人臉識別技術(shù)在教學(xué)環(huán)境中的應(yīng)用研究

王鵬程

摘要：近年來，隨著我國高校擴招政策的不斷深入，各高校內(nèi)學(xué)生人數(shù)呈爆炸式增長，學(xué)生人數(shù)的激增給學(xué)校的管理工作帶來了新的挑戰(zhàn)。以高校教育教學(xué)環(huán)境為背景，由于學(xué)生群體基數(shù)的胖大，因此引進識別技術(shù)不僅能識別學(xué)生的身份，保護校園的安全，同時能提高整個校園的管理水平和管理效率。論文以高校教育教學(xué)環(huán)境為背景，對學(xué)生群體人臉識別相關(guān)技術(shù)進行了重點研究分析，為人臉識別技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用做好鋪墊，然后再上升一個臺階，提高整個學(xué)校的管理效率。

關(guān)鍵詞：教學(xué)環(huán)境;學(xué)生群體;人臉識別;管理效率

中圖分類號：TP3-05 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0203-03

1概述

隨著社會的進步，科技水平的不斷提高，對圖像處理有了很大的發(fā)展。人臉識別已經(jīng)是非常普遍的識別技術(shù)。人臉識別的本質(zhì)就是通過預(yù)先采集被檢測人的臉部特征信息，然后通過將這些信息保持起來，然后通過攝像頭進行圖像采集，然后將采集來的信息和臉部識別庫進行比對，來對人員進行很好識別，通過這種方式的識別技術(shù)。既是人臉識別技術(shù)。人臉識別技術(shù)是一項比較先進的技術(shù)，他的主要技術(shù)分為三大板塊來分析，面部檢測，面部追蹤技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫保存信息比對，最后實現(xiàn)識別的功能。在這三個技術(shù)板塊中最重要的要算是這個面部檢測技術(shù)，該技術(shù)需要對整個檢測到的臉部進行識別，并且記錄下被檢測物體的特征點，通過這些獨特的東西來進行識別功能。其次是需要能實現(xiàn)臉部追蹤的功能。通過這個臉部追蹤技術(shù)能將識別到的臉部數(shù)據(jù)來進行追蹤反復(fù)比對查詢的功能。通過數(shù)據(jù)庫的保存信息來進行比對，并且查詢出符合現(xiàn)在檢測到面部特征的信息進行對比，達到識別功能，來最終實現(xiàn)身份信息的識別。

人臉識別技術(shù)在廣義上可以定義為生物特征識別技術(shù)，他的本質(zhì)是通過生物上的臉部特征來實現(xiàn)的技術(shù)。當然目前技術(shù)上有很多類似的生物特征技術(shù)，其中包括有常用的聲音辨別技術(shù)，指紋識別技術(shù)等。當然臉部識別技術(shù)相對于這些其他的生物識別技術(shù)有著非常不一樣的區(qū)別，他們共同點是都需要進行事先采集信息，將需要采集的信息進行保存，通過預(yù)先保存的信息作為基準來進行設(shè)計，通過該類設(shè)計能有效地實現(xiàn)信息比對功能，但是面部識別技術(shù)相對于其他識別技術(shù)又有很大的優(yōu)勢在里面。例如其他生物識別技術(shù)都需要特定環(huán)境指定人員進行配合的動作，這樣才能很好地采集和做比對功能但是臉部識別技術(shù)不需要特定環(huán)境進行特定配合，由于其信息來源主要是攝像頭，因此可以動態(tài)地對整個畫面中出現(xiàn)的物體都進行采集，不需要人員特意進行配合，而能實現(xiàn)自動追蹤以及自動識別的功能。因此該技術(shù)是一種非常高效的識別技術(shù)，同時能實現(xiàn)不被察覺的情況下進行識別的效果。因此在當今信息化時代飛速發(fā)展的前途下，人臉識別技術(shù)得到了更加廣闊的發(fā)展以及應(yīng)用。

由于學(xué)校里面人員很多，學(xué)生數(shù)量龐大，而且為了更好地節(jié)省學(xué)生時間，將時間都用到教育上去，因此人臉識別技術(shù)是非常符合學(xué)校對學(xué)生群體進行身份識別的一種重要工具。人臉識別技術(shù)的優(yōu)勢不單單是體現(xiàn)在其高效的功能上，更多的是其能夠通過這個高效的作業(yè)給學(xué)校帶來更多的高效效益，比如管理效率，教學(xué)以及對大群體的保護功能。人臉識別技術(shù)優(yōu)勢很多，下面將對這個技術(shù)進行深入的展開介紹。

2人臉識別技術(shù)的特征

人臉識別技術(shù)具有實惠，可靠，簡單的優(yōu)點，其還具有技術(shù)先進，技術(shù)開源供二次開發(fā)的功能，并且安全。

臉部識別技術(shù)只需要一個信息采集的攝像頭，一個主機服務(wù)器進行數(shù)據(jù)保存讀取對比功能，然后通過編寫特定的指令算法讀取匹配傳送的信息，就能實現(xiàn)整個的系統(tǒng)識別功能。

臉部識別可以通過技術(shù)來實現(xiàn)，當前信息設(shè)備的發(fā)展，攝像頭等工具隨處可見，因此針對這個圖像系統(tǒng)是非常方便的，不存在設(shè)備瓶頸這些問題。臉部識別的技術(shù)能通過各類開發(fā)來適應(yīng)不同的使用場合，達到生物識別技術(shù)的功能。

臉部識別技術(shù)還能配合其他進行處理，實現(xiàn)安全防護等功能。

基于人臉識別技術(shù)的身份識別系統(tǒng)使用面向?qū)ο笳Z言開發(fā)設(shè)計，以領(lǐng)域模型分析為基礎(chǔ)，使用面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計，在功能設(shè)計上做到靈活設(shè)計，當功能需求在發(fā)生變化的時候降低修改工作量。

3系統(tǒng)工作原理及數(shù)據(jù)采集過程

3.1系統(tǒng)工作原理

面部是一個人的主要識別生物特征，在正常社會中，人與人員之間互相認識熟悉，第一個感覺就是人的臉，當然往后都是通過臉來進行識別人的，因此這個臉部識別技術(shù)是非常有意義的，而且非?？煽康?，本身人類的臉就是在正常生活中具有重要區(qū)別因素在里面。因此臉部識別不可被復(fù)雜，同時還能實現(xiàn)超高的區(qū)分效果。通過這些優(yōu)勢，是為臉部識別提供了一個非常好的可行性基礎(chǔ)，而且臉部識別不需要在指定環(huán)境和位置下，來進行采集，也不需要被采集人員進行配合工作。因此能實現(xiàn)在復(fù)雜情況下對所需檢物的檢測。在教學(xué)環(huán)境中，通過對整個的學(xué)生群體進行采集，其基數(shù)非常之大，因此如果采用其他類型的檢測方式，無法實現(xiàn)高效性，學(xué)生需要排隊和花費大量的時間在等待中，臉部識別技術(shù)能有效解決這種問題，因此為其之后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

這種在教學(xué)環(huán)境下使用的臉部技術(shù)還需要不同點，因此該技術(shù)自帶的開放性優(yōu)勢能很好地滿足這種需求，可以根據(jù)不同的使用者情況來進行設(shè)計和采集的更改。目前大部分使用在教學(xué)環(huán)境下的識別技術(shù)有兩個主要成分構(gòu)成：其中對所有學(xué)生的大數(shù)據(jù)信息進行采集對比篩選的模塊，還有一個是針對圖像信息需要進行維護的模塊。采集模塊主要包含當前人臉進行追蹤，數(shù)據(jù)收集，然后上傳，信息比對，然后下載，最后得到結(jié)論，圖像維護主要就是保證所有的數(shù)據(jù)信息的安全和正常運行。

3.2數(shù)據(jù)采集過程

在整個教學(xué)環(huán)境中的臉部識別系統(tǒng)需要將整個學(xué)生群體的信息都保存進去，保存到信息模塊上，因此最好的信息采集方式就是在學(xué)生作為新生剛進入學(xué)校的時候，一個初始進入校園的時候。這個時候?qū)W(xué)生的臉部信息，身份信息等資料全部采集到信息庫里面，這樣就能保證在學(xué)校環(huán)境下的l對l數(shù)據(jù)信息，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

該信息庫建立過程如下：

①通過服務(wù)器建立一個數(shù)據(jù)庫，將所有對應(yīng)信息都保存到數(shù)據(jù)庫里面去。首先學(xué)校通過有效的組織新生來進行信息的錄入，包括學(xué)生的臉部資料和身份信息等相關(guān)資料。

同時將采集過來的數(shù)據(jù)全部保存到特有的數(shù)據(jù)庫里面。使得信息能夠安全可靠不被泄漏，又能被學(xué)校設(shè)備使用。

②對學(xué)生臉部信息的采集，還需要相對應(yīng)的設(shè)備來進行工作，同時通過對應(yīng)設(shè)備已經(jīng)能采集到電腦數(shù)據(jù)庫的軟件來進行操作，將需要錄人系統(tǒng)的學(xué)生人臉信息全部采集并且放人到數(shù)據(jù)庫里。

③采集完成后將對應(yīng)被采集學(xué)生的臉部特征和存人數(shù)據(jù)庫的學(xué)生信息進行關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)完成后數(shù)據(jù)信息可以通過人臉識別被全部調(diào)用出來，達到識別身份的功能。

④通過上述步驟將所有信息和確認完成，為后期人臉識別做好數(shù)據(jù)源的保存。完成學(xué)生身份識別的功能。

通過上述幾個步驟的可以實現(xiàn)整個的數(shù)據(jù)采集過程，然后對采集好的數(shù)據(jù)進行作為基礎(chǔ)結(jié)合攝像頭對學(xué)生兩部識別，然后將整個的臉部特征進行比對，將所有符合該特征的信息給識別出來，達到對應(yīng)功能。

4教學(xué)環(huán)境下人臉識別技術(shù)研究

4.1系統(tǒng)架構(gòu)

在教學(xué)環(huán)境下，由于教學(xué)系統(tǒng)的特點在于學(xué)生群體的基數(shù)比較大，人口數(shù)量多，因此需要對整個管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行合理的優(yōu)化。由于，人口基數(shù)大，因此按部就班地進行信息比對，會出現(xiàn)整個驗證過程緩慢，無法及時實現(xiàn)信息實時反饋，因此需要一個合理的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)需要信息在核心匯總后然后再將結(jié)果反饋到分散的管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，類似中央管理系統(tǒng)模式，通過這種系統(tǒng)架構(gòu)可以有效地提高。在這樣的系統(tǒng)中可以既是信息采集反饋，并且能快速反應(yīng)出問題所在。

為了能更好地進行識別，并且保證數(shù)據(jù)的可靠安全，首先要有個物理數(shù)據(jù)庫，通過這個數(shù)據(jù)庫將一開始采集過來的信息都采集過來保存起來，能實現(xiàn)信息的準確可靠。

另外，需要一個模板存儲庫。由于識別技術(shù)不是在特定環(huán)境，特定人員配合來實現(xiàn)的，因此需要有一個模板。通過這個模板存儲庫，能有效地提高識別的速度，他能根據(jù)模板進行可靠的數(shù)據(jù)信息比對篩選功能，將計算機中的學(xué)生人臉模板進行分區(qū)域放置，并且保存到群集控制的存儲器中。

為了保存數(shù)據(jù)，因此需要一個群集控制存儲器，該存儲器的功能就是保護節(jié)點的信息正確，維護各個節(jié)點的情況，根據(jù)系統(tǒng)的運行情況來進行調(diào)節(jié)，比如系統(tǒng)在變換初始化階段，就自動分配到其他節(jié)點，在進行信息登錄的時候，可以將最新的模板信息發(fā)給目標節(jié)點，在這個基礎(chǔ)上將相關(guān)匹配工作通過中央控制分散到各個節(jié)點工作，提高整體的效率。計算機節(jié)點就是用來處理整個識別過程中的信息匯總和處理的功能，達到快速匹配的效果。

除此之外，按照群集控制器的相關(guān)要求，可以給新采集到的人臉圖像數(shù)據(jù)提供特征提取和建立模板的服務(wù)。

4.2接口介紹

如果在對兩張學(xué)生人臉圖像數(shù)據(jù)進行相似度計算的時候，可以通過相應(yīng)的1：1圖像匹配接口來實現(xiàn)。具體過程就是上載這兩張圖像的Base64編碼，系統(tǒng)返還相應(yīng)的相似度計算數(shù)值。具體代碼及參數(shù)說明如下：

4.3系統(tǒng)工作過程

在教學(xué)環(huán)境下的學(xué)生群體人臉識別系統(tǒng)的具體工作過程如下所示：

第一步將取樣設(shè)備中采集的信息進行檢測上傳，

第二部將在畫面中被捕捉到人臉進行分析，然后通過預(yù)先設(shè)計好的算法進行解析，并且對整個采集信息的可靠性判斷，將臉部信息全部剝離出來。

第三部把獲得的臉部信息傳送給中央控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)輸入，系統(tǒng)將這些特征信息進行比對，找到在信息庫里面符合跳進啊的信息。

第四步將整個數(shù)據(jù)庫里的人臉部數(shù)據(jù)進行匹配找到對應(yīng)人員的信息，并且回傳到節(jié)點上。

然后提示信息，完成對學(xué)生的識別工作。

在該系統(tǒng)中，人臉識別的匹配方式是按照人臉特征及形狀來進行的。識別系統(tǒng)具有高可靠性，他能夠在特別復(fù)雜的環(huán)境中檢測到人臉信息，并將其與數(shù)據(jù)庫中的信息進行匹配對比，實現(xiàn)學(xué)生群體的身份識別功能。

5小結(jié)

基于教學(xué)環(huán)境下的學(xué)生群體人臉識別技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以辨別、確認學(xué)生身份，更多的是其能夠通過這個工具，提高學(xué)校環(huán)境的安全，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)校的管理效率。高效的作業(yè)給學(xué)校帶來更多的高效管理，因此人臉識別能很好地被應(yīng)用在教學(xué)環(huán)境中，讓科技為教學(xué)服務(wù)。