人臉識別技術在智慧校園中的應用研究

秦銘謙　梁英偉　張聞語

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

關鍵詞：人臉識別技術；智慧校園；身份識別

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

1 人臉識別技術

1.1 概念與特點

人臉識別技術，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，并實現身份確認的技術。目前，人臉識別技術已廣泛應用在公安、交通、金融、超市等行業，并逐步在智慧校園中得到推廣[1]。人臉識別技術具有五大特點：

（1）易采集，人臉識別系統采集數據主要通過外接攝像裝置或其他圖像采集儀器，對設備要求不高；

（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，人臉識別算法準確率已經達到99.15%。因此，人臉識別技術被公認為是信息安全認證的一項重要技術之一。

1.2 人臉識別的流程

人臉識別技術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、基于統計、基于神經網絡、基于深度學習等方法。但隨著算法的開源共享，應用級的人臉識別系統已經具有較高的識別率[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。人臉具有面部結構的穩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據庫中的數據進行比對，當兩者相似度超過閾值則作為結果輸出，從而確定人臉對應的身份。

2 人臉識別技術在智慧校園中的應用

采用人臉識別作為身份識別的關鍵技術，將為“智慧校園”采集大量的真實的校內師生及訪客的身份數據，為下一步的數據融合、服務融合奠定了數據基礎，結合各類管理平臺、應用系統，大數據分析，使校內學生、教職工、訪客在校園內的學習、工作、科研以及生活更加便利，最終實現個性化智能化的應用服務。

2.1 安全防控類應用

（1）考務、比賽等參加人員的身份識別。學校每年組織的各類學科考試、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格。通常，由監考員針對考生的身份證、準考證照片進行人工比對，但因監考員鑒別能力沒有經過專門訓練，辨識力低于公安機關專業人員，辨識效率低，仍存在替考的可能性，若采用人臉識別技術，通過與提前錄入的考生數據進行對比，則可有效的改善上述問題。

（2）智能視頻監控系統。隨著學校規模的逐漸擴大，校園犯罪也逐年增多，但因犯罪的突發性和不確定性，導致學校監管復雜性和難度也在加強，目前校園監控系統的數據庫里每天都產生和存儲著海量的視頻數據，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，可針對校園內已有的視頻監控數據中的人群進行識別，自動預警，為“平安校園”提供智能安防服務。

（3）車輛管理、宿舍管理、門禁管理。由于人臉識別技術是一種主動式采集，不需要任何行為即可采集到人員進出校園、宿舍樓、教室、實訓室、圖書館、體育館等場所時的圖像信息，從而實現師生、訪客進出自動登記；通過引入人臉識別技術對進出宿舍、教室、實訓室的人員統一登記、管理，每次進出相應場所時需要經過人臉識別系統的識別、身份確認以及授權，實現門禁管理的目的。因此，人臉識別技術對智慧校園的智能化感知、便捷化服務具有更好的支持性。

2.2 基礎業務應用

（1）注冊管理類。新生、新員工在報到時，系統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，補充校園基礎數據庫，為其他業務平臺提供強有力的數據支持。

（2）業務辦理類。通過人臉識別系統，可以快速識別用戶身份，因此，當師生利用智慧校園的統一門戶進行登錄時，只需要借助人臉識別系統的采集平臺（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、或者須經本人審核確認的各類業務時，通過二次刷臉授權并通過相關業務。對于其他未納入統一門戶的業務系統，也可以通過人臉識別系統的數據庫進行身份識別驗證，實現無卡登陸。

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

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

2.3 消費支付應用

（1）常規小額支付。師生在校園中的食堂、商店、用水等場所，當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，實現無卡消費，提高支付效率和支付的便捷性。

（2）大額度支付。師生在支付學費、話費、購買大額度物品時，大額消費業務則通過人臉識別以及密碼等其他授權方式進行交叉驗證，防范支付風險。

2.4 個性化服務展望

“智慧校園”是要實現將各種服務融合，通過對不同角色提供授權，進行個性化的信息服務，通過主動記錄智慧環境中的一切信息，并充分利用大數據技術，對海量數據進行存儲、分析、推理判斷、預測。人臉識別技術支持主動記錄，結合智慧校園的融合服務，可以實現一站式服務、行為分析、決策支持服務等更多人性化、個性化的服務。

（1）一站式服務。一站式服務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備，通過微信或者app，直接登錄校園管理平臺辦理相關業務。但是因為微信、app等軟件的默認保持授權登錄功能，導致這些管理平臺存在他人利用終端設備代辦一些個人業務的風險，因此在辦理關鍵業務時，增加實時錄像、拍照功能，通過人臉識別技術進行身份識別，保證一站式服務的正確授權。

（2）大數據分析。根據收集、分析校園、宿舍樓、宿舍、教室、實訓室、圖書館、體育館以及各類業務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據庫，從中可以分析出各大場所的使用頻率、用戶的學習習慣、活動習慣等。

（3）決策支持服務。根據場所不同時間的使用頻率，為用戶提前預警；根據學生的行動軌跡規律，向老師提供學習行為分析及預警；根據教室和實訓室的使用率，借用率，向教務處、專業老師提供實訓室調整預警。

3 人臉識別技術在智慧校園應用中的不足

（1）存在一定的錯誤率。盡管人臉識別對智慧校園的應用有得天獨厚的優勢和廣泛的應用前景，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，因此人臉識別技術在授權性、消費性應用上應增加授權確認等環節。

（2）數據庫容量要求高。人臉識別技術依托于互聯網、大數據、云計算，需要網絡、海量數據及存儲空間的支持，對智慧校園的基礎環境建設有更高的要求，由此產生技術、設備、以及人力成本的增加。

（3）存在泄露和篡改的風險。人臉數據庫泄露，會對用戶造成不可估量的損失。需要利用技術手段，對特征圖像庫數據添加水印，采集的圖像數據加密處理等，同時加強互聯網安全建設，制定并實施相應的風險控制體系和規范、泄露事件發生時的應對策略等。

（4）高科技犯罪風險。隨著人臉識別技術的開源和應用的普及，一些不法分子研制出針對人臉識別技術的偽人臉技術，比如三維形象技術，通過把一張人臉的照片進行特殊處理后，可以實現三維的搖頭、點頭等。除了借助交叉驗證等方式避免這類風險外，更需要進一步攻克在活體檢測上的技術難關[3]。

4 結語

盡管人臉識別技術仍有一些無法克服的缺點，但它所具有的便捷、高效、低成本、高準確性等優勢，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[J].電子世界，2016，（06）：32-33.

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