基于Matlab的人臉識別校園考勤及安全系統(tǒng)

趙振中

摘要：校園安全問題日益嚴(yán)峻，而傳統(tǒng)的出入登記+視頻監(jiān)控+智能IC卡安全系統(tǒng)在可靠性、安全性等方面無法滿足社會需要。人臉識別技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生和外來人員的自動識別，具有圖像采集方式靈活、非接觸式等優(yōu)點(diǎn)，特別是實(shí)時監(jiān)控和提前預(yù)警方面，將成為校園安全中重要一環(huán)。本文對人臉識別技術(shù)基本流程進(jìn)行了梳理，完成了基于Matlab的人臉識別技術(shù)系統(tǒng)整體設(shè)計架構(gòu)以及技術(shù)系統(tǒng)流程圖設(shè)計，為人臉識別校園考勤及安全系統(tǒng)的建立提供幫助。

關(guān)鍵詞：人臉識別、matlab、校園服務(wù)

【中圖分類號】TP315【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】2236-1879（2017）12-0260-02

前言：

校園是青少年和兒童學(xué)習(xí)、生活以及娛樂最為安全的場所，由于人員結(jié)構(gòu)單一、作息規(guī)律等原因發(fā)生突發(fā)性安全事故的幾率較低[1、2]。但是，近年來在學(xué)校周邊發(fā)生的惡性事件幾乎時刻見諸于媒體報端，人們對校園的安全問題產(chǎn)生了極大的憂慮，從另一個角度反映了目前學(xué)校傳統(tǒng)的出入登記+視頻監(jiān)控+智能IC卡安全系統(tǒng)存在很大的安全漏洞[3]，特別是實(shí)時監(jiān)控和提前預(yù)警方面。人臉識別技術(shù)采用快速人臉檢測技術(shù)可以從監(jiān)控視頻圖象中實(shí)時查找人臉，并與人臉數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時比對，從而實(shí)現(xiàn)快速身份識別[4、5]。人臉識別技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一種遠(yuǎn)距離、用戶非配合狀態(tài)下的快速身份識別技術(shù)，以求遠(yuǎn)距離快速確認(rèn)人員身份，實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警以及學(xué)生考勤[6、7]。人臉識別校園考勤及安全系統(tǒng)主要任務(wù)包括：1）對學(xué)生入校情況進(jìn)行考勤并自動與學(xué)生家長進(jìn)行信息溝通；2）對入校外來人員進(jìn)行識別；3）在考試過程中進(jìn)行人員身份核實(shí)，避免替考行為；4）學(xué)生宿舍出入人員的管理。

1人臉識別技術(shù)發(fā)展

人臉識別系統(tǒng)簡單的理解是從監(jiān)控視頻圖象中實(shí)時查找人臉，將人臉信息特征提取后與已有人臉數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時比對，從而實(shí)現(xiàn)快速身份識別。相比于其他的生物識別技術(shù)如指紋和虹膜等，人臉識別的優(yōu)點(diǎn)在于圖像采集方式靈活，無需專用設(shè)備，常用的手機(jī)、相機(jī)、攝像頭等都可完成采集。其次，人臉識別可以實(shí)現(xiàn)同時大群體的快速身份識別，而且數(shù)據(jù)采集過程非接觸式的。

但是在實(shí)際的操作中該技術(shù)的準(zhǔn)確率有待提高，其中重要的原因是盡管人臉有采集方便、不變性和不會被盜取的優(yōu)點(diǎn)，但面部表情、化妝、光線、拍照角度以及裝飾等因素都會影響人臉信息特征的采集，從而降低識別的準(zhǔn)確率。目前，人臉識別系統(tǒng)主要由四部分組成，即原始圖像的采集和檢測、人臉的預(yù)處理、特征的提取、匹配分類。

（1）原始圖像的采集和檢測。主要過程是從圖片中確定是否有人臉，并將其人臉圖像從圖像中提取出來。由于人臉的可變性非常高，所以光線、人的表情、頭部和頭部的遮擋物、頭的姿態(tài)、年齡、設(shè)備噪音等對其有很大的影響，所以人臉檢測與定位是個一個非常復(fù)雜的技術(shù)。

（2）人臉的預(yù)處理。主要是對人臉圖像在識別前進(jìn)行各方面的處理來增強(qiáng)人臉特征。主要的預(yù)處理方法有灰度變換、直方圖修正、圖像的銳化與平滑以及圖像的幾何校正等。

（3）特征的提取。主要是提取可以表示人臉信息的關(guān)鍵特征。關(guān)鍵特征要能夠表示出一張唯一的人臉，人臉表示方法有人臉的幾何特征、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人臉的特征臉、人臉模板匹配等表示方法。

（4）匹配分類。人臉識別校園考勤及安全系統(tǒng)應(yīng)用的前提是事先采集所有學(xué)生的面部信息并建立檔案。主要是比較待識別的人臉與預(yù)存數(shù)據(jù)庫中的人臉在特征臉空間的距離，找出距離最小的人臉圖像，然后輸出達(dá)到身份驗(yàn)證的作用。

2基于Matlab的人臉識別技術(shù)

matlab不僅僅可用于科學(xué)計算，數(shù)據(jù)處理可視化的功能，它作為三大數(shù)學(xué)軟件之一，還有圖像模式識別強(qiáng)大功能。各國科研人員對基于matlab的人臉識別系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行研究，基于Matlab的人臉識別技術(shù)系統(tǒng)整體設(shè)計架構(gòu)如圖1所示，其基本基本流程是：1）對人臉識別系統(tǒng)的構(gòu)成做詳細(xì)論述；2）對人臉識別過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)人臉檢測、特征提取和圖像預(yù)處理做詳細(xì)介紹；3）matlab軟件在人臉識別系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，即人臉圖像識別的具體技術(shù)，并用matlab進(jìn)行試驗(yàn)并得到結(jié)果；4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果大多都是用訓(xùn)練集進(jìn)行測試，最終對matlab識別率可以進(jìn)行統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過多次驗(yàn)證，得出判定閾值。本系統(tǒng)共分為3個模塊，分別為：獲取人臉I(yè)D信息模塊，人臉匹配（即特征提取與圖像處理模塊），校園安全與校園考勤模塊。

基于Matlab的人臉識別技術(shù)系統(tǒng)流程如圖2所示，為獲取每個學(xué)生的人臉I(yè)D信息，需要學(xué)生自己拍照后上傳給電腦，若圖片無效則系統(tǒng)提示“tryagain”，錄入成功則系統(tǒng)緩存圖片。直接獲取的圖片是“.jpg”格式需要先轉(zhuǎn)換為“.bmp”格式圖片。再運(yùn)用PCA算法與數(shù)據(jù)區(qū)中人臉進(jìn)行匹配。等到人流高峰期過后再發(fā)送短信給家長；獲取遲到同學(xué)信息，讓考勤同學(xué)記錄遲到同學(xué)名字與班級。

3人臉識別校園考勤及安全系統(tǒng)發(fā)展主要問題

（1）人臉識別需要大量的學(xué)生數(shù)據(jù)收集工作，而且學(xué)校每年新生入學(xué)面臨大量的數(shù)據(jù)收集工作；對于外來人員，如果未進(jìn)行過數(shù)據(jù)采集則無法比對。

（2）出現(xiàn)無法識別以及識別錯誤情況下的補(bǔ)救措施。

（3）多人像識別技術(shù)。校園在上學(xué)和放學(xué)期間為人員流動高峰期，單人人臉識別會導(dǎo)致?lián)矶碌惹闆r發(fā)生，因此多人像快速人臉識別系統(tǒng)有待發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]安大海，蔣硯軍.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉識別系統(tǒng)[J].軟件，2015，36（12）：76-79.

[2]劉向東.基于PCA算法人臉識別的MATLAB實(shí)現(xiàn)[J/OL].電腦知識與技術(shù)，2016，12（12）：193-194.

[3]劉建明，王亮.人臉識別系統(tǒng)的算法研究與仿真實(shí)驗(yàn)[J].許昌學(xué)院學(xué)報，2015，34（02）：70-74.

[4]劉凡.人臉識別中基于圖像局部結(jié)構(gòu)的特征提取與分類研究[D].南京理工大學(xué)，2015.

[5]王國棟.基于MATLAB的人臉識別算法的研究[D].內(nèi)蒙古大學(xué)，2014.

[6]王敏，段黎明，朱國濤，李文輝.基于MATLAB7.0的人臉識別仿真系統(tǒng)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9（20）：6224-6226+6242.

[7]黃非非.基于LBP的人臉識別研究[D].重慶大學(xué)，2009.