人臉識別技術(shù)在考試系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

摘要：近年來人臉識別技術(shù)是一種新型生物特征識別法，目前廣泛用于不同的領(lǐng)域中，如公安、司法、教育、政府、金融以及各事業(yè)單位等。尤其在教育領(lǐng)域中更為突出。考試系統(tǒng)以其公平、公正、快速、準(zhǔn)確、具有低成本，高保密性等特點(diǎn)，因此逐漸取代傳統(tǒng)考試系統(tǒng)成為未來考試系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢。然而在考試系統(tǒng)為人們提供便利的同時也發(fā)現(xiàn)了一些新問題，其中系統(tǒng)的安全問題最為突出。為了加強(qiáng)考場中考生身份的驗證管理，避免出現(xiàn)考生替考、作弊等問題，本文對人臉識別技術(shù)在考試系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀以及目前存在的問題進(jìn)行研究，并通過闡述在考試系統(tǒng)中的人臉識別技術(shù)的重要性，進(jìn)而提出有效的解決方案。

關(guān)鍵詞：人臉識別;技術(shù);考試系統(tǒng);應(yīng)用

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）20-0179-02

2015年開始，國家對教育考試違紀(jì)作弊行為加大了處罰力度，并正式實施《中華人民共和國刑法修正案九》，其中第284條明確規(guī)定，國家考試中如有組織作弊者，將處以最高七年有期徒刑，該法律規(guī)定頒布后，教育部門明確提出要結(jié)合各地的實際情況，要求學(xué)生采用學(xué)生二代身份證到現(xiàn)場報名確認(rèn)、現(xiàn)場采集指紋和照片等一系列生物特征，以此更好的防范替考事件的發(fā)生。為此全國各地快速升級作弊系統(tǒng)，大量黑科技如人臉識別、指數(shù)識別等運(yùn)用到考試系統(tǒng)中，一時間生物識別技術(shù)成為全民關(guān)注的焦點(diǎn)話題，人臉識別技術(shù)以其獨(dú)特性和唯一性在考試系統(tǒng)中脫穎而出，成為眾多生物識別技術(shù)中的首選技術(shù)。

1人臉識別技術(shù)在考試系統(tǒng)中的重要性

近幾年來，教育部為了嚴(yán)厲防范和打擊替考、作弊等不良行為，實現(xiàn)對學(xué)生身份的有效甄別，逐漸由以往的人工主觀識別轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C(jī)科技設(shè)備技術(shù)，并迅速在全國范圍內(nèi)的考試系統(tǒng)中應(yīng)用。2018年深圳市首次將人臉識別技術(shù)應(yīng)用于全國研究生考試中，對考生身份進(jìn)行驗證，即學(xué)生進(jìn)入考場前，需采用現(xiàn)場刷臉，待驗證成功后方可進(jìn)入考場。之后全國各地招生考試中紛紛使用人臉識別系統(tǒng)，對考生進(jìn)行自主身份驗證。利用人臉識別技術(shù)，能夠嚴(yán)防考試中出現(xiàn)替考、作弊等現(xiàn)象，進(jìn)一步嚴(yán)肅考場紀(jì)律，真正維護(hù)好考試的公平公正。

2人臉識別技術(shù)

人臉識別過程依次為輸入圖像、人臉檢測、特征提取、人臉識別、確認(rèn)。人臉檢測主要是對在給定視頻中能夠按照特定方法判斷人臉是否存在，如果存在則需要對人臉的位置、大小進(jìn)行確定，在人臉識別系統(tǒng)中人臉檢測是最關(guān)鍵的一步也是第一步，檢測的可靠性對整個系統(tǒng)的準(zhǔn)確性起著至關(guān)重要的作用。對人臉識別系統(tǒng)的早期研究主要則側(cè)重于無背景的圖像，這種圖像相對來說更加容易獲得，因此未能夠引起高度重視。近年來隨互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，人臉識別技術(shù)是一種新型生物特征識別法，要求對普通圖像識別，目前該技術(shù)不僅能夠運(yùn)用于人臉識別中，同時還能夠應(yīng)用于內(nèi)容檢索，視頻處理等多個領(lǐng)域中，其中對于涉及QQ身份認(rèn)證等一些具有較高身份認(rèn)證需求和以圖像輸入為主的搜索引擎均屬于人類識別范疇。從一定程度上來看，人類識別是一種分類過程，能夠?qū)⒉煌卣鲌D像，根據(jù)其不同信息進(jìn)行分類，在機(jī)器學(xué)習(xí)，模式識別圖像處理過程中，其首要的運(yùn)輸類環(huán)節(jié)是特征提取。通過大量數(shù)據(jù)處理能夠獲得有用的信息，進(jìn)而減少無用信息或者避免信息冗余性，能夠為獲得有價值信息，數(shù)據(jù)處理提供便利。除此之外，通過特征提取的方式能夠?qū)崿F(xiàn)多維圖像降維操作。從計算機(jī)視角角度出發(fā)，在圖像處理過程中涉及像素包含很多重疊區(qū)域，這些內(nèi)容會增加圖像在處理過程中的復(fù)雜性，降低圖像處理速度、效率。通過提取定位向量圖像處理，特征檢測提取匹配，可用于解決視覺問題，比如基于內(nèi)容圖像檢索和人類識別檢測目標(biāo)檢測等。對于人臉識別來說，首先需要進(jìn)行人臉特征，提取之后與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對接，根據(jù)人的特征匹配情況分類，從一定程度上來看，人臉識別是分為人類辨認(rèn)、確認(rèn)，其中人臉確認(rèn)是數(shù)據(jù)庫圖像與檢測圖像匹配，之后根據(jù)結(jié)果來進(jìn)行身份確認(rèn)。人臉識別需要將數(shù)據(jù)庫圖像與待測人圖像比對之后，根據(jù)比對結(jié)果確認(rèn)身份，因此相比人臉辨認(rèn)來說人類確認(rèn)更加容易實現(xiàn)，在人臉辨認(rèn)中需要選擇合適的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)降維，對人臉識別率來說是比較重要的。然而將其應(yīng)用在考試系統(tǒng)中，可以準(zhǔn)確判斷參加考試的考生是否與圖像庫中的人是同一個考生。

3人臉識別方法

隨著人臉識別技術(shù)的發(fā)展，目前市場上有多種人臉識別法常用的方法，包括基于外觀人臉識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人連識別和特征人臉識別、支持向量機(jī)人臉識別等多種方法?；谔卣魅祟愖R別法，在進(jìn)行提取人類特征時需要掌握面部結(jié)構(gòu)知識，包括人的五官形狀、特征等，之后計算面部特征間距離和面積等關(guān)系。根據(jù)歐式算法分類識別，該方法操作簡單，具有較強(qiáng)的光照變化，魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，然而在實際使用過程中，當(dāng)待檢測人員面部被遮擋時在特征提取過程中難度會提高，并且對于人臉表情姿態(tài)，敏感度高。對于結(jié)構(gòu)面部特征之間的關(guān)系要求較高，而忽略面部細(xì)節(jié)，因此無法實現(xiàn)精準(zhǔn)人臉識別?；谕庥^人臉識別是通過面部信息采集進(jìn)行人臉識別，該方法操作簡便很容易實現(xiàn)，因此也被獲得了高度重視，但該方法是通過圖像灰度值二維數(shù)組來實現(xiàn)的，通過圖像庫中圖像和待測圖像的相關(guān)性進(jìn)行分類，這種方法從一定程度上來看易于理解，但在計算過程中耗時耗力，主要是由于這種圖像具備一定維數(shù)，在分類過程中需要將其置于高維空間中開展?；诰W(wǎng)絡(luò)神經(jīng)人類識別，在機(jī)器學(xué)習(xí)和認(rèn)知科學(xué)中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通過動物中樞神經(jīng)，尤其是大腦啟發(fā)的模型，用于估計某種功能，該功能需要輸入未知數(shù)據(jù)和大量數(shù)據(jù)作為支持，通常表現(xiàn)為彼此相關(guān)聯(lián)的神經(jīng)元單元，在神經(jīng)元中進(jìn)行信息交換。研究證明將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于人臉識別系統(tǒng)中，能夠使面部特征這一問題得以解決，而且具有很強(qiáng)的魯棒性。支持向量機(jī)的人臉識別是基于統(tǒng)計理論的一種學(xué)習(xí)方法，對于出現(xiàn)的新樣本圖像，識別起來比利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更加廣泛，錯誤率更低，該方法在實驗中取得良好的效果。

4在考試系統(tǒng)中人臉識別技術(shù)的解決方案

在考試系統(tǒng)中人臉識別技術(shù)主要針對系統(tǒng)安全性問題，即提高系統(tǒng)的安全性，主要涉及替考、作弊等問題。第一，系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境。人臉識別系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境包括兩個部分軟件、硬件，由于考試系統(tǒng)帶有800萬像素攝像頭的計算機(jī)，電腦主屏為2.0GHz，操作系統(tǒng)為Windows732位。對軟件系統(tǒng)來說系統(tǒng)必須進(jìn)行前臺和后臺的開發(fā)。人臉檢測采用微軟開發(fā)的視覺函數(shù)庫和圖像處理系統(tǒng)，使用matlab開發(fā)人臉特征提取和識別軟件。第二總體設(shè)計，該考試系統(tǒng)主要包括兩個部分即考試子系統(tǒng)和考務(wù)子系統(tǒng)，如圖1所示。

考試子系統(tǒng)由考試界面和身份驗證界面構(gòu)成的，在考務(wù)子系統(tǒng)中包含人員題庫，試卷，考務(wù)等相關(guān)管理，考務(wù)子系統(tǒng)具體流程如下：教師登錄-新增考生信息-增加題庫-組卷-分發(fā)試卷-分配考生-推出登錄?？忌酉到y(tǒng)的流程是當(dāng)考生進(jìn)入到相應(yīng)的考場之后，打開考試機(jī)輸入網(wǎng)址，進(jìn)入系統(tǒng)界面，并在考試系統(tǒng)登錄頁面中輸入考生準(zhǔn)考證號和密碼，正確輸入之后會跳轉(zhuǎn)人臉識別界面之后按照界面相關(guān)提示，打開攝像頭拍照完成人臉驗證，如圖2所示。如果驗證成功則頁面會自動跳轉(zhuǎn)相應(yīng)的界面，此時可允許考生參與考試。

完成考試后提交試卷，等到完成考試之后需要系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計由系統(tǒng)自動提交試卷即可退出考試程序。在考試系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)滿足實際應(yīng)用需求和功能作為基礎(chǔ)，結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行針對性設(shè)計，確保系統(tǒng)的適用性。設(shè)計考試系統(tǒng)中盡量使用一些成熟的技術(shù)，以避系統(tǒng)發(fā)生故障影響學(xué)生的正常考試。同時，應(yīng)做好備考方案，防止意外事件的發(fā)生。另外，考試系統(tǒng)的界面要求保持美觀、簡潔且易于使用，因為考試系統(tǒng)面對的是考生，為便是于考生操作，界面理應(yīng)設(shè)計簡單。第三，考試系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計。系統(tǒng)識別模塊的業(yè)務(wù)流程包括考生報名階段、考前階段和開考階段?？忌鷪竺A段需進(jìn)行二代身份證驗證和人臉識別，采集考生照片以及相關(guān)信息并上傳至數(shù)據(jù)庫?？荚囅到y(tǒng)會自動將關(guān)聯(lián)考生科目信息和準(zhǔn)考照片進(jìn)行建模，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入考場之后，通過考證密碼登錄系統(tǒng)，會由系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)到人臉識別界面，考生需要正對攝像頭拍照保存，將照片上傳服務(wù)器，之后系統(tǒng)會與報名階段的照片進(jìn)行比對比，比對成功后跳轉(zhuǎn)至考試界面進(jìn)行考試，否則將會被確認(rèn)為替考者，取消考試資格并進(jìn)入系統(tǒng)黑名單。

5總結(jié)

總之，隨著人臉識別技術(shù)的逐步成熟，這種生物特征識別技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，其中考試系統(tǒng)最為突出，傳統(tǒng)考試弊端日漸清晰，而且在線考試系統(tǒng)因其高效率、經(jīng)濟(jì)性以及便利性等優(yōu)勢，應(yīng)用范圍更加廣泛。

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【通聯(lián)編輯：聞翔軍】

收稿日期：2020-03-16

作者簡介：關(guān)德君（1980-），男，遼寧遼陽人，碩士研究生，副教授，主要研究方向為遠(yuǎn)程教育、計算機(jī)應(yīng)用。