王鵬程

摘要：近年來，隨著我國高校擴(kuò)招政策的不斷深入，各高校內(nèi)學(xué)生人數(shù)呈爆炸式增長，學(xué)生人數(shù)的激增給學(xué)校的管理工作帶來了新的挑戰(zhàn)。以高校教育教學(xué)環(huán)境為背景，引進(jìn)人臉識別技術(shù)不僅能夠辨別、確認(rèn)學(xué)生身份，而且也可以提高學(xué)校對學(xué)生的管理效率，確保學(xué)校各項(xiàng)教育教學(xué)管理工作的有序進(jìn)行。論文以高校教育教學(xué)環(huán)境為背景，對學(xué)生群體人臉識別相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)研究分析，為人臉識別技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用做好鋪墊，從而進(jìn)一步提升學(xué)校對學(xué)生群體的管理效率。

關(guān)鍵詞：中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）17-0213-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 前言

所謂的人臉識別就是指對人的面部信息進(jìn)行檢測辨識，從而達(dá)到身份確認(rèn)辨別的目的，因此人臉識別技術(shù)也可以叫作面像識別技術(shù)。人臉識別技術(shù)包括三方面的內(nèi)容，具體有：面像檢測、面像追蹤以及面像對比等。其中，面像檢測為在某種特定復(fù)雜的環(huán)境里，對識別目標(biāo)的面部進(jìn)行檢測，判斷是否存在面部特征，如果存在那么將面部信息進(jìn)行分離。而面像追蹤則為將檢測到的面部信息作為追蹤的目標(biāo)，做到動態(tài)追蹤。面像對比為系統(tǒng)根據(jù)檢測追蹤到的面部信息進(jìn)行信息提取保留，并將該數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)庫中的面像數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配比對，從而達(dá)到確認(rèn)所檢測目標(biāo)身份的目的。

人臉識別屬于生物特征識別技術(shù)。作為生物特征識別技術(shù)的一個(gè)重要成員，人臉識別技術(shù)與其他的生物特征識別技術(shù)例如指紋信息識別、人類聲音信息識別以及靜脈識別等有著本質(zhì)的區(qū)別。如果想要對識別目標(biāo)進(jìn)行身份辨別，系統(tǒng)就必須首先檢測采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，而指紋信息、聲音信息以及靜脈狀態(tài)信息等都需要被識別人的特定配合才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)信息的采集工作，無法對復(fù)雜環(huán)境中群體目標(biāo)的身份辨別。然而，人臉識別技術(shù)即使在群體環(huán)境下且不需要被檢測人的主動配合就能夠?qū)崿F(xiàn)對人臉信息的采集工作，達(dá)到在復(fù)雜環(huán)境中對群體目標(biāo)進(jìn)行身份辨別的目的。因此，人臉識別技術(shù)能夠高效、隱蔽的對群體目標(biāo)進(jìn)行檢測。此外，人臉識別技術(shù)還具有識別率高、識別工作簡便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠廣泛地應(yīng)用到身份辨別、安全確認(rèn)等領(lǐng)域中。

基于上述內(nèi)容的介紹，人臉識別技術(shù)在教學(xué)環(huán)境下對學(xué)生群體目標(biāo)進(jìn)行身份識別具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。該技術(shù)在教學(xué)環(huán)境下的應(yīng)用，不僅能夠?qū)W(xué)生群體進(jìn)行身份辨別確認(rèn)，而且也可以提高學(xué)校對學(xué)生群體的管理效率，確保學(xué)校教學(xué)、管理工作的有效進(jìn)行。下面，論文將對人臉識別技術(shù)的相關(guān)特征進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 人臉識別技術(shù)的特征

人臉識別技術(shù)的主要特征有：經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、先進(jìn)性、開放性、可擴(kuò)展性、易操作性、安全性以及完整性等。

1） 經(jīng)濟(jì)實(shí)用性

人臉識別技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的優(yōu)勢。從經(jīng)濟(jì)性、功能性以及性價(jià)比上綜合考慮，人臉識別技術(shù)滿足一定的經(jīng)濟(jì)實(shí)用型。

2） 先進(jìn)性

人臉識別技術(shù)在生物識別技術(shù)領(lǐng)域中屬于領(lǐng)先科技，具有一定的先進(jìn)性。

3） 開放性

基于人臉識別技術(shù)的身份識別系統(tǒng)具有開放的體系標(biāo)準(zhǔn)，能夠支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)互通互聯(lián)，降低系統(tǒng)內(nèi)部的軟硬件的耦合性，提高通信率。

4） 可擴(kuò)展性

基于人臉識別技術(shù)的身份識別系統(tǒng)能夠?qū)ο嚓P(guān)功能模塊進(jìn)行有效的配置管理，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

5） 易操作性

基于人臉識別技術(shù)的身份識別系統(tǒng)具有良好的人際交互平臺，能夠降低用戶的頻繁操作帶來的不必要的工作量，具有一定的易操作性。

6） 安全性

基于人臉識別技術(shù)的身份識別系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候，能夠按照系統(tǒng)內(nèi)容的設(shè)定對信息進(jìn)行加密操作處理，避免信息被盜取、攔截或者毀壞等，保障信息的正常的傳輸，具有一定的安全性。

7） 完整性

基于人臉識別技術(shù)的身份識別系統(tǒng)包含了所有的體系技術(shù)，包括，面向檢測、面向定位、數(shù)據(jù)信息特征提取、數(shù)據(jù)信息匹配比較等。此外，系統(tǒng)還提供其他的相關(guān)技術(shù)功能，具有一定的完整性。

基于人臉識別技術(shù)的身份識別系統(tǒng)使用面向?qū)ο笳Z言開發(fā)設(shè)計(jì)，以領(lǐng)域模型分析為基礎(chǔ)，使用面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)，在功能設(shè)計(jì)上做到靈活設(shè)計(jì)，當(dāng)功能需求在發(fā)生變化的時(shí)候降低修改工作量。

3 系統(tǒng)工作原理及數(shù)據(jù)采集過程

3.1 系統(tǒng)工作原理

人類的臉部圖像信息是人類自身重要的生物特征，擁有非常高的區(qū)別性和不可復(fù)制性，這兩個(gè)特征屬性為身份辨別提供了非常良好的前提條件。因此，基于人臉識別技術(shù)的身份識別系統(tǒng)與基于其他形式的生物特征識別技術(shù)相比較，前者擁有更高的辨別度和穩(wěn)定性，此外，人臉識別技術(shù)即使在群體環(huán)境下且不需要被檢測人的主動配合就能夠?qū)崿F(xiàn)對人臉信息的采集工作，達(dá)到在復(fù)雜環(huán)境中對群體目標(biāo)進(jìn)行身份辨別的目的，這為在以教學(xué)環(huán)境為背景下的學(xué)生群體人臉識別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在基于教學(xué)環(huán)境下的學(xué)生群體人臉識別技術(shù)身份識別系統(tǒng)中，主要由兩大模塊構(gòu)成，這兩大模塊分別是學(xué)生人臉圖像數(shù)據(jù)收集匹配模塊以及圖像信息維護(hù)統(tǒng)計(jì)模塊。其中，在系統(tǒng)的學(xué)生人臉圖像數(shù)據(jù)收集匹配模塊中，主要是實(shí)現(xiàn)學(xué)生人臉圖像數(shù)據(jù)的收集、檢測、匹配以及上載、下載的功能。而圖像信息維護(hù)統(tǒng)計(jì)模塊則是保證系統(tǒng)的信息維護(hù)和數(shù)據(jù)管理等功能的實(shí)現(xiàn)。

3.2 數(shù)據(jù)采集過程

在基于教學(xué)環(huán)境下的學(xué)生群體人臉識別技術(shù)身份別識別系統(tǒng)中需要?jiǎng)?chuàng)建人臉數(shù)據(jù)檢測模塊。在新生入學(xué)報(bào)到的時(shí)候，學(xué)校需要組織新入學(xué)的學(xué)生進(jìn)行人臉圖像信息采樣工作，實(shí)現(xiàn)學(xué)生人臉數(shù)據(jù)庫的組建及[1：1]比例的身份核實(shí)。具體過程如下：

1） 構(gòu)建學(xué)生人臉圖像數(shù)據(jù)庫：學(xué)校組織新入學(xué)的學(xué)生進(jìn)行人臉圖像采樣。使用專用攝像設(shè)備或者人臉圖像掃描設(shè)備對學(xué)生人臉圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行收集采樣，將采樣得到的人臉圖像數(shù)據(jù)整合成具有面部特征集合的數(shù)據(jù)庫。

2） 系統(tǒng)使用相關(guān)攝像設(shè)備對需要進(jìn)行身份辨別的學(xué)生進(jìn)行人臉圖像采樣工作，將采樣得到的人臉圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，生成目標(biāo)匹配學(xué)生人臉圖像特征數(shù)據(jù)集合。

3） 將得到的目標(biāo)匹配學(xué)生人臉圖像特征數(shù)據(jù)和系統(tǒng)中面部特征集合數(shù)據(jù)庫中的人臉數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配對比。

4） 通過匹配對比確認(rèn)目標(biāo)學(xué)生的身份，完成學(xué)生群體身份識別工作。

以上四個(gè)步驟都是在系統(tǒng)連續(xù)、實(shí)時(shí)、自動的情況下實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)僅需要相關(guān)的處理設(shè)備，對硬件的要求并不高，相對來說要求非常簡單。一般來說，基于人臉識別技術(shù)的身份識別系統(tǒng)所支持的操作系統(tǒng)有：Windows 2000/XP/2003等。相關(guān)服務(wù)端可以根據(jù)學(xué)校具體實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)備部署，方便對學(xué)生群體的人臉識別工作。

4 學(xué)生群體人臉識別技術(shù)研究

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于教學(xué)環(huán)境下的學(xué)生群體人臉識別系統(tǒng)是以中央管理模式作為系統(tǒng)的架構(gòu)，這樣不僅可以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且一旦系統(tǒng)發(fā)生故障也可以實(shí)現(xiàn)快速找出故障節(jié)點(diǎn)，快速做出故障響應(yīng)。在該系統(tǒng)中，所有其他集群控制器專用配置數(shù)據(jù)均集中存儲于集群控制器。

1） 物理數(shù)據(jù)庫：系統(tǒng)對學(xué)生群體的人臉進(jìn)行采樣收集過程中都會將相關(guān)圖像特征數(shù)據(jù)永久保存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫里面。

2） 模板存儲庫：為了能夠加速把學(xué)生人臉模板從數(shù)據(jù)庫分配到任意節(jié)點(diǎn)的速率，任意計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)的學(xué)生人臉模板都會以數(shù)個(gè)分區(qū)文件的形式進(jìn)行分區(qū)，與此同時(shí)保存都群集控制的硬盤中。

3） 群集控制器：群集控制器的主要功能就是集中管理維護(hù)各節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前情況，如果人臉識別系統(tǒng)在初始化階段，系統(tǒng)就會根據(jù)實(shí)際情況把模板存儲庫加載到各節(jié)點(diǎn)中，當(dāng)在錄入的時(shí)候會把獲得的新模板加載在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中，在此基礎(chǔ)上把人臉圖像數(shù)據(jù)匹配的相關(guān)工作分派到系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匹配處理，最后各節(jié)點(diǎn)將相關(guān)匹配結(jié)果返還。

4） 計(jì)算節(jié)點(diǎn)：主要用來負(fù)責(zé)將人臉特征數(shù)據(jù)庫的部分?jǐn)?shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，方便數(shù)據(jù)信息快速匹配

除此之外，按照群集控制器的相關(guān)要求，可以給新采集到的人臉圖像數(shù)據(jù)提供特征提取和建立模板的服務(wù)。

4.2 接口介紹

如果在對兩張學(xué)生人臉圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度計(jì)算的時(shí)候，可以通過相應(yīng)的[1：1]圖像匹配接口來實(shí)現(xiàn)。具體過程就是上載這兩張圖像的[Base64]編碼，系統(tǒng)返還相應(yīng)的相似度計(jì)算數(shù)值。具體代碼及參數(shù)說明如下：

輸入?yún)?shù)：

以上是實(shí)現(xiàn)學(xué)生人臉圖像識別的關(guān)鍵代碼及參數(shù)說明。

4.3 系統(tǒng)工作過程

基教學(xué)環(huán)境下的學(xué)生群體人臉識別系統(tǒng)的具體工作過程如下所示：

1） 對視頻數(shù)據(jù)流中的相關(guān)人臉圖像信息進(jìn)行檢測搜索。

2） 如果系統(tǒng)捕獲到一張完整的人臉圖像的時(shí)候，系統(tǒng)就會使用人臉匹配算法來對目標(biāo)人臉圖像進(jìn)行檢測，判斷檢測的區(qū)域是否真的存在一張完整的人臉圖像信息。如果系統(tǒng)一旦確定在該區(qū)域確實(shí)是一張完整的人臉圖像信息，那么就會將這個(gè)人臉圖像信息從該背景區(qū)域分離下來，并將其進(jìn)行一定的技術(shù)處理，恢復(fù)該圖像信息的特征。

3） 把獲得的人臉圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)人臉數(shù)據(jù)，在該數(shù)據(jù)中有著人臉特征數(shù)據(jù)信息。

4） 將獲得的人臉圖像特征數(shù)據(jù)信息與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫里存在的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。

5） 通過匹配對比確認(rèn)目標(biāo)學(xué)生的身份，完成學(xué)生群體身份識別工作。

在該系統(tǒng)中，人臉識別的匹配方式是按照人臉特征及形狀來進(jìn)行的。識別系統(tǒng)具有高可靠性，他能夠在特別復(fù)雜的環(huán)境中檢測到人臉信息，并將其與數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行匹配對比，實(shí)現(xiàn)學(xué)生群體的身份識別功能。

5 小結(jié)

基于教學(xué)環(huán)境下的學(xué)生群體人臉識別技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以辨別、確認(rèn)學(xué)生身份，而且也可以提高學(xué)校對學(xué)生的管理效率，確保學(xué)校各項(xiàng)教育教學(xué)管理工作的有序進(jìn)行。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】