Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông
1. Đặt vấn đề
Trong bối cảnh công nghệ phát triển nhanh chóng, nhu cầu đảm bảo an ninh cho nhà ở và các công trình xây dựng ngày càng trở nên quan trọng. Các phương pháp bảo mật truyền thống như khóa cơ hay mật mã dần bộc lộ nhiều hạn chế, dễ bị sao chép hoặc xâm nhập trái phép.
Để giải quyết vấn đề này, các hệ thống khóa cửa thông minh như khóa vân tay và nhận dạng khuôn mặt đã ra đời, mang lại mức độ bảo mật cao hơn và tiện lợi hơn cho người dùng. Đặc biệt, khóa cửa bằng nhận dạng khuôn mặt cho phép xác thực danh tính một cách nhanh chóng và chính xác, chỉ mở cửa khi nhận diện đúng khuôn mặt đã được đăng ký. Điều này giúp ngăn chặn nguy cơ bị mất chìa khóa hoặc rò rỉ mật khẩu, đồng thời nâng cao khả năng kiểm soát ra vào trong thời gian thực.
Hệ thống khóa cửa thông minh có thể hoạt động độc lập hoặc tích hợp vào các hệ thống IoT để cho phép điều khiển từ xa qua điện thoại thông minh. Nhờ đó, người dùng có thể kiểm soát và giám sát trạng thái cửa từ bất kỳ đâu, mang lại sự an tâm tuyệt đối ngay cả khi vắng nhà như Hình 1 và Hình 2 [1-5].
Hình 1: Hệ thống mở cửa bằng vân tay và mật khẩu
Hình 2: Hệ thống mở cửa bằng nhận dạng khuôn mặt
2. Giải pháp thực hiện
Khóa cửa bằng nhận dạng khuôn mặt là một phần quan trọng trong hệ sinh thái các thiết bị IoT [2], giúp nâng cao mức độ tự động hóa và tăng cường tính bảo mật cho người dùng.
Hệ thống sử dụng một camera kết hợp với máy tính nhúng Raspberry Pi để quét và nhận diện khuôn mặt. Khi một khuôn mặt được phát hiện, hệ thống sẽ so sánh với cơ sở dữ liệu đã lưu trữ. Nếu khuôn mặt trùng khớp, tín hiệu điều khiển sẽ được gửi đến hệ thống cơ cấu chấp hành để mở cửa. Nếu không, cửa sẽ vẫn đóng và có thể gửi cảnh báo đến chủ nhà như Hình 3.
Hệ thống còn có khả năng kết nối Internet, cho phép gửi trạng thái cửa và thông tin truy cập lên máy chủ để theo dõi từ xa. Người dùng có thể sử dụng ứng dụng trên điện thoại di động để kiểm tra trạng thái cửa, xem lịch sử truy cập, hoặc điều khiển đóng/mở cửa theo thời gian thực như Hình 4.
Một số tính năng nổi bật của hệ thống:
- Nhận diện khuôn mặt chính xác: Sử dụng thuật toán xử lý ảnh tiên tiến để phân tích và xác thực danh tính.
- Tích hợp với ứng dụng di động: Cho phép giám sát và điều khiển cửa từ xa thông qua Internet.
- Lưu trữ lịch sử truy cập: Ghi lại thông tin về thời gian và danh tính người mở cửa, giúp dễ dàng kiểm tra lại khi cần.
- Cảnh báo bảo mật: Gửi thông báo đến điện thoại nếu có hành vi xâm nhập trái phép hoặc nhận diện khuôn mặt không hợp lệ.
Hệ thống có thể được triển khai cho nhiều môi trường khác nhau như nhà riêng, văn phòng, khu chung cư hoặc các tòa nhà thông minh, đảm bảo kiểm soát an ninh hiệu quả và tiện lợi hơn so với các phương pháp truyền thống.
Hình 3: Mô hình hệ thống mở cửa bằng nhận dạng khuôn mặt
Hình 4: App giám sát và điều khiển hệ thống mở cửa bằng nhận dạng khuôn mặt
3. Kết luận
Hệ thống mở cửa bằng nhận dạng khuôn mặt là một giải pháp an ninh hiện đại, mang lại nhiều lợi ích so với các phương pháp bảo mật truyền thống. Bằng cách tận dụng công nghệ nhận diện khuôn mặt kết hợp với IoT, hệ thống giúp tăng cường tính an toàn, giảm nguy cơ mất cắp hoặc xâm nhập trái phép, đồng thời tạo sự tiện lợi cho người dùng.
Nhờ khả năng kết nối với điện thoại thông minh, người dùng có thể giám sát và điều khiển cửa từ xa, đảm bảo an ninh ngay cả khi không có mặt tại nhà. Hệ thống cũng có thể tích hợp với các thiết bị thông minh khác để tạo ra một hệ sinh thái an ninh toàn diện.
Trong tương lai, hệ thống có thể được nâng cấp và mở rộng theo các hướng sau:
- Cải thiện thuật toán nhận diện khuôn mặt: Sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học sâu (Deep Learning) để tăng độ chính xác, đặc biệt trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc thay đổi khuôn mặt do đeo kính, khẩu trang.
- Tích hợp đa phương thức bảo mật: Kết hợp nhận dạng khuôn mặt với quét vân tay, mật mã, hoặc nhận diện giọng nói để tăng cường bảo mật.
- Nâng cấp phần cứng: Sử dụng vi xử lý mạnh hơn hoặc camera có độ phân giải cao để cải thiện tốc độ nhận diện và khả năng xử lý.
- Mở rộng khả năng kết nối với hệ thống nhà thông minh: Liên kết với chuông cửa thông minh, hệ thống giám sát an ninh, cảm biến chuyển động hoặc hệ thống chiếu sáng tự động để tạo ra một môi trường sống an toàn và hiện đại hơn.
- Bảo mật dữ liệu và quyền riêng tư: Áp dụng các giao thức mã hóa mạnh để bảo vệ thông tin người dùng, tránh rủi ro bị xâm nhập hoặc giả mạo danh tính.
Với những cải tiến này, hệ thống mở cửa bằng nhận dạng khuôn mặt không chỉ dừng lại ở việc bảo vệ nhà riêng mà còn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác như kiểm soát ra vào tại văn phòng, trường học, khu công nghiệp, bệnh viện và các tòa nhà thông minh.
Tài liệu tham khảo:
[1] R. Ramani, et al. (2012), Bank Locker Security System based on RFID and GSM Technology, International Journal of Computer Applications, pp. 15-20.
[2] Syed Ali Imran Quadri and P. Sathish (2017), IoT based home automation and surveillance system, International Conference on Intelligent Computing and Control Systems, pp. 861-866.
[3] Andreas, et al. (2019), Door Security System for Home Monitoring Based on ESP32, Procedia Computer Science, vol. 157, pp. 673-682.
[4] Joseph Redmon, et al. (2015), You Only Look Once: Unified, Real-Time Object Detection, IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp. 779-788.
[5] Aparna T G, et al. (2022), Smart Doorbell Using ESP32 Cam Based on IoT, International Journal of Innovative Research in Engineering, pp. 290-292.
ThS. Hồ Lê Anh Hoàng (Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Văn Hiến)