人臉識別技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用研究

秦銘謙　梁英偉　張聞?wù)Z

摘要：人臉識別技術(shù)已廣泛應(yīng)用在公安、交通、金融等各行業(yè)，并逐步在智慧校園中得到推廣應(yīng)用。在分析人臉識別技術(shù)及工作流程的基礎(chǔ)上，對人臉識別技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用及在應(yīng)用過程中存在的問題進行進行探究。

關(guān)鍵詞：人臉識別技術(shù)；智慧校園；身份識別

中圖分類號：TP39 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0072-02

1 人臉識別技術(shù)

1.1 概念與特點

人臉識別技術(shù)，即基于生物特征中的人臉面部特征，通過核心算法，對人的五官、臉部形狀特征進行分析、識別，并實現(xiàn)身份確認(rèn)的技術(shù)。目前，人臉識別技術(shù)已廣泛應(yīng)用在公安、交通、金融、超市等行業(yè)，并逐步在智慧校園中得到推廣[1]。人臉識別技術(shù)具有五大特點：

（1）易采集，人臉識別系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)主要通過外接攝像裝置或其他圖像采集儀器，對設(shè)備要求不高；

（2）主動式采集，人臉識別不需要采集對象進行任何操作，僅需在采集設(shè)備前停留片刻，也可以隱蔽式采集，相對于指紋、虹膜等被動式采集方式，更不容易被察覺，相對更加安全可靠，不容易被偽造；

（3）唯一性，每個人都有獨一無二的臉、指紋、虹膜等；

（4）非侵犯性，對采集的個體不會產(chǎn)生侵犯性，容易被采集對象所接受；

（5）精確性較高，人臉識別算法準(zhǔn)確率已經(jīng)達到99.15%。因此，人臉識別技術(shù)被公認(rèn)為是信息安全認(rèn)證的一項重要技術(shù)之一。

1.2 人臉識別的流程

人臉識別技術(shù)的核心在于其采用的算法，主流算法包括基于幾何特征、基于模型、基于統(tǒng)計、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于深度學(xué)習(xí)等方法。但隨著算法的開源共享，應(yīng)用級的人臉識別系統(tǒng)已經(jīng)具有較高的識別率[2]。通常，人臉識別的過程主要包括圖像采集、人臉預(yù)處理、特征提取、識別四個步驟，如圖1所示。（1）人臉圖像采集。通過視頻攝像機、照相機、手機等圖像采集設(shè)備捕捉不同角度、位置、表情的畫面，并判斷畫面中是否存在人臉，如果存在人臉，則采集人臉圖像；（2）人臉預(yù)處理。因圖像采集中存在光線不夠、清晰度不高、拍照角度干擾等情況，需要通過光線補償、灰度處理、幾何校正等手段，為后續(xù)的特征提取提供清晰的原始圖像；（3）特征提取。人臉具有面部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及局部非剛性形變，需要找到相對不變的特征量或者受外界影響較小的特征量或特征組；（4）識別。將提取的人臉圖像的特征信息與人臉數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比對，當(dāng)兩者相似度超過閾值則作為結(jié)果輸出，從而確定人臉對應(yīng)的身份。

2 人臉識別技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用

采用人臉識別作為身份識別的關(guān)鍵技術(shù)，將為“智慧校園”采集大量的真實的校內(nèi)師生及訪客的身份數(shù)據(jù)，為下一步的數(shù)據(jù)融合、服務(wù)融合奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，結(jié)合各類管理平臺、應(yīng)用系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)分析，使校內(nèi)學(xué)生、教職工、訪客在校園內(nèi)的學(xué)習(xí)、工作、科研以及生活更加便利，最終實現(xiàn)個性化智能化的應(yīng)用服務(wù)。

2.1 安全防控類應(yīng)用

（1）考務(wù)、比賽等參加人員的身份識別。學(xué)校每年組織的各類學(xué)科考試、各類社會考證、比賽等，需要額外安排人力物力在對參加人員的身份鑒別上，尤其是國家級別的考試，對考生身份驗證的要求更加嚴(yán)格。通常，由監(jiān)考員針對考生的身份證、準(zhǔn)考證照片進行人工比對，但因監(jiān)考員鑒別能力沒有經(jīng)過專門訓(xùn)練，辨識力低于公安機關(guān)專業(yè)人員，辨識效率低，仍存在替考的可能性，若采用人臉識別技術(shù)，通過與提前錄入的考生數(shù)據(jù)進行對比，則可有效的改善上述問題。

（2）智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。隨著學(xué)校規(guī)模的逐漸擴大，校園犯罪也逐年增多，但因犯罪的突發(fā)性和不確定性，導(dǎo)致學(xué)校監(jiān)管復(fù)雜性和難度也在加強，目前校園監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫里每天都產(chǎn)生和存儲著海量的視頻數(shù)據(jù)，但是對人臉的識別工作還停留在人工排查、人工比對的階段，若利用人臉識別技術(shù)，可針對校園內(nèi)已有的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)中的人群進行識別，自動預(yù)警，為“平安校園”提供智能安防服務(wù)。

（3）車輛管理、宿舍管理、門禁管理。由于人臉識別技術(shù)是一種主動式采集，不需要任何行為即可采集到人員進出校園、宿舍樓、教室、實訓(xùn)室、圖書館、體育館等場所時的圖像信息，從而實現(xiàn)師生、訪客進出自動登記；通過引入人臉識別技術(shù)對進出宿舍、教室、實訓(xùn)室的人員統(tǒng)一登記、管理，每次進出相應(yīng)場所時需要經(jīng)過人臉識別系統(tǒng)的識別、身份確認(rèn)以及授權(quán)，實現(xiàn)門禁管理的目的。因此，人臉識別技術(shù)對智慧校園的智能化感知、便捷化服務(wù)具有更好的支持性。

2.2 基礎(chǔ)業(yè)務(wù)應(yīng)用

（1）注冊管理類。新生、新員工在報到時，系統(tǒng)通過相機采集師生多角度多表情的照片，并錄入基本身份信息，補充校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為其他業(yè)務(wù)平臺提供強有力的數(shù)據(jù)支持。

（2）業(yè)務(wù)辦理類。通過人臉識別系統(tǒng)，可以快速識別用戶身份，因此，當(dāng)師生利用智慧校園的統(tǒng)一門戶進行登錄時，只需要借助人臉識別系統(tǒng)的采集平臺（攝像頭或者手機端）刷臉即可登錄門戶查看、瀏覽門戶。而在辦理各類申請、或者須經(jīng)本人審核確認(rèn)的各類業(yè)務(wù)時，通過二次刷臉授權(quán)并通過相關(guān)業(yè)務(wù)。對于其他未納入統(tǒng)一門戶的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，也可以通過人臉識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進行身份識別驗證，實現(xiàn)無卡登陸。

（3）使用登記管理類。在校園中的所有圖書、設(shè)備、教室、場地等，都可以采用人臉識別系統(tǒng)快速采集、識別并記錄使用人信息，通過匹配授權(quán)信息，獲得相應(yīng)的使用權(quán)限以及使用記錄。

（4）考勤管理類。所有會議出勤統(tǒng)計、教師教學(xué)考勤，以及宿舍考勤，不再需要人工簽到、點名，通過人臉識別技術(shù)，自動記錄進出人員名單，實現(xiàn)自動考勤。

2.3 消費支付應(yīng)用

（1）常規(guī)小額支付。師生在校園中的食堂、商店、用水等場所，當(dāng)前主要采用的消費模式為“校園一卡通”的方式，在如早餐、中餐、晚餐這三餐高峰時間段期間，人流密集，交易量大，刷卡或者手機支付均無法滿足師生對移動支付便捷性的需求。因此可以對小額消費采用人臉識別技術(shù)，實現(xiàn)無卡消費，提高支付效率和支付的便捷性。

（2）大額度支付。師生在支付學(xué)費、話費、購買大額度物品時，大額消費業(yè)務(wù)則通過人臉識別以及密碼等其他授權(quán)方式進行交叉驗證，防范支付風(fēng)險。

2.4 個性化服務(wù)展望

“智慧校園”是要實現(xiàn)將各種服務(wù)融合，通過對不同角色提供授權(quán)，進行個性化的信息服務(wù)，通過主動記錄智慧環(huán)境中的一切信息，并充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)進行存儲、分析、推理判斷、預(yù)測。人臉識別技術(shù)支持主動記錄，結(jié)合智慧校園的融合服務(wù)，可以實現(xiàn)一站式服務(wù)、行為分析、決策支持服務(wù)等更多人性化、個性化的服務(wù)。

（1）一站式服務(wù)。一站式服務(wù)是目前各高校新興的智慧校園管理平臺，師生可以借助移動終端設(shè)備，通過微信或者app，直接登錄校園管理平臺辦理相關(guān)業(yè)務(wù)。但是因為微信、app等軟件的默認(rèn)保持授權(quán)登錄功能，導(dǎo)致這些管理平臺存在他人利用終端設(shè)備代辦一些個人業(yè)務(wù)的風(fēng)險，因此在辦理關(guān)鍵業(yè)務(wù)時，增加實時錄像、拍照功能，通過人臉識別技術(shù)進行身份識別，保證一站式服務(wù)的正確授權(quán)。

（2）大數(shù)據(jù)分析。根據(jù)收集、分析校園、宿舍樓、宿舍、教室、實訓(xùn)室、圖書館、體育館以及各類業(yè)務(wù)平臺中所保留的師生進出記錄，可以形成針對特定用戶的大數(shù)據(jù)庫，從中可以分析出各大場所的使用頻率、用戶的學(xué)習(xí)習(xí)慣、活動習(xí)慣等。

（3）決策支持服務(wù)。根據(jù)場所不同時間的使用頻率，為用戶提前預(yù)警；根據(jù)學(xué)生的行動軌跡規(guī)律，向老師提供學(xué)習(xí)行為分析及預(yù)警；根據(jù)教室和實訓(xùn)室的使用率，借用率，向教務(wù)處、專業(yè)老師提供實訓(xùn)室調(diào)整預(yù)警。

3 人臉識別技術(shù)在智慧校園應(yīng)用中的不足

（1）存在一定的錯誤率。盡管人臉識別對智慧校園的應(yīng)用有得天獨厚的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景，但因為人臉識別受光照、遮擋物、表情變化等外界因素的影響，仍存在一定的錯誤率，因此人臉識別技術(shù)在授權(quán)性、消費性應(yīng)用上應(yīng)增加授權(quán)確認(rèn)等環(huán)節(jié)。

（2）數(shù)據(jù)庫容量要求高。人臉識別技術(shù)依托于互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算，需要網(wǎng)絡(luò)、海量數(shù)據(jù)及存儲空間的支持，對智慧校園的基礎(chǔ)環(huán)境建設(shè)有更高的要求，由此產(chǎn)生技術(shù)、設(shè)備、以及人力成本的增加。

（3）存在泄露和篡改的風(fēng)險。人臉數(shù)據(jù)庫泄露，會對用戶造成不可估量的損失。需要利用技術(shù)手段，對特征圖像庫數(shù)據(jù)添加水印，采集的圖像數(shù)據(jù)加密處理等，同時加強互聯(lián)網(wǎng)安全建設(shè)，制定并實施相應(yīng)的風(fēng)險控制體系和規(guī)范、泄露事件發(fā)生時的應(yīng)對策略等。

（4）高科技犯罪風(fēng)險。隨著人臉識別技術(shù)的開源和應(yīng)用的普及，一些不法分子研制出針對人臉識別技術(shù)的偽人臉技術(shù)，比如三維形象技術(shù)，通過把一張人臉的照片進行特殊處理后，可以實現(xiàn)三維的搖頭、點頭等。除了借助交叉驗證等方式避免這類風(fēng)險外，更需要進一步攻克在活體檢測上的技術(shù)難關(guān)[3]。

4 結(jié)語

盡管人臉識別技術(shù)仍有一些無法克服的缺點，但它所具有的便捷、高效、低成本、高準(zhǔn)確性等優(yōu)勢，使得人們對它的使用需求日益增長，已逐步走進家庭、校園、社會，便利的人們的生活。但要在智慧校園中普及并廣泛應(yīng)用，還需要進一步研究和改善。

參考文獻

[1]王海增.人臉識別技術(shù)未來將走向算法免費[J].中國安防，2017，（Z1）：26-35.

[2]王曉燕.智慧校園的智慧表現(xiàn)[J].電子世界，2016，（06）：32-33.

[3]王挺，李振興.人臉識別技術(shù)在銀行業(yè)的應(yīng)用與挑戰(zhàn)[J].金融科技時代，2017，（08）：34-39.