人臉識(shí)別技術(shù)在高校管理中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李歡歡

摘要

近年來(lái)信息技術(shù)迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能技術(shù)更是以超乎想象的速度催生并推動(dòng)了人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展。人臉識(shí)別技術(shù)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)以及生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，不斷刷新識(shí)別方式，并在身份認(rèn)證上保持著極大的安全性。因此，該技術(shù)如今已被廣泛應(yīng)用于教育和工作領(lǐng)域，用以提供考勤、監(jiān)督以及規(guī)范化管理等服務(wù)。本文將著重從人臉識(shí)別系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)分析其在高校管理方面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用范圍。

【關(guān)鍵詞】人臉識(shí)別技術(shù) 生物識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別技術(shù)作為人工智能時(shí)代的重要產(chǎn)物，如今對(duì)我們?nèi)粘５墓ぷ魃町a(chǎn)生了重要影響。尤其是互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等服務(wù)能力的不斷提升，更是推動(dòng)著人臉識(shí)別技術(shù)逐步走向成熟，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

人臉識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于通過(guò)掃描人臉，自動(dòng)提取相關(guān)特征，并系統(tǒng)檢測(cè)和比對(duì)，從而快速完成圖像處理與鑒定識(shí)別，以達(dá)到驗(yàn)證身份的目的，整個(gè)過(guò)程幾秒之內(nèi)即可完成。過(guò)去，人臉識(shí)別技術(shù)主要應(yīng)用于金融或安防等領(lǐng)域。而如今，在逐漸豐富的生活中，只要你稍加留心就會(huì)發(fā)現(xiàn)，刷臉設(shè)備無(wú)處不在。刷臉門禁、刷臉支付、刷臉檢票等等比比皆是。尤其是在北上廣等一線城市，出門帶個(gè)手機(jī)即可享受吃穿住用行。作為一種智能化身份認(rèn)證方式，人臉識(shí)別技術(shù)將有著不可估量的應(yīng)用前景。

本文以人臉識(shí)別技術(shù)在高校管理中的應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)分析人臉識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展，探討其在高校管理方面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，總結(jié)出人臉識(shí)別技術(shù)在高效管理中的幾種應(yīng)用方式，以期對(duì)未來(lái)高校自動(dòng)化、智能化管理起到指導(dǎo)和啟發(fā)作用。

1 人臉識(shí)別技術(shù)

1.1 人臉識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介

人臉識(shí)別技術(shù)實(shí)際上是一種極為重要的生物特征識(shí)別技術(shù)，所指的生物特征主要包含虹膜、視網(wǎng)膜、眉毛、鼻子、臉骨、膚色等重要特征。該技術(shù)主要基于計(jì)算機(jī)技術(shù)以及生物識(shí)別技術(shù)。識(shí)別過(guò)程主要分為圖像采集、特征提取、身份確認(rèn)及查找等四個(gè)環(huán)節(jié)。

人臉識(shí)別比較常見的識(shí)別方法主要有：基于幾何識(shí)別方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法、基于3D人臉識(shí)別方法以及多分類方法。目前相對(duì)成熟且應(yīng)用廣泛的方法是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別方法。

基于幾何識(shí)別算法。幾何識(shí)別算法是利用人臉器官特征輪廓的分布比例進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而構(gòu)建模型的。該方法比較簡(jiǎn)單，且在環(huán)境光不足的情況下，仍然能識(shí)別，但缺點(diǎn)就是識(shí)別準(zhǔn)確率會(huì)受人的表情或者體態(tài)的影響。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法。是通過(guò)對(duì)生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬，將神經(jīng)元轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)編碼。該方法可以有效的避開復(fù)雜特征的數(shù)據(jù)提取，但是構(gòu)成模擬圖像的神經(jīng)元數(shù)量過(guò)于龐大，形成所需神經(jīng)元的時(shí)間過(guò)于長(zhǎng)、速度慢、參數(shù)確定無(wú)法統(tǒng)一等問(wèn)題。

3D人臉識(shí)別方法。有不受光照、面部表情以及視角的影響也能達(dá)到高準(zhǔn)確度的優(yōu)勢(shì)，但也存在采購(gòu)相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的成本大，傳輸過(guò)程和速度慢等問(wèn)題。

多分類器識(shí)別方法。該方法是運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)整合或拼湊來(lái)獲取圖像信息，前提是需要將人臉不同表情變化的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)于不同的分類器中，每一種分類器只對(duì)應(yīng)一種表情或體態(tài)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，將數(shù)據(jù)劃分為不同的種類，與分類器數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。這種算法固然準(zhǔn)確率高，但卻存在著龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸緩慢的問(wèn)題。

當(dāng)然，在具體的應(yīng)用中，用戶也要根據(jù)自身需求，選擇較為合適的識(shí)別算法。隨著未來(lái)技術(shù)的不斷進(jìn)步，或許會(huì)有更精準(zhǔn)、更快速的算法來(lái)替代目前的幾種算法也未可知。

1.2 人臉識(shí)別技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

人臉識(shí)別技術(shù)不外乎是人類在圖像處理技術(shù)方面的一次大膽嘗試和突破，更是計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的一次飛躍。伴隨著人類不同階段的不同需求，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)成為全世界所關(guān)注并重視的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。時(shí)至今日，它仍然在不斷發(fā)展進(jìn)步。

毋庸置疑，人臉識(shí)別技術(shù)發(fā)展至今，它有別于其他生物識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)已被大家公認(rèn)?？偨Y(jié)其優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾方面：

并發(fā)性。并發(fā)性主要是指在特定區(qū)域內(nèi)可同時(shí)識(shí)別多人信息，可大大提高服務(wù)效率。

非強(qiáng)制性。采集設(shè)備在特定區(qū)域內(nèi)自動(dòng)采集并識(shí)別信息。

無(wú)感知性。人臉識(shí)別的相關(guān)設(shè)備并不需要接觸人臉，可實(shí)現(xiàn)無(wú)感知識(shí)別。

自學(xué)習(xí)性。多數(shù)人臉識(shí)別系統(tǒng)都有極強(qiáng)的自學(xué)習(xí)功能。也就是動(dòng)態(tài)更新人臉數(shù)據(jù)庫(kù)，從而保證在內(nèi)外界環(huán)境變化時(shí)依然能準(zhǔn)確快速的識(shí)別人臉信息。

高通用性。人臉識(shí)別系統(tǒng)無(wú)需購(gòu)置大量設(shè)備，常規(guī)的監(jiān)控?cái)z像頭、計(jì)算機(jī)即可，可節(jié)約大量人力、財(cái)力成本。并且，它可以和多數(shù)系統(tǒng)與平臺(tái)對(duì)接，具有較高的通用性和可擴(kuò)展性。

人臉識(shí)別技術(shù)的缺點(diǎn)總結(jié)而言也有三點(diǎn)：

（1）采集圖像過(guò)程中容易受環(huán)境干擾。比如光線過(guò)強(qiáng)或嚴(yán)重不足時(shí)，影響識(shí)別準(zhǔn)確性。

（2）容易受發(fā)飾或其他物品遮擋。

（3）如今整容手術(shù)比較普遍，深度整容術(shù)后，人的臉部信息變化較大，這在一定程度上會(huì)導(dǎo)致采集的信息無(wú)法準(zhǔn)確匹配。

這三個(gè)缺點(diǎn)雖然在一定程度上影響了人臉識(shí)別的準(zhǔn)確性，但隨著生物識(shí)別技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些缺點(diǎn)將會(huì)——得到改善或消除。

2 人臉識(shí)別技術(shù)在高校管理中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 人臉識(shí)別安防系統(tǒng)

近年來(lái)，校園犯罪率逐漸提高，且都有極強(qiáng)的突發(fā)性和不可確定性，這為學(xué)校的安防工作帶來(lái)很大的壓力。因此，為提高安防成效，高?？蓪⑷四樧R(shí)別系統(tǒng)引入安防報(bào)警系統(tǒng)中，以便在嫌犯進(jìn)入校園之時(shí)自動(dòng)報(bào)警，從而提高安全防范級(jí)別。

人臉識(shí)別安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是將人臉攝像識(shí)別鏡頭安裝在學(xué)校各路入口及人流密集區(qū)，這些攝像頭都要具備人臉識(shí)別分析及追蹤等功能，而且最好是高像素、廣角鏡頭、自動(dòng)光圈配置。

人臉識(shí)別安防系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）人臉抓拍。自動(dòng)對(duì)特定區(qū)域內(nèi)的行人實(shí)施人臉檢測(cè)和跟蹤，同時(shí)，形成相應(yīng)的活動(dòng)軌跡，且抓拍的次數(shù)可根據(jù)學(xué)校需求進(jìn)行自定義，可對(duì)多個(gè)對(duì)象同時(shí)進(jìn)行人臉識(shí)別。

（2）建立大數(shù)據(jù)庫(kù)。學(xué)?？蓪⑿?nèi)師生信息導(dǎo)入至數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)，還可以對(duì)陌生人員進(jìn)行信息注冊(cè)。在抓拍后，及時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)使抓拍到的人臉信息與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)信息進(jìn)行匹配，這樣系統(tǒng)可隨時(shí)辨認(rèn)出相關(guān)可疑人員。

（3）人臉識(shí)別報(bào)警。系統(tǒng)如檢測(cè)到黑名單里的可疑人員，則會(huì)自動(dòng)開啟報(bào)警功能，這樣，安防人員在收到報(bào)警信息后就能第一時(shí)間制服嫌疑人。

2.2 圖書館人臉識(shí)別管理系統(tǒng)

圖書館是高校學(xué)生獲取知識(shí)的重要場(chǎng)所，也是每個(gè)高校人流量最大，管理最為復(fù)雜的地方。人臉識(shí)別技術(shù)恰恰就能彌補(bǔ)圖書館管理上的諸多不足。首先，將人臉識(shí)別技術(shù)引入門禁系統(tǒng)中，學(xué)生進(jìn)入圖書館可不用攜帶校園一卡通，通過(guò)無(wú)感知人臉識(shí)別掃描獲得進(jìn)門許可，避免了刷卡帶來(lái)的環(huán)境干擾;其次，極大的提高了圖書借閱效率。學(xué)生通過(guò)人臉掃描進(jìn)入圖書館后，借閱、登記等過(guò)程都將簡(jiǎn)化，與傳統(tǒng)借閱方式相比，節(jié)約了人力、財(cái)力和時(shí)間。

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路就是將人臉識(shí)別設(shè)備架設(shè)在圖書館出入口等重要位置，技術(shù)人員提前將師生相關(guān)人臉信息和一卡通信息錄入系統(tǒng)之中，這樣，在師生出入圖書館時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)精準(zhǔn)識(shí)別人員身份信息，并與系統(tǒng)信息進(jìn)行比對(duì)。在加強(qiáng)管理的同時(shí)，還能夠記錄不同到訪者的借閱信息，形成大數(shù)據(jù)，研究人員可通過(guò)對(duì)到館數(shù)量、頻率、借閱類別等大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出圖書館服務(wù)的不足之處。

人臉識(shí)別系統(tǒng)作為高校數(shù)字化圖書館建設(shè)的重要一步，它不僅可以提高智能化、自動(dòng)化管理水平，也可以讓師生切實(shí)感受到科技進(jìn)步帶來(lái)的便利。

2.3 人臉識(shí)別迎新系統(tǒng)

目前，多數(shù)高校的迎新系統(tǒng)主要是通過(guò)身份證掃面來(lái)核對(duì)新生信息。而迎新存在的最大問(wèn)題就是時(shí)間短，報(bào)道人數(shù)多，排隊(duì)擁擠，進(jìn)而造成信息登記錯(cuò)誤、機(jī)器故障或宿舍分配不合理等。因此，高?？梢詫⑷四樧R(shí)別技術(shù)應(yīng)用于迎新系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)刷臉報(bào)道，從而簡(jiǎn)化迎新流程，減輕迎新工作人員的工作壓力。

人臉識(shí)別迎新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括幾個(gè)方面：

（1）人臉采集。新生報(bào)到時(shí)，對(duì)準(zhǔn)攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)信息采集。

（2）提取及匹配。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提取提前錄入的招生信息庫(kù)中的照片，并與實(shí)時(shí)采集的照片進(jìn)行特征提取和匹配。

（3）識(shí)別驗(yàn)證。新生信息得到系統(tǒng)確認(rèn)匹配后，會(huì)提示報(bào)道成功并自動(dòng)打印報(bào)道流程單。如驗(yàn)證失敗，則自動(dòng)重新進(jìn)行匹配，并提示相關(guān)信息。

人臉識(shí)別迎新系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)主要涉及幾個(gè)模塊：人像采集模塊、預(yù)處理模塊、臉部特征提取模塊、信息匹配驗(yàn)證模塊、信息存儲(chǔ)模塊。

2.4 人臉識(shí)別考勤系統(tǒng)

高校課堂中學(xué)生的出勤率一直是多數(shù)高校面臨的重要問(wèn)題。近年來(lái)，雖然有一些諸如簽到APP、指紋識(shí)別以及校園一卡通等方式的考勤方式出現(xiàn)，但也存在不少漏洞。比如手機(jī)或者校園卡遺忘，或者學(xué)生之間可以互相攜帶手機(jī)幫忙打卡，另外甚至有些大學(xué)生為了逃課，還做假指紋。鑒于以上種種現(xiàn)象，人臉識(shí)別技術(shù)勢(shì)必會(huì)在考勤方面發(fā)揮其重大作用。

人臉識(shí)別考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是在教室門頭架設(shè)高清攝像頭，學(xué)生在進(jìn)入教室的瞬間，攝像頭可及時(shí)抓拍并進(jìn)行人臉識(shí)別，人物信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行比對(duì)，并將最終數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)。所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)則是技術(shù)算計(jì)定位以及內(nèi)容提取比對(duì)識(shí)別技術(shù)，將采集到的人臉信息關(guān)鍵點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫(kù)編碼進(jìn)行比對(duì)，綜合運(yùn)用圖像關(guān)鍵信息及二維和三維特征結(jié)構(gòu)，——區(qū)分比對(duì)，最終得出結(jié)果。

該考勤系統(tǒng)除了教室之外，還可以應(yīng)用于學(xué)生公寓管理中。學(xué)生公寓是除了教室之外，學(xué)生每天出入的重要場(chǎng)所，流動(dòng)性大。因此，可以構(gòu)建一套完整的人臉識(shí)別公寓管理考勤系統(tǒng)，將公寓管理和學(xué)校網(wǎng)絡(luò)相連接，這樣可以保障輔導(dǎo)員或校領(lǐng)導(dǎo)等有權(quán)限的管理者及時(shí)登錄系統(tǒng)，了解學(xué)生的夜宿情況，以便及時(shí)掌握學(xué)生動(dòng)向。

2.5 人臉識(shí)別考試系統(tǒng)

高校教育中，考試是督促和檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效手段。有些考試結(jié)果還涉及到學(xué)生學(xué)位獲取、前途等，因此，不乏有學(xué)生會(huì)存在僥幸心理，以各種高科技手段作弊，不僅影響考試的公平公正，也帶來(lái)了很大的社會(huì)影響。

高?，F(xiàn)有的考試考生身份識(shí)別方式是刷身份證、指紋以及人為辨別。這些身份驗(yàn)證方式都存在一定的弊端。人臉識(shí)別技術(shù)在考試系統(tǒng)中則可以完美替代以上幾種身份驗(yàn)證方式。

與上面幾種識(shí)別系統(tǒng)一樣，人臉識(shí)別考試系統(tǒng)的流程主要涉及以下幾方面：人臉信息采集、人臉圖像處理與特征提取、人臉識(shí)別匹配。

這種識(shí)別驗(yàn)證方式在考試系統(tǒng)中，考生不容易冒充別人，而且信息獲取比較快捷。多數(shù)人臉識(shí)別系統(tǒng)還具有較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)能力。即可以動(dòng)態(tài)刷新數(shù)據(jù)庫(kù)信息，從而保證在內(nèi)外環(huán)境變化時(shí)依然能快速準(zhǔn)確的進(jìn)行識(shí)別驗(yàn)證。

當(dāng)然，以上每個(gè)人臉識(shí)別系統(tǒng)看似相互獨(dú)立，但在這樣一個(gè)大數(shù)據(jù)時(shí)代，我們可以大膽設(shè)想，將每個(gè)系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相對(duì)接，建立一個(gè)互通、互用的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，學(xué)校管理人員和領(lǐng)導(dǎo)可從數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)得出的各種數(shù)據(jù)，分析學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)情況，大到學(xué)習(xí)水平的評(píng)定，小到生活消費(fèi)的評(píng)估，還可以對(duì)教師教學(xué)以及管理人員的服務(wù)情況進(jìn)行分析和總結(jié)，從而在不斷查找問(wèn)題中，提升學(xué)校的整體教育和管理水平。

3 人臉識(shí)別技術(shù)在高校教育應(yīng)用中的問(wèn)題及前景展望

盡管人臉識(shí)別技術(shù)自發(fā)展至今，已在不同領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中還是會(huì)受各種因素影響，存在一些問(wèn)題。比如識(shí)別準(zhǔn)確率、真實(shí)性等方面與目前相對(duì)較成熟的指紋識(shí)別技術(shù)相比，還存在一定的差距。要想實(shí)現(xiàn)更快捷、高效的應(yīng)用，還需要從技術(shù)層面上不斷突破。

隨著高效信息化建設(shè)以及數(shù)字化校園建設(shè)的不斷發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)將會(huì)越來(lái)越廣泛的被應(yīng)用于教育。無(wú)論是日?？记凇⒖荚嚤O(jiān)督，或是安防等系統(tǒng)應(yīng)用，都能夠在一定程度上提升高校的提高管理效率和管理水平。在未來(lái)的技術(shù)革新中，人臉識(shí)別技術(shù)必將推動(dòng)高校數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化管理的質(zhì)的提升。

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