彭湘華

摘? 要：在教育領(lǐng)域之中，計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用讓教學(xué)和考試模式發(fā)生了極大改變。在線考試就是二者應(yīng)用的一大成果。目前，許多高職院校已經(jīng)開始使用在線考試模式，但是在應(yīng)用過(guò)程中卻缺乏有效識(shí)別考生身份的能力?；诖耍覀儗?duì)人臉識(shí)別技術(shù)在高職院校課程在線考試中的應(yīng)用進(jìn)行了探究。文章簡(jiǎn)要介紹了人臉識(shí)別技術(shù)的具體內(nèi)容，并分析了在在線考試中應(yīng)用該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。然后對(duì)該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的具體流程和管理操作辦法進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別技術(shù);高職院校;在線考試

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2020）01-0185-03

Abstract： In the field of education， the application of computer and Internet has greatly changed the mode of teaching and examination. Online examination is a great achievement of the application of them. At present， many higher vocational colleges have begun to use the online examination model， but in the process of application， they lack the ability to effectively identify the identity of candidates. Based on this， it explores the application of face recognition technology in the online examination of higher vocational colleges. It briefly introduces the specific content of face recognition technology， analyzes the advantages of applying this technology in online examination， and discusses the specific process and management operation methods of the application of this technology.

Keywords： face recognition technology; higher vocational colleges; online examination

前言

考試是檢驗(yàn)教師教學(xué)成果以及學(xué)生學(xué)習(xí)成效的必要手段。如今，基于“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”模式，許多高職院校的課程都選擇以在線考試來(lái)檢驗(yàn)教學(xué)成效。雖然這種方法更為靈活，也減少了監(jiān)考教師的工作量;但是由于缺乏有效的身份鑒別技術(shù)，所以在線考試中不可避免的出現(xiàn)了替考、代考等作弊現(xiàn)象。為了杜絕這一問(wèn)題，高職院校必須加強(qiáng)對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的重視，并將其應(yīng)用于考試之中。

一、人臉識(shí)別技術(shù)分析

應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)分析比較，進(jìn)而達(dá)成識(shí)別人臉效果的技術(shù)就是人臉識(shí)別技術(shù)。人臉識(shí)別技術(shù)是生物特征識(shí)別技術(shù)的重要分支。目前，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，常用于企業(yè)員工考勤業(yè)務(wù)之中。在應(yīng)用過(guò)程中，將輸入的人臉圖像或視頻流與人的臉部特征做出對(duì)比，先對(duì)是否存在人臉進(jìn)行判斷，然后再根據(jù)采集的臉部信息特征與信息庫(kù)的人臉特征之間的比對(duì)，識(shí)別被測(cè)者的身份[1]。

人臉識(shí)別技術(shù)包含三個(gè)方面。其一是人臉檢測(cè)。人臉識(shí)別系統(tǒng)需要以此來(lái)判斷是否存在人臉，然后對(duì)其面相進(jìn)行分析。較為常用的方法是參考模板法、膚色模型法和人臉規(guī)則法，還會(huì)使用樣品學(xué)習(xí)法和特征子臉?lè)?。以人臉?guī)則法為例。人類的臉部擁有共性特征，五官分布結(jié)構(gòu)十分鮮明。而應(yīng)用人臉規(guī)則法來(lái)判斷檢測(cè)環(huán)境中是否存在人臉，就可以基于人臉的特征生成規(guī)則來(lái)操作。其二是人臉追蹤。當(dāng)系統(tǒng)從檢測(cè)環(huán)境中識(shí)別出人臉后，就可以對(duì)其面貌進(jìn)行動(dòng)態(tài)目標(biāo)追蹤。在具體應(yīng)用中，通常采用模型追蹤法，也會(huì)采用運(yùn)動(dòng)與模型相結(jié)合的追蹤方法。除此之外，還可以選擇以膚色為模型對(duì)人臉信息進(jìn)行追蹤。其三是人臉比對(duì)。這是人臉識(shí)別的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，已經(jīng)確定了人臉的基礎(chǔ)信息，并采集到了相關(guān)的特征和數(shù)據(jù)，那么只需要將其與人臉信息庫(kù)中的信息進(jìn)行對(duì)比，就可以明確檢測(cè)到的人臉是否準(zhǔn)確，確保人臉信息識(shí)別無(wú)誤。為了能確保從信息庫(kù)中找到最佳匹配對(duì)象，在人臉對(duì)比環(huán)節(jié)中，一般采用面紋模板法和特征向量法。

二、在線考試中人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

在線考試是一種基于互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)的新型考試模式，在高職院校之中應(yīng)用較為廣泛。在線考試無(wú)需監(jiān)考教師巡考，只需要考生在考試系統(tǒng)中輸入信息并激活系統(tǒng)就可以開始考試。而考試過(guò)程中，考生將一直處于被監(jiān)控的狀態(tài)下。相比于傳統(tǒng)的紙質(zhì)試卷考試，在線考試在出題、答題方式上都更為靈活和便捷，閱卷和成績(jī)核算也更為簡(jiǎn)單，優(yōu)勢(shì)十分鮮明。但是在線考試也存在一定的問(wèn)題。其中，最為緊要的就是在線考試中考生身份識(shí)別的問(wèn)題。由于在線考試沒有監(jiān)考教師核對(duì)考生信息，所以替考、代考問(wèn)題頻發(fā)。因此，必須將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用其中，準(zhǔn)確判斷考生身份，提高在線考試的公正性。

首先，人臉識(shí)別技術(shù)的鑒別準(zhǔn)確性高。采用生物識(shí)別技術(shù)確認(rèn)參與人員的身份十分常見。但是人臉識(shí)別技術(shù)具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。相比于指紋識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別或視網(wǎng)膜掃描等方法，人臉識(shí)別技術(shù)更操作更簡(jiǎn)單且不易被仿冒，身份識(shí)別有效性更高[2]。以指紋識(shí)別為例，如果在線考試采用指紋識(shí)別方法，那么替考者只需要將考生指紋復(fù)制下來(lái)制成相應(yīng)的模板，就可以通過(guò)檢測(cè)，這樣根本達(dá)不到身份識(shí)別的目的，更不能保證考試的公正性。而人臉識(shí)別技術(shù)則不然。人臉識(shí)別并不需要與機(jī)器直接接觸，只需通過(guò)攝像頭采集圖像并進(jìn)行比對(duì)就可以完成整體操作，十分便捷。

而且在應(yīng)用過(guò)程中，人臉識(shí)別技術(shù)可以對(duì)面部信息的真實(shí)性進(jìn)行判斷，可以準(zhǔn)確判斷是真實(shí)人臉還是照片，能有效地杜絕仿冒，提高鑒別準(zhǔn)確性。其次，人臉識(shí)別技術(shù)性價(jià)比高。高職院校并不需要為人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用而添置專業(yè)設(shè)備，只需要為計(jì)算機(jī)配備攝像頭即可。而且由于高職院校學(xué)生基本已經(jīng)成年，所以其面部特征變化并不大。那么，在人臉信息采集方面，學(xué)生們也可以直接在學(xué)校機(jī)房完成，不會(huì)造成額外的成本支出。最后，人臉識(shí)別技術(shù)獲取信息簡(jiǎn)便。人臉識(shí)別技術(shù)只要獲取人臉圖像就可以對(duì)面部信息進(jìn)行鑒別和確認(rèn)，信息采集比較容易，使用極為便利。

三、人臉識(shí)別技術(shù)在高職在線考試中的應(yīng)用

為了保證高職院校課程在線考試的規(guī)范性和公正性，應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)十分必要。而將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于高職院校的在線考試之中，則需要設(shè)計(jì)出相應(yīng)的在線考試系統(tǒng)，才可以滿足技術(shù)應(yīng)用要求。

（一）在線考試系統(tǒng)需求

要保證在線考試系統(tǒng)應(yīng)用的有效性，就需要先對(duì)其使用需求進(jìn)行分析。在線考試系統(tǒng)的主要需求可分為兩方面。一方面，在線考試系統(tǒng)的應(yīng)用目的是減輕高職教師負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化考試流程，提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。所以，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，必須保證其操作的簡(jiǎn)便性以及應(yīng)用模塊的全面性;在線考試系統(tǒng)需要擁有較強(qiáng)的用戶交互性，以便于教師出題和考生答題[3]。另一方面，在線考試系統(tǒng)應(yīng)該具有公正性。系統(tǒng)需要準(zhǔn)確核實(shí)考生身份，并科學(xué)合理地閱卷，保證考試成績(jī)的真實(shí)性。正是出于這種需求，高職院校的在線考試系統(tǒng)之中才需要添加人臉識(shí)別技術(shù)。

（二）人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

人臉識(shí)別技術(shù)在高職課程在線考試之中的應(yīng)用不止存在于考試系統(tǒng)登錄頁(yè)面的考生信息識(shí)別中，還應(yīng)該被應(yīng)用在考生答題的監(jiān)考過(guò)程中和收卷前的信息核實(shí)中。

1. 考前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

考試前，高職院校應(yīng)該組織所有參加考試的學(xué)生一同錄入身份信息。在線考試系統(tǒng)中的考生信息庫(kù)內(nèi)，不僅需要錄入考生的基本信息，更需要采集考生的近期照片。在采集照片時(shí)，相關(guān)教師需要先對(duì)考生的狀態(tài)進(jìn)行檢查，禁止考生化妝拍照。而且應(yīng)該嚴(yán)格要求考生發(fā)型，拍照時(shí)必須展露出考生的全部面相特征。在采集信息時(shí)，應(yīng)該在簡(jiǎn)單背景下完成相關(guān)操作，考生需要錄入自己的正面圖像，還需要對(duì)自己的微側(cè)面臉部信息進(jìn)行錄入，然后由系統(tǒng)生成單獨(dú)的人臉識(shí)別信息，以便于后期比對(duì)。

高職院校的在線考試系統(tǒng)應(yīng)該依據(jù)人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用原理設(shè)計(jì)身份信息模塊。人臉識(shí)別的方法較為多樣，作者對(duì)可應(yīng)用于在線考試系統(tǒng)中的識(shí)別方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

第一，幾何特征識(shí)別法。這種方法的主要原理是依據(jù)人體面部的眼睛、鼻子、嘴巴的形狀和它們之間的幾何關(guān)系判斷人臉信息。幾何特征識(shí)別法的識(shí)別速度十分快，而且信息占據(jù)的內(nèi)存極小。但是這種信息的識(shí)別率較低，對(duì)于面部特征十分相似的人來(lái)說(shuō)，其識(shí)別準(zhǔn)確性會(huì)大打折扣。

第二，主分量分析法。這種方法是基于特征臉的人臉識(shí)別方法。主分量分析是一種統(tǒng)計(jì)程序?？梢砸哉坏姆绞綄?shí)現(xiàn)相關(guān)變量和線性不相關(guān)的變量之間的互換。而這些由相關(guān)變量轉(zhuǎn)換而來(lái)的線性不相關(guān)變量就是主分量。利用這種處理方法，人臉圖像和原圖像的差異較小，而且處理方式簡(jiǎn)單，十分適用于人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用?；谥鞣至糠治龇?，人臉圖像會(huì)被壓縮達(dá)成最優(yōu)的正交變化——KL變

換，這樣就可以利用高維圖像空間得到一組新的正交基，保留重要部分后，可以利用這些基擴(kuò)張成低維線性空間。假如人臉在低維線性空間中的投影具有可分性，就可以把這些投影用作識(shí)別的特征矢量，達(dá)成基于特征臉的人臉識(shí)別目的。

第三，彈性圖匹配法?；趶椥詧D匹配的人臉識(shí)別方法，是在二維空間中對(duì)人臉的變形狀況進(jìn)行定義。通常，即便人臉出現(xiàn)變形，也存在一定的不變性的距離，那么二維空間中的此類距離進(jìn)行定義后，可采用屬性拓補(bǔ)圖來(lái)代表人臉;在拓補(bǔ)圖之中，每一個(gè)頂點(diǎn)都包含著特征向量，可以被用于記錄該頂點(diǎn)位置附近的人臉的相關(guān)信息[4]。這種方法是灰度特性和幾何因素結(jié)合的成果。當(dāng)使用彈性圖匹配法識(shí)別人臉時(shí)，圖像中存在的一些彈性形變并不會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大干擾。換言之，當(dāng)在線考試系統(tǒng)對(duì)考生的面部信息進(jìn)行采集和識(shí)別時(shí)，并不會(huì)因考生表情的變化而影響到人臉識(shí)別結(jié)果，人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的有效性可以得到保

證。而且，應(yīng)用這種識(shí)別方法，系統(tǒng)無(wú)需對(duì)考生的面部信息進(jìn)行多樣本訓(xùn)練。

2. 考試監(jiān)考環(huán)節(jié)

在考試前，高職院校應(yīng)該確保采集到的考生面部信息的有效性，并且確定考生信息與照片之間的準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)。高職院校課程在線考試是利用相關(guān)的在線考試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)。所以，考生在登錄考試系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)考生身份進(jìn)行第一次驗(yàn)證。當(dāng)考生點(diǎn)開在線考試系統(tǒng)的登錄頁(yè)面后，需要輸入自己的姓名和考號(hào)，經(jīng)系統(tǒng)核查無(wú)誤后，將進(jìn)入人臉識(shí)別環(huán)節(jié)[5]。此時(shí)，攝像頭會(huì)自動(dòng)打開，學(xué)生應(yīng)該配合系統(tǒng)提示動(dòng)作。將自己的正臉盡可能完整的展露在鏡頭之中，便于系統(tǒng)采集信息;同時(shí)，還應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)提示，進(jìn)行點(diǎn)頭、偏頭等簡(jiǎn)單操作，進(jìn)一步增強(qiáng)人臉識(shí)別的有效性。當(dāng)考生的面部信息采集完畢后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行預(yù)處理。旋轉(zhuǎn)校正采集到的照片，并將所有圖像的大小和灰度按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整，以便于提取面部信息特征。而后，系統(tǒng)需自動(dòng)對(duì)人臉信息的真實(shí)性進(jìn)行辨別。將采集到的信息與已有人臉進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一匹配后出具人臉信息識(shí)別檢驗(yàn)報(bào)告單。當(dāng)考生閱讀報(bào)告單點(diǎn)擊確認(rèn)后，才可進(jìn)入正式的考試界面。

在完成了登錄階段的人臉識(shí)別后，考生的身份得到了肯定，則有資格參加本次考試。而為了保證考試過(guò)程中不出現(xiàn)中途換人或交頭接耳等作弊現(xiàn)象，高職院校的課程在線考試系統(tǒng)還應(yīng)該具備全程監(jiān)控的功能?？荚囅到y(tǒng)的攝像頭應(yīng)該一直處于工作狀態(tài)，對(duì)考生的整體開始過(guò)程進(jìn)行記錄。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以添加定時(shí)拍照和視頻錄制功能。開考后，考生不得隨意移動(dòng)，必須一直待在攝像頭的監(jiān)控范圍內(nèi)，如果離開該范圍的時(shí)間超過(guò)1分鐘，那么將按照考試違規(guī)進(jìn)行記錄，會(huì)對(duì)考生成績(jī)?cè)斐捎绊?。以某高職院校的在線考試系統(tǒng)為例。該校的在線考試系統(tǒng)每間隔2分鐘，就會(huì)對(duì)考生進(jìn)行拍照，并將所拍照片自動(dòng)傳回系統(tǒng)之中。監(jiān)考教師可以通過(guò)這些照片，對(duì)考生的考試狀態(tài)進(jìn)行判斷，若其中某位同學(xué)存在作弊嫌疑，那么教師可以縮短該考生的定時(shí)拍照時(shí)間，對(duì)其是否作弊進(jìn)行核查。一旦被監(jiān)考老師判定作弊，那么監(jiān)考老師有權(quán)利借由后臺(tái)操作中斷該考生考試。

在考試過(guò)程中，人臉識(shí)別技術(shù)的主要應(yīng)用功能是確?？忌槐徽{(diào)換。通過(guò)定期拍照以及后臺(tái)核查，可以確保答題過(guò)程中，考生始終保持原位不動(dòng);而且整個(gè)考試期間攝像頭一直作業(yè)，能對(duì)考生的作弊行為進(jìn)行有效監(jiān)督，更可以保證考試的公正性。

3. 交卷時(shí)的身份核實(shí)

應(yīng)用在線考試系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行課程考試，就不存在監(jiān)考教師收卷以及核查試卷的環(huán)節(jié)。但是，考生需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自主交卷，如果超出答卷時(shí)間，那么系統(tǒng)將強(qiáng)制性收回試卷。而在收卷時(shí)，系統(tǒng)需要再次對(duì)考生信息進(jìn)行核查?？忌c(diǎn)擊交卷按鈕后，攝像頭完成最后一次拍照，然后將這張照片與考試期間的所有抓拍照片匯總，打包上傳于考生個(gè)人信息庫(kù)之中。當(dāng)試卷與考生信息上傳完畢后，系統(tǒng)即可顯示交卷成功，此時(shí)攝像頭會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，待考生關(guān)閉計(jì)算機(jī)后就可以離開考場(chǎng)，則本次考試順利完成。

（三）人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的注意事項(xiàng)

將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于高職院校課程在線考試中，可以有效降低考試的作弊幾率，但是為了加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用的有效性，其工作開展中還有以下事項(xiàng)需要注意。

首先，考生圖像信息的采集和保存問(wèn)題。在采集考生的圖像信息時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的圖像必須清晰、完整，而且采集到的圖像必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆诸?，避免出現(xiàn)錄入錯(cuò)誤的問(wèn)題。當(dāng)高職院校組織考生錄入個(gè)人圖像信息時(shí)，應(yīng)以班級(jí)為單位組織學(xué)生操作。同時(shí)，校方應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定拍照要求，并確定所上傳的照片參數(shù)，這樣才能確保信息錄入的準(zhǔn)確性。而且，學(xué)生將個(gè)人信息錄入考試系統(tǒng)后，教師需要對(duì)其進(jìn)行核查，如果在考前發(fā)現(xiàn)錄入照片不合格等問(wèn)題，則需要考生盡快按相關(guān)規(guī)定重新拍照，以免影響其正常考試。各科教師需要在開考前登錄后臺(tái)，對(duì)本班學(xué)生信息進(jìn)行確認(rèn)，準(zhǔn)確無(wú)誤后再通知學(xué)生開始考試。

其次，考試過(guò)程中的人臉識(shí)別問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，高職院校學(xué)生會(huì)統(tǒng)一進(jìn)入學(xué)校機(jī)房使用在線考試系統(tǒng)時(shí)考試，考場(chǎng)內(nèi)通常不設(shè)有監(jiān)考教師。這樣一來(lái)，就可能會(huì)出現(xiàn)其他學(xué)生混入考場(chǎng)或考生隨意走動(dòng)的現(xiàn)象。攝像頭的抓拍間隔一般為2分鐘，為保證監(jiān)控效果應(yīng)錯(cuò)開相鄰考生的抓拍時(shí)間。比如某次在線考試之中，考試開始時(shí)間為上午九點(diǎn)整，考生甲與考生乙座位相鄰。那么可讓考生甲的攝像頭從九點(diǎn)整開始，每間隔2分鐘抓拍一次考生信息;而考生乙的攝像頭則從九點(diǎn)零一分開始，每間隔2分鐘抓拍一次考生信息。通過(guò)這樣的方式，能有效判斷考生是否存在隨意走動(dòng)或交頭接耳的現(xiàn)象。系統(tǒng)應(yīng)對(duì)考場(chǎng)抓拍照片進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。如果在抓拍畫面中，人臉數(shù)量比率小于50%，那么系統(tǒng)可判定該考生離開座位;如果抓拍畫面中的人臉數(shù)量的比率大于50%但小于120%，那么系統(tǒng)可判定考生處于正常單人作答狀態(tài);如果抓拍畫面中，人臉數(shù)量的比率大于120%，那么系統(tǒng)可判定該考位存在多人作答現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)抓拍判定考生離開座位或多人作答時(shí)，應(yīng)立即示警。操作在線考試后臺(tái)的監(jiān)考教師應(yīng)馬上查看相關(guān)考生的信息和狀態(tài)，對(duì)其是否存在作弊行為進(jìn)行判斷，如果確認(rèn)該考生作弊則應(yīng)拍照存證后強(qiáng)制終止該考生答題，且需將其本次考試成績(jī)記為零分。

最后，高職院校在設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于人臉識(shí)別技術(shù)的在線考試系統(tǒng)時(shí)，需要做好仿真模擬實(shí)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)以在線考試的具體需求和人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用原理為根本，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而在應(yīng)用時(shí)，則應(yīng)提前做好準(zhǔn)確性測(cè)試，找出系統(tǒng)漏洞并及時(shí)加以改良，以免造成不良影響。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于高職院校課程的在線考試之中，可以有效地識(shí)別考生身份，杜絕替考和代考行為，保證考試的公平性和公正性。為了更為合理地應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)，高職院校應(yīng)該設(shè)計(jì)出符合本?？荚嚭捅O(jiān)考要求的在線考試系統(tǒng)，并利用在線考試系統(tǒng)完成課程教學(xué)成果檢驗(yàn)。同時(shí)，為了保證人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的有效性，高職院校應(yīng)基于人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用原理，做好考生面部信息采集工作。

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