甘魯斌 吳重慶

摘要：相比傳統(tǒng)的課堂代課老師自己點(diǎn)名，觀察學(xué)生上課狀態(tài)的煩瑣情況，基于人臉識(shí)別的智能教室系統(tǒng)的智能化程度相對(duì)較高，在人臉檢測(cè)、識(shí)別的基礎(chǔ)上，對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)中錄入的信息，自行完成學(xué)生簽到情況和上課狀態(tài)監(jiān)測(cè)情況。智能教室系統(tǒng)是教育行業(yè)未來(lái)研究發(fā)展的必然方向，本篇文章對(duì)人臉識(shí)別和智能教室系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行研究，以提供相關(guān)人士進(jìn)行借鑒。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別;智能教室系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）23-0203-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

目前大多數(shù)學(xué)校依舊采用的是代課老師人工點(diǎn)名的舊方法，人工點(diǎn)名也是代課老師督促學(xué)生學(xué)習(xí)的一種手段，但同時(shí)也是浪費(fèi)大家時(shí)間的一種行為，班級(jí)的巨大人口數(shù)以致代課老師點(diǎn)名拖延課堂進(jìn)度，且使學(xué)生有了反感。課堂上學(xué)生聽(tīng)課狀態(tài)由于人數(shù)眾多，代課老師也無(wú)法快速準(zhǔn)確的了解到每一位學(xué)生的狀態(tài)，無(wú)法了解到自身課堂的效率，智能教室系統(tǒng)可以自主對(duì)學(xué)生臉部進(jìn)行識(shí)別，分析其有沒(méi)有上課玩手機(jī)、上課睡覺(jué)、上課聊天等違規(guī)操作，并將結(jié)果反饋給代課老師，代課老師在做出相應(yīng)的調(diào)整。因此，必要的基于人臉識(shí)別的智能教室系統(tǒng)便被人們所研究。

1人臉識(shí)別和智能教室系統(tǒng)

1.1人臉識(shí)別

1.1.1人臉檢測(cè)

人臉識(shí)別指的是從不同的角度通過(guò)高清攝像頭對(duì)人臉進(jìn)行拍照定位確定其位置，但是人臉檢測(cè)會(huì)受到光照、頭部的傾斜度和遮擋物等影響。

1.1.2人臉表征

人臉表征是對(duì)進(jìn)行人臉檢測(cè)后的目標(biāo)和數(shù)據(jù)庫(kù)里面已經(jīng)存儲(chǔ)的人臉，通過(guò)幾何特征（曲率、角度等）、固定特征模板、特征臉等，對(duì)其進(jìn)行描述。

1.1.3人臉識(shí)別

人臉識(shí)別的主要功能，將需要識(shí)別的人臉識(shí)別出來(lái)，和數(shù)據(jù)庫(kù)中的已有人臉比較，分析數(shù)據(jù)庫(kù)之中的信息，得出所進(jìn)行識(shí)別的人臉的個(gè)人信息。

1.1.4表情分析

對(duì)進(jìn)行人臉識(shí)別的人臉進(jìn)行表情分析，分析其表情狀態(tài)，然后進(jìn)行分類(lèi)研究。

1.1.5物理分類(lèi)

物理分類(lèi)指的是對(duì)進(jìn)行人臉識(shí)別的人臉進(jìn)行臉部物理特征的分類(lèi)，通過(guò)人臉檢測(cè)、識(shí)別，研究出其年齡、性別、種族等相關(guān)信息，然后進(jìn)行識(shí)別和資料存儲(chǔ)。

1.2人臉識(shí)別的意義

隨著高科技的發(fā)展，人臉識(shí)別漸漸的顯現(xiàn)在了人們的眼球之中，支付寶的人臉識(shí)別支付更是引起了新一代的熱潮。人臉識(shí)別的興起一方面是因?yàn)槿四樧R(shí)別比較便捷，能夠迅速準(zhǔn)確地將個(gè)人相關(guān)信息認(rèn)知完畢，包括支付、認(rèn)證等都可以迅捷的解決;另一方面則是傳統(tǒng)的密碼經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些包括密碼忘記、密碼被黑客修改等一系列問(wèn)題，為此還可能泄露私人信息甚至丟失財(cái)產(chǎn)等，人們的安全逐漸得不到保障。

雖然目前人臉識(shí)別技術(shù)依舊沒(méi)有達(dá)到?jīng)]有缺點(diǎn)的地步，但也已經(jīng)相對(duì)高端、相對(duì)有保障性了，人臉識(shí)別根據(jù)人們的臉部特征，分?jǐn)鄠€(gè)人信息，因?yàn)榧夹g(shù)的發(fā)達(dá)，很少甚至不會(huì)出現(xiàn)人臉識(shí)別認(rèn)錯(cuò)人的情況。當(dāng)人臉識(shí)別普遍了以后，人們則不需要隨身攜帶手機(jī)、現(xiàn)金等，刷臉支付，教室老師也不用每節(jié)課點(diǎn)名，智能教室系統(tǒng)的人臉識(shí)別技術(shù)會(huì)對(duì)學(xué)生自行進(jìn)行簽到，并觀察記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)情況等。

1.3智能教室系統(tǒng)

基于人臉識(shí)別的智能教室系統(tǒng)會(huì)在學(xué)校班級(jí)中起到幫助老師點(diǎn)名、監(jiān)控學(xué)生狀態(tài)等的作用，隨著AI技術(shù)的越來(lái)越成熟，智能家居的出現(xiàn)，智能教室系統(tǒng)也必然會(huì)慢慢應(yīng)用到各個(gè)學(xué)校之中，其通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)上課的所有學(xué)生進(jìn)行自我簽到，并對(duì)沒(méi)有上課的同學(xué)進(jìn)行記錄，然后由老師去了解學(xué)生沒(méi)有來(lái)上課的原因。在上課期間，智能教室系統(tǒng)也會(huì)對(duì)所有班同學(xué)進(jìn)行學(xué)習(xí)狀態(tài)了解，對(duì)搗亂睡覺(jué)的學(xué)生同樣進(jìn)行記錄，老師在做出相應(yīng)的懲罰。這樣，有了智能教室系統(tǒng)以后就可以在不影響課堂效率的情況下督促學(xué)生，提高其積極性。

1.4人臉識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)

商場(chǎng)想要做人群的智能分析，公安想要做城市的智能監(jiān)控，所有的行業(yè)都希望擁有自己的人工智能，然而人工智能的難度卻讓大多數(shù)人望而卻步。曠世（Face++）則是人工智能中的佼佼者，其Face++API云平臺(tái)已經(jīng)成了世界上最大的人臉識(shí)別功能的云平臺(tái)，我們所研究的基于人臉識(shí)別的教室智能系統(tǒng)只需引入Face++API即可。

2程序設(shè)計(jì)

該基于人臉識(shí)別的智能教室系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)主要使用的是JAVA語(yǔ)言，Java是一種跨平臺(tái)，適合于分布式計(jì)算環(huán)境的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，由于其的簡(jiǎn)易操作性、可靠安全性且適用于多個(gè)平臺(tái)，因此該系統(tǒng)主要使用Java語(yǔ)言。

2.1基于人臉識(shí)別的智能教室系統(tǒng)頁(yè)面功能的實(shí)現(xiàn)

JSP中文名叫Java服務(wù)器頁(yè)面，其也是一個(gè)簡(jiǎn)化的Servlet設(shè)計(jì)，JSP在傳統(tǒng)的網(wǎng)頁(yè)HTML中插入Java程序段和JSP標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)HTML語(yǔ)法中的Java擴(kuò)展，封裝產(chǎn)生動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的處理邏輯，從而將基于人臉識(shí)別的智能教室系統(tǒng)的網(wǎng)頁(yè)頁(yè)面顯現(xiàn)出來(lái)。

2.2基于人臉識(shí)別的智能教室系統(tǒng)學(xué)生簽到功能的實(shí)現(xiàn)

智能教室系統(tǒng)可以根據(jù)人臉識(shí)別技術(shù)在上課期間自行對(duì)學(xué)生進(jìn)行簽到。每一節(jié)課的上課老師學(xué)生都不一樣，智能教室系統(tǒng)需要在課堂前識(shí)別老師、本節(jié)課課堂時(shí)間段，對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)選擇出該課學(xué)生，然后在上課鬧鈴打響之后，通過(guò)人臉識(shí)別對(duì)班級(jí)里已到學(xué)生進(jìn)行人臉自動(dòng)掃描，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息對(duì)比，分析他們的個(gè)人信息，識(shí)別學(xué)生身份，進(jìn)行按時(shí)上課登記，并對(duì)后來(lái)的學(xué)生進(jìn)行識(shí)別、遲到登記，登記遲到學(xué)生的到班級(jí)時(shí)間，最后將遲到學(xué)生和未到學(xué)生的信息發(fā)送至老師的手機(jī)上。

若該節(jié)課有臨時(shí)變動(dòng)或者長(zhǎng)久變動(dòng)，代課老師只需要在自己手機(jī)上進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)操作，對(duì)本節(jié)課進(jìn)行短期或長(zhǎng)期修改，然后智能教室系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)老師修改后的內(nèi)容在上課時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行簽到管理。

2.3基于人臉識(shí)別的智能教室系統(tǒng)監(jiān)測(cè)學(xué)生狀態(tài)功能的實(shí)現(xiàn)

智能教室系統(tǒng)將會(huì)在本節(jié)課代課老師的調(diào)控下，每5分鐘或10分鐘或任一時(shí)間間隔對(duì)學(xué)生進(jìn)行一次狀態(tài)登記，學(xué)生的任何違規(guī)操作都躲不掉智能教室系統(tǒng)的檢測(cè)。智能教室系統(tǒng)在檢測(cè)到學(xué)生的違規(guī)情況之后，會(huì)實(shí)時(shí)的上傳到代課老師手機(jī)上，代課老師然后根據(jù)實(shí)際情況對(duì)該生進(jìn)行提醒或自己更改講課方式即可。代課老師手機(jī)上顯示內(nèi)容如圖1所示。

從圖1代課老師手機(jī)上收到的內(nèi)容可以看出該代課老師設(shè)置的智能教室系統(tǒng)監(jiān)測(cè)時(shí)間間段為10分鐘，學(xué)生違規(guī)狀態(tài)顯現(xiàn)出來(lái)了上課玩手機(jī)、上課睡覺(jué)、上課聊天三種，其他違規(guī)狀態(tài)以xxx代表，學(xué)生姓名也根據(jù)人臉識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出了其身份。

通過(guò)眼睛的長(zhǎng)時(shí)間閉合狀態(tài)判斷該學(xué)生是否在睡覺(jué)，通過(guò)身邊亮度以及學(xué)生的目光是否一直看同一個(gè)地方判斷該生是否在玩手機(jī)，通過(guò)嘴型的變化、發(fā)出的聲音和周邊同學(xué)的嘴型變化、發(fā)出聲音判斷該生是否在同他人聊天。其他違規(guī)情況，智能教室系統(tǒng)則根據(jù)其特征做出判斷，然后發(fā)到代課老師手機(jī)上。

基于人臉識(shí)別的智能教室系統(tǒng)采用圖像分析處理技術(shù)，通過(guò)教室內(nèi)高清攝像頭拍照，提取學(xué)生上課的聽(tīng)課狀態(tài)圖像，對(duì)圖像分為眼睛模塊、嘴巴模塊等。對(duì)眼睛閉合程度、嘴巴張閉程度、速度進(jìn)行分析是比較困難的，因?yàn)槊總€(gè)人的特征都不一樣，無(wú)法分析其本身特點(diǎn)，對(duì)睡覺(jué)、聊天等上課狀態(tài)進(jìn)行分析，因此我們根據(jù)其圖像本身的模糊性采用模糊邏輯法，對(duì)圖像中的模糊眼睛模塊、嘴巴模塊等進(jìn)行分析，判斷其上課狀態(tài)，將上課狀態(tài)發(fā)送給代課老師，代課老師在根據(jù)自己的判斷和實(shí)際情況對(duì)學(xué)生做出調(diào)整或?qū)ψ约褐v課內(nèi)容做出調(diào)整。

3數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是指在一個(gè)給定的環(huán)境中，構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)模式，建立數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)器應(yīng)用系統(tǒng)，存儲(chǔ)相應(yīng)有效的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到人臉識(shí)別后對(duì)比分析的目的。目前市場(chǎng)上有一個(gè)微信提供的云開(kāi)發(fā)功能，不需要自己建立數(shù)據(jù)庫(kù)，微信給用戶(hù)提供一個(gè)JSON數(shù)據(jù)庫(kù)，可以將相應(yīng)的學(xué)生、代課老師、課堂名稱(chēng)等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)去，直接引入使用。

該智能教室系統(tǒng)采用的是MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)里面包括了學(xué)生信息、代課老師信息、課堂名稱(chēng)、課堂時(shí)間段等多類(lèi)別信息，信息之間相互關(guān)聯(lián)，每一節(jié)課的或是代課老師或是時(shí)間段或是學(xué)生構(gòu)成都不相同，卻又緊密聯(lián)系，教室智能系統(tǒng)需要對(duì)其中至少三項(xiàng)進(jìn)行識(shí)別確定該堂課的具體信息，然后進(jìn)行接下來(lái)的識(shí)別功能。在數(shù)據(jù)庫(kù)交互方面，本系統(tǒng)采用封裝操作，將與數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的操作封裝進(jìn)函數(shù)，每個(gè)表都是一個(gè)數(shù)據(jù)表類(lèi)的子表，封裝了數(shù)據(jù)庫(kù)連接及增刪查改功能。

4結(jié)論

人臉識(shí)別是新的科技產(chǎn)物，在愈加成熟的同時(shí)也顯現(xiàn)出來(lái)了一些隱患，它能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別人物身份，并在不同行業(yè)起到不同卻同樣重要的作用?；谌四樧R(shí)別的智能教室系統(tǒng)是在教育行業(yè)意義非凡的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，它的人工智能會(huì)時(shí)刻督促學(xué)生們進(jìn)行學(xué)習(xí)，智能手機(jī)的普遍使得代課老師們對(duì)于智能教室系統(tǒng)很快地熟練認(rèn)知、使用，代課老師將不必把大量的時(shí)間用在學(xué)生的點(diǎn)到和學(xué)生聽(tīng)課狀態(tài)研究上，只需要在智能教室系統(tǒng)首頁(yè)上進(jìn)行查詢(xún)即可，舒緩了代課老師壓力，提高了課堂效率。

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