施雯斐

(南京城市職業(yè)學(xué)院，南京 210002)

1 人臉識別技術(shù)

1.1 技術(shù)簡介

人臉識別也叫面部識別或人像識別，是一種根據(jù)人的面部信息來進(jìn)行身份識別的生物識別技術(shù)。人臉識別系統(tǒng)主要有四個過程：人臉圖像采集，圖像預(yù)處理，圖像特征提取，匹配及識別[1]。(1)人臉圖像的采集是通過攝像機(jī)或照相機(jī)采集包含人臉的視頻流或圖像。通常人臉圖像采集會受到圖像大小、圖像分辨率、光照環(huán)境、運(yùn)動模糊程度、遮擋程度、采集角度等影響。(2)對采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理，主要包括圖像增強(qiáng)、人臉對齊。針對低質(zhì)量的圖像，一般采用暗光增強(qiáng)、超分辨率、去噪、去除運(yùn)動模糊等方式進(jìn)行圖像增強(qiáng)，盡量避免因采集環(huán)境及設(shè)備等客觀因素帶來的誤差。若采集的人臉是歪的，則需要利用眼角、鼻子、臉的輪廓這些關(guān)鍵點(diǎn)把人臉“校準(zhǔn)”，盡量去消除姿勢不同帶來的誤差。(3)圖像特征提取，是用專業(yè)的算法將圖像的特征信息提取出來。特征信息的提取有利于高效的匹配和識別圖像。(4)匹配及識別，通常有兩種方式：人臉識別1∶1比對、人臉識別1∶N比對。前者適用于采集的人臉是圖片形式，后者適用于采集的人臉是視頻流形式。通過比對人臉的關(guān)鍵信息，從人臉的數(shù)據(jù)庫中檢索出人員信息。

人臉識別技術(shù)具有并發(fā)性、非強(qiáng)制性、無感知性、自學(xué)習(xí)性、高通用性的優(yōu)勢，它的存在使人們在工作學(xué)習(xí)和生活中實現(xiàn)刷臉乘車、刷臉購物、刷臉簽到、刷臉解鎖手機(jī)等等，出門無需攜帶鑰匙、銀行卡、交通卡等常被我們遺忘卻非常重要的物品。未來，人臉識別技術(shù)的更多應(yīng)用將被人們發(fā)掘，它的存在及發(fā)展將改變?nèi)祟惖囊率匙⌒?、工作、學(xué)習(xí)、生活等方式。

1.2 人臉識別技術(shù)在高校的應(yīng)用

我國高校有關(guān)人臉識別問題研究的論文成果最早是2011年12月發(fā)表的一篇《基于人臉識別的高校無阻礙門禁系統(tǒng)設(shè)計研究》論文。截止至2020年6月1日，筆者在中國知網(wǎng)高級檢索用主題及關(guān)鍵詞“人臉識別”和“高?！睓z索，共檢索出48篇相關(guān)論文，通過知網(wǎng)中計量可視化分析中年發(fā)文量分析圖(如圖一)可以看出，從2011年到2019年有關(guān)高校人臉識別的論文發(fā)表量呈增長趨勢，其中從2017年的5篇至2018年的18篇可以看出，高校人臉識別技術(shù)的應(yīng)用情況在2018年之后有著質(zhì)的飛躍，各大高校開始將人臉識別技術(shù)更多的應(yīng)用在教育教學(xué)中。

圖1 知網(wǎng)計量可視化分析—年發(fā)文量分析圖Fig.1 Analysis graph of number of published paper yearly through measurement visualized analysis of CNKI

目前，人臉識別技術(shù)在高校中的應(yīng)用主要有智能安防、圖書館出入管理、學(xué)生考勤、宿舍管理、晨跑打卡等，貫穿了學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活。此外，現(xiàn)在由于疫情的原因，師生出入校園及校內(nèi)公共場所都需要測溫，所以許多高校采用人臉識別和紅外測溫相結(jié)合，這樣在對校園學(xué)生的體溫健康狀況檢測時，不僅提高了學(xué)生管理工作的效率，而且記錄了每個學(xué)生在校園軌跡回溯中的情況。

2 人臉識別在高校學(xué)生校園軌跡回溯中的應(yīng)用

2.1 人臉識別安防及測溫系統(tǒng)

眾所周知，2020年爆發(fā)的新冠肺炎導(dǎo)致全國乃至全球的學(xué)校都進(jìn)行了不同程度的停學(xué)，在疫情有所控制之后，各地區(qū)各學(xué)校逐漸復(fù)學(xué)返校。與中小學(xué)不同的是，高校的學(xué)生來自全國各地，甚至來自國外，數(shù)千學(xué)生集中返校對高校防疫工作無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。這時就需要一套智能化的安防及測溫系統(tǒng)，在學(xué)生進(jìn)入校門時無接觸識別學(xué)生且體溫是否正常。該智能化的安防及測溫系統(tǒng)是基于人臉識別技術(shù)和紅外測溫技術(shù)設(shè)計的，主要的功能設(shè)計包括以下幾點(diǎn)：(1)人臉采集及建立數(shù)據(jù)庫。在新生入學(xué)時，統(tǒng)一安排人員及設(shè)備進(jìn)行新生人臉采集，同時錄入該生的基本信息及學(xué)號、專業(yè)等學(xué)籍信息，建立一套完整的學(xué)生信息數(shù)據(jù)庫，對接校園內(nèi)所有人臉識別相關(guān)系統(tǒng)。(2)人臉識別及紅外測溫。學(xué)生在特定區(qū)域內(nèi)，露出鼻子以上部位，盡量保持不動，攝像頭識別出來后在大屏中顯示該生信息。同時，紅外測溫系統(tǒng)測出的該生體溫也同樣顯示在大屏中，如果體溫異常會報警提示。(3)數(shù)據(jù)記錄。將每一個學(xué)生每一次進(jìn)出的數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫中，以便調(diào)取每位學(xué)生出入校園的記錄及體溫情況。

2.2 人臉識別圖書館管理系統(tǒng)

圖書館是高校學(xué)生出入頻率較高的一個校園場所，學(xué)生在圖書館管內(nèi)進(jìn)行借書、還書、查找資料、考試復(fù)習(xí)等一系列學(xué)習(xí)活動，需要一套智能化的管理系統(tǒng)對學(xué)生出入圖書館、借還書、閱覽室座位使用情況、行為軌跡分析等行為進(jìn)行統(tǒng)一管理，提高圖書管理工作效率，節(jié)省人力物力，更好的服務(wù)師生[2]。該智能化的圖書管理系統(tǒng)同樣是基于人臉識別技術(shù)設(shè)計的，主要的功能設(shè)計包括以下幾點(diǎn)：(1)出入門禁系統(tǒng)。學(xué)生出入圖書館時，需要人臉識別身份信息，非本校學(xué)生禁止入內(nèi)。出圖書館時若忘記辦理借書手續(xù)，則門禁會報警提示。(2)圖書自助借還系統(tǒng)。借書時，學(xué)生只需要將人臉對準(zhǔn)攝像頭識別出身份后，按照借書程序自助辦理借書后，會顯示該生所借圖書的書名及借閱有效期。還書時，同樣在系統(tǒng)中識別身份后，選擇要還的書名，自助辦理還書手續(xù)。若出現(xiàn)超時借書需繳費(fèi)時，直接通過系統(tǒng)網(wǎng)上支付即可。(3)閱覽室座位使用情況統(tǒng)計系統(tǒng)。通過閱覽室攝像頭實時抓拍的人臉圖像來判斷閱覽室座位的使用情況，方便在期末考試期間學(xué)生密集使用閱覽室復(fù)習(xí)時更有效的使用閱覽室。(4)學(xué)生行為軌跡分析。根據(jù)學(xué)生出入圖書館的頻率及借書等情況的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析該生的閱讀喜好、閱讀需求等，更好地為學(xué)生服務(wù)。

2.3 人臉識別學(xué)生考勤系統(tǒng)

高校與中小學(xué)不同的一點(diǎn)是高校學(xué)生上課沒有固定的教室，有些公共課程甚至有多個專業(yè)的學(xué)生混合在一個教室上課，這種情況下采用傳統(tǒng)的教師點(diǎn)名、紙質(zhì)簽到等考勤方式，不僅增加了教師的工作量，浪費(fèi)大量的時間，而且準(zhǔn)確率不高。人臉識別學(xué)生考勤系統(tǒng)具有準(zhǔn)確率高、統(tǒng)計方便等優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)的主要功能設(shè)計包括以下幾點(diǎn)：(1)人臉身份信息識別。學(xué)生進(jìn)入教室時，在特點(diǎn)區(qū)域?qū)⒛槍?zhǔn)攝像頭進(jìn)行人臉識別，顯示器上會顯示該生的基本信息及學(xué)籍信息，防止學(xué)生代考勤或者走錯教室。(2)考勤數(shù)據(jù)統(tǒng)計。將每節(jié)課的考勤數(shù)據(jù)對接學(xué)校的大數(shù)據(jù)庫，方便教師在期末考核時調(diào)取學(xué)生的考勤數(shù)據(jù)。同時，該統(tǒng)計數(shù)據(jù)也記錄了學(xué)生每天在校園內(nèi)的行為軌跡，提高了學(xué)生在校園內(nèi)的安全性。

2.4 人臉識別學(xué)生晨跑打卡系統(tǒng)

根據(jù)國務(wù)院和教育部要求，推行學(xué)生校園健身晨跑，增強(qiáng)學(xué)生身體素質(zhì)。許多高校也對學(xué)生健身跑做出考核要求[3]。若采用傳統(tǒng)簽到方式對學(xué)生考核，不僅工作量大，而且存在代簽到的情況，影響考核結(jié)果。人臉識別學(xué)生晨跑打卡系統(tǒng)是基于人臉識別技術(shù)和定位系統(tǒng)設(shè)計的，能夠解決傳統(tǒng)簽到存在的問題，主要的功能設(shè)計包括以下幾點(diǎn)：(1)手機(jī)軟件APP登錄。提前將全校學(xué)生的人臉數(shù)據(jù)信息錄入系統(tǒng)，學(xué)生通過學(xué)號和密碼登錄定制的軟件APP，登錄之后攜帶手機(jī)實現(xiàn)實時跟蹤定位。(2)隨機(jī)產(chǎn)生路徑規(guī)劃。登錄APP后，每天該系統(tǒng)會自動隨機(jī)產(chǎn)生當(dāng)天的路徑規(guī)劃，同時生成三個打卡點(diǎn)，學(xué)生跑步需經(jīng)過打卡點(diǎn)且全程跑完。為避免學(xué)生騎車打卡等作弊情況，系統(tǒng)會計算該生每日跑步的平均速度，若出現(xiàn)異常情況會自動判定該日打卡無效。(3)人臉識別身份。學(xué)生跑完全程后需到指定校園建筑物前拍照上傳人臉圖像，人臉圖像識別成功后才算打卡成功。此外，該手機(jī)該軟件記錄該生每日的跑步打卡情況，方便期末考核時數(shù)據(jù)的調(diào)取。

2.5 人臉識別學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)

高校學(xué)生走讀的并不多，幾乎都住在學(xué)生宿舍。千余人的宿舍管理工作量巨大，宿舍阿姨每晚必須查寢保證住校生的安全。同時，出入宿舍樓的人員也必須確認(rèn)是否為住校學(xué)生。此外，疫情期間也要保證出入宿舍的學(xué)生必須體溫正常。人臉識別學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)是基于人臉識別技術(shù)和紅外測溫技術(shù)設(shè)計的，包括門禁系統(tǒng)、宿舍考勤、體溫測量三個主要功能。(1)門禁系統(tǒng)。對接學(xué)校的大數(shù)據(jù)庫，學(xué)生出入宿舍樓時人臉需對準(zhǔn)攝像頭，認(rèn)證成功后閘機(jī)打開，確保出入宿舍樓的人員均為住校生。(2)宿舍考勤。該系統(tǒng)通過學(xué)生出入數(shù)據(jù)統(tǒng)計出宿舍內(nèi)外的學(xué)生人數(shù)及名單，宿舍阿姨通過該統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行針對性考勤，提高考勤效率。(3)體溫測量。由于疫情的原因，在原來的宿舍管理系統(tǒng)中加入了體溫測量功能。學(xué)生在進(jìn)入到人臉閘機(jī)區(qū)域時，在進(jìn)行人臉身份認(rèn)證的同時進(jìn)行了紅外測溫，且溫度顯示于顯示器上，若體溫異常則立刻報警提示。

3 人臉識別在高校應(yīng)用中存在的問題及前景展望

盡管人臉識別技術(shù)在高校的教育教學(xué)及管理中應(yīng)用越來越廣泛[4]，但也存在一些實際問題，如：人臉門禁系統(tǒng)若出現(xiàn)多人聚集通過時，準(zhǔn)確率會下降。對人臉數(shù)據(jù)采集要求高，若采集者妝容太濃或光線過暗會導(dǎo)致識別準(zhǔn)確率下降。這些在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題還需要用技術(shù)手段進(jìn)一步完善。

隨著信息化建設(shè)及智慧校園建設(shè)的不斷發(fā)展，人臉識別技術(shù)將更加廣泛地應(yīng)用在高校的教學(xué)及管理中。未來，不僅在校園安防、教學(xué)及宿舍考勤管理應(yīng)用中有所改進(jìn)，同時在教學(xué)形式及方法等領(lǐng)域也會給高校帶來技術(shù)性的變革，為高校深入推進(jìn)教育教學(xué)改革提供技術(shù)支撐，進(jìn)一步提升高校教育及管理智能化水平。