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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【通聯(lián)編輯:聞翔軍】