及手机号 码。系统利用 VISA 配置串口来配置串口波特率等数据, 采用条件结构语句为目标用户写入唯一数据值字符,通 过字符串连接函数的包头和包尾,随后将这些数据打包, 经 VISA 写入串口然后发送数据。串口发送数据后需在 STM32f103 微控制器中接收串口数据,在接收时必须保 证配置串口数据、波特率等数据与上位机完全相同,随后 按照串口通信协议帧结构对数据包进行分析。
1.6 下位机识别控制系统
下位机通常是指嵌入式系统中负责执行具体任务的 部分,它可以理解为一个系统中的从属机,与之相对的 则是上位机,负责监控、发送指令和处理数据等。下位 机识别控制系统结合了识别功能和控制功能。基于二维 码的简易身份识别系统可以通过下位机识别控制系统, 落实于门禁安全中。下位机通过上位机的识别结果判 断当前用户是否为数据库中的目标用户。若经数据库匹 配,该用户属于目标用户,下位机控制继电器吸合,门 禁开启,用户顺利通过, LED 显示器会显示用户基本 信息。若经数据库比对,当前用户为非目标用户,则下 位机控制继电器断开,门禁保持关闭状态,用户通过失 败, LED 屏幕显示非目标用户。
2 数据库的建立
客户能够在自己手机上的微信小程序中注册和登录 账号。该客户端有录入用户信息、查询历史信息等功能。 在客户第一次进入该小程序时,系统会提示用户进行注 册与首次登录 ；注册时系统会提示用户输入手机号, 用 以接收验证码 ；用户还需要设置登录密码,用户在后续的登录中可以选择收集验证码登录和密码登录。用户要 根据接受服务的不同,选择不同的二维码,不同服务的 二维码译码长度不同。客户端会根据用户类型将用户分 为系统管理员和目标员工,在用户输入账号后系统会自 动识别这两类用户。服务端还能够每天进行人员信息更 新,储存不同服务在不同时刻允许使用的人员姓名、用户 账号、手机号等信息,形成记录信息表。还能将信息发送 至管理员处,这样有利于管理员进行数据的汇总, 以便进 行更好的管理。用户基础信息表如表 1 所示。
用户信息表中包含用户 ID、用户姓名、用户手机号 码、用户创建账号时间以及用户最后一次登录的时间。 该识别系统主要以用户手机号识别为主,因此,在用户 信息表中,用户手机号被设置为主键。用户的姓名和手 机号码类型均为 Varchar（255）,用户创建账号的时间 和用户最后一次登录系统的时间都是 Timestamp 类型。 记录信息表如表 2 所示。
记录信息表中包含了记录 ID,记录 ID 指的是该条 记录的唯一 ID,还包括记录相关的关联 ID,这两种 ID 都是 Varchar（24）类型 ；包括该条记录的类型信息, 具体信息为用户登录验证信息,管理员的删除或增加记 录,该元素为 int（1）类型 ；还包括记录产生的时间, 该元素为 Timestamp 类型。
3 基于二维码的简易身份识别系统的性能测试
对该识别系统进行的性能测试是在 Windows 10 操作 系统上实现的, Intel Core i7-7700K CPU、16GB RAM、 NVIDIA GeForce GTX 1080 Ti 的台式电脑上进行的。将此次研究提出的基于二维码的识别系统与其他身份识别方 法进行了识别准确率的对比。研究使用的数据集为 A 部 门与 B 部门的员工信息。不同识别方法准确率对比如图 2 所示。
如图 2（a）表示在采用 A 部门的人员信息所测得的 准确率。研究所提出方法的识别准确率最高值为 95.1%, 指纹识别系统的识别准确率最高为 90.3%,人工识别系 统的识别准确率为 90.1%。识别人数为 100 时,三种身 份识别方法准确率均达到最低值,基于二维码识别系统 识别准确率最低值为 70.1%,指纹识别系统的识别准确 率最低值为 57.7%,人工识别系统的识别准确率最低值 为 55.6% ；如图 2（b）表示在采用 B 部门的人员信息 所测得的准确率。研究所提出方法的识别准确率最高值 为 95.2%,指纹识别系统的识别准确率最高为 90.2%, 人工识别系统的识别准确率为 90%。识别人数为 100 时,三种身份识别方法准确率均达到最低值,基于二维 码识别系统识别准确率最低值为 69.8%,指纹识别系统的识别准确率最低值为 58.2%,人工识别系统的识别准 确率最低值为 56.1%。可以看出,研究所提出的基于二 维码的识别系统在不同数据集下和不同人数下的识别准 确率均高于其他两种身份识别方法。
4 结语
随着公共服务领域的快速扩张,高效和安全的身份 识别系统变得尤为关键。特别是在大型企业及公共服务 机构中,面对日益增长的用户量和验证需求,传统的身 份验证手段已难以满足效率和安全性的双重要求。为 此,研究基于二维码技术,提出了一种简易身份快速识 别工具的应用模型,旨在为大型组织中的身份验证提供 一种创新解决方案。性能测试结果表明,在 A 部门人 员信息数据集下,研究所提出方法的识别准确率最高值 为 95.1%,指纹识别系统的识别准确率最高为 90.3%, 人工识别系统的识别准确率为 90.1%。在 B 部门人员 信息数据集下,研究所提出方法的识别准确率最高值为 95.2%,指纹识别系统的识别准确率最高为 90.2%,人工识别系统的识别准确率为 90%。实验结果表明,研 究提出的基于二维码识别系统的身份识别准确率更高, 验证了此次研究的有效性。未来的工作应当集中于进一 步完善系统功能、增强用户界面的友好性,并在更大规 模的环境中进行测试与验证,确保该工具能在不断发展 变化的公共服务领域中持续发挥其价值。
参考文献
[1] 郑俊杰,李申,肖迪创,等.基于STM32单片机的二维码门禁 系统[J].电子制作,2022,30(1):67-70.
[2] 张恒哲.后疫情时代智慧门禁在医院的应用研究[J].信息与 电脑,2021,33(8):155-157.
[3] 高林钧,常瑞,张恩迪.基于二维码的开放实验室预约管理系 统设计[J].现代制造技术与装备,2022,58(5):17-19.
[4] 许周,顾建荣,郭巍.基于疫情防控的门禁管理系统的研究与 设计[J].计算机应用文摘,2022,38(17):43-46.
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