考工動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

吳健 陳豪

摘要：在分析了高校在技能考工場(chǎng)景下出現(xiàn)的人員入場(chǎng)簽到、驗(yàn)證信息、身份識(shí)別、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控和離場(chǎng)登記等存在的問(wèn)題基礎(chǔ)上，介紹了適用于實(shí)訓(xùn)室考工監(jiān)考安全相關(guān)的管理辦法研究。運(yùn)用人臉檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)，通過(guò)EmguCV對(duì)監(jiān)控視頻來(lái)完成動(dòng)態(tài)人臉檢測(cè)與捕捉，調(diào)用百度人臉識(shí)別接口，研究開(kāi)發(fā)適用于安全級(jí)別較高的實(shí)訓(xùn)考工場(chǎng)所的人臉檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，用以提升教師監(jiān)考實(shí)操類考試的管理效率。

關(guān)鍵詞：考工;人臉檢測(cè);人臉識(shí)別;智能監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）33-0179-02

1背景

考工是高職院校對(duì)實(shí)訓(xùn)學(xué)生進(jìn)行技能工種認(rèn)證能力的專業(yè)化考試，同時(shí)也是企業(yè)進(jìn)行技能型人才選拔的重要參考依據(jù)，無(wú)論對(duì)于高校還是社會(huì)都具有不可估量的作用。考工過(guò)程強(qiáng)調(diào)技能操作，由專家考核打分，為了保障考工期間各項(xiàng)流程都公平公正，防止考工內(nèi)容和監(jiān)考考官等保密信息的泄露。在考工開(kāi)考前，入場(chǎng)人員的身份信息需要進(jìn)行驗(yàn)證識(shí)別川。考工期間，考生在進(jìn)行緊張的操作過(guò)程中，進(jìn)出人員的身份也需要驗(yàn)證識(shí)別。考官在評(píng)分和監(jiān)考的過(guò)程中很難記住全部人員的相貌，稍有不當(dāng)就會(huì)暴露出替考或作弊等問(wèn)題。

2015年8月第十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十六次會(huì)議通過(guò)了《刑法（修正案九）》，將考試作弊納入刑法調(diào)整范圍，關(guān)于替考、作弊等違反考試公平公正的行為納入刑法。考工作為可獲取技能認(rèn)證證書(shū)的考試，在整個(gè)過(guò)程中需要考生信息收集、考場(chǎng)簽到、身份驗(yàn)證、實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)作行為記錄等一系列實(shí)際應(yīng)用。現(xiàn)階段，大部分高職院校還處于考官作為整個(gè)監(jiān)考過(guò)程的負(fù)責(zé)人，要同時(shí)值守多項(xiàng)工作，耗費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間和精力。僅僅使用人工進(jìn)行所有任務(wù)，存在重大的不可靠因素，特別是長(zhǎng)時(shí)間疲勞造成的注意力不集中。

為了解決這一問(wèn)題，將考官?gòu)姆彪s的監(jiān)考流程中解脫出來(lái)，把工作重心轉(zhuǎn)移到考核評(píng)估考生的技能水平上來(lái)，急需開(kāi)發(fā)一款在實(shí)訓(xùn)室場(chǎng)地中能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)身份驗(yàn)證和識(shí)別的考工系統(tǒng)。

2人臉檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)

人臉檢測(cè)（Pace Detection）是指在圖像中檢測(cè)人臉是否存在，如果存在則標(biāo)記人臉的位置，是人臉識(shí)別的一個(gè)預(yù)處理過(guò)程。人臉識(shí)別（Pace Recognition）是一種非接觸性技術(shù)，具有可視化、符合人的思維習(xí)慣的特點(diǎn)，得以在商業(yè)、安全等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。該研究起步于二十世紀(jì)，2012年以來(lái)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network）在圖像分類中的成功使人們意識(shí)到人臉識(shí)別也可以由深度學(xué)習(xí)解決，很大程度上刺激了深度學(xué)習(xí)在人臉識(shí)別中應(yīng)用的發(fā)展，開(kāi)啟了深度學(xué)習(xí)的時(shí)代。

3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

高職院校職業(yè)學(xué)生通過(guò)技能考工這一途徑獲得證書(shū)，同時(shí)行業(yè)選拔技能人才需要借鑒，無(wú)論對(duì)于考生還是學(xué)校都具有舉足輕重的意義。為了保障考工公平公正，防止保密信息的泄漏和預(yù)期之外的事件發(fā)生，在職業(yè)技能考工期間，只能允許指定人員進(jìn)入工作場(chǎng)地。在工作場(chǎng)地，即實(shí)訓(xùn)室人口，進(jìn)行身份驗(yàn)證。如果采用人工檢查，很難記住所有符合入場(chǎng)資格人員的相貌，在有多人同時(shí)進(jìn)入場(chǎng)地時(shí)，會(huì)有認(rèn)錯(cuò)人的情況發(fā)生。在考工系統(tǒng)內(nèi)也同時(shí)需要記錄考生身份和整個(gè)考工過(guò)程的視頻錄像等細(xì)節(jié)。

該系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容為實(shí)訓(xùn)室考工環(huán)境下，如何開(kāi)發(fā)一套安全可靠的人臉識(shí)別系統(tǒng)來(lái)區(qū)分考官、監(jiān)考、考務(wù)和考生等不同身份人員。在考工的整個(gè)過(guò)程中，開(kāi)考前的人員身份驗(yàn)證，考試中的考生實(shí)施智能監(jiān)控，出入考場(chǎng)人員的監(jiān)督識(shí)別，證書(shū)證件照的識(shí)別和選取。考試結(jié)束后的人員離場(chǎng)身份識(shí)別等。整個(gè)識(shí)別記錄過(guò)程最后生成考工考情報(bào)告，記錄考生在考工工作中的身份信息和實(shí)時(shí)人臉動(dòng)態(tài)。

從考務(wù)人員布置考場(chǎng)、考官和考生進(jìn)入考場(chǎng)使用設(shè)備、考官對(duì)考生的技能步驟評(píng)判打分到最終的考生成績(jī)審核追溯等，考生身份信息確認(rèn)、考生和考官的誠(chéng)信監(jiān)督以及后續(xù)證書(shū)證件照的提取和成績(jī)統(tǒng)計(jì)等提供保障服務(wù)，減輕監(jiān)考人員的工作負(fù)擔(dān)。

通過(guò)完成視頻人臉檢測(cè)與捕捉，調(diào)用識(shí)別精準(zhǔn)度較高的百度人臉識(shí)別接口，開(kāi)發(fā)適用于安全級(jí)別較高的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所的人臉檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)控視頻中的動(dòng)態(tài)人臉圖像進(jìn)行捕捉、檢測(cè)與識(shí)別，最終分析記錄數(shù)據(jù)上傳到相關(guān)終端，并且及時(shí)顯示反饋給用戶。基于Emgu CV的動(dòng)態(tài)人臉檢測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)的研究目標(biāo)是開(kāi)發(fā)應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)室場(chǎng)景，配合監(jiān)控系統(tǒng)完成人臉檢測(cè)與識(shí)別工作。同時(shí)，為后續(xù)開(kāi)發(fā)人臉識(shí)別考勤系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)等做好鋪墊。

考工整個(gè)過(guò)程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)人臉監(jiān)控和識(shí)別的記錄，為考生的身份信息確認(rèn)、考工的全程記錄、考生和考官的誠(chéng)信監(jiān)督以及后續(xù)證書(shū)證件照的提取和成績(jī)統(tǒng)計(jì)等提供保障。

4系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要用于實(shí)訓(xùn)室考工時(shí)學(xué)生的考工計(jì)劃制定、考勤簽到、考生信息核對(duì)、人臉檢測(cè)與識(shí)別、證件照片的拍攝、考場(chǎng)的監(jiān)控和認(rèn)證材料的保存。解決了技能認(rèn)證老師的一系列監(jiān)考中存在的問(wèn)題。該軟件的功能模塊大致分為：考工計(jì)劃、考生信息、考工監(jiān)控、人臉識(shí)別和那個(gè)及用戶模塊等。系統(tǒng)解決了長(zhǎng)期困擾負(fù)責(zé)學(xué)校該工作的老師對(duì)于考場(chǎng)中職業(yè)技能認(rèn)證考生的科學(xué)統(tǒng)一規(guī)范管理，提高了技能認(rèn)證的自動(dòng)化管理的效率，為考生現(xiàn)場(chǎng)管理工作帶來(lái)了便利，具有一定的實(shí)用價(jià)值。現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各模塊功能做一全面說(shuō)明：

系統(tǒng)登錄主要用于對(duì)使用該軟件的注冊(cè)用戶進(jìn)行安全檢查，以防止非法用戶進(jìn)入系統(tǒng)后對(duì)技能認(rèn)證考生的個(gè)人信息竊取和修改各項(xiàng)數(shù)據(jù)內(nèi)容，特別是考生場(chǎng)次安排和成績(jī)的數(shù)據(jù)。只有合法的用戶才可以進(jìn)入系統(tǒng)，根據(jù)不同的用戶權(quán)限，系統(tǒng)登錄后展示不同的主功能界面。

用戶輸入授權(quán)的用戶名和密碼，成功通過(guò)登錄系統(tǒng)驗(yàn)證后進(jìn)入主窗體，可以調(diào)用系統(tǒng)相關(guān)的各個(gè)子模塊。系統(tǒng)包含5大功能模塊：考工計(jì)劃、考生信息、考工監(jiān)控、人臉識(shí)別和系統(tǒng)及用戶。每一個(gè)功能模塊下還包含數(shù)個(gè)子模塊，完成考工動(dòng)態(tài)人臉認(rèn)證工作的相關(guān)任務(wù)模塊。

考工計(jì)劃模塊包含創(chuàng)建計(jì)劃、修改計(jì)劃、保存變更和退出計(jì)劃四個(gè)子功能。其中創(chuàng)建計(jì)劃主要用于制定職業(yè)技能認(rèn)證的考工計(jì)劃的創(chuàng)建，保存創(chuàng)建考工的時(shí)間、地點(diǎn)、班級(jí)、考工工種、等級(jí)、人數(shù)和場(chǎng)次等信息。修改計(jì)劃主要用于對(duì)已經(jīng)制定的計(jì)劃進(jìn)行內(nèi)容的修改，對(duì)未完成正在進(jìn)行中的計(jì)劃可以更改或者刪除等操作。保存變更對(duì)修改后的計(jì)劃進(jìn)行保存，退出計(jì)劃即退出當(dāng)前操作的考工計(jì)劃。

考生信息模塊主要包括考勤簽到、考勤統(tǒng)計(jì)、考場(chǎng)安排和信息修改四個(gè)子模塊，主要用于學(xué)生的信息檔案的增加、刪除、修改和查詢操作，考場(chǎng)的信息統(tǒng)計(jì)核對(duì)，通過(guò)該模塊修改和更新由于人員變動(dòng)后的數(shù)據(jù)更新等，提高考場(chǎng)動(dòng)態(tài)管理考生的檔案信息。

考工監(jiān)控管理模塊包含實(shí)時(shí)監(jiān)控、考生拍照、考場(chǎng)截屏和保存視頻四個(gè)子功能模塊。其中實(shí)時(shí)監(jiān)控是監(jiān)控考工的整個(gè)簽到、入座、考試和結(jié)束流程，考生拍照是作為個(gè)人信息存人系統(tǒng)為后期人臉識(shí)別和證件照的選取做準(zhǔn)備，考場(chǎng)截屏是在考試過(guò)程中定時(shí)和人工對(duì)考場(chǎng)情況做記錄，最后對(duì)視頻進(jìn)行相應(yīng)的保存?zhèn)浞莸炔僮鳌?/p>

人臉識(shí)別模塊包含人臉檢測(cè)和人臉識(shí)別兩個(gè)子功能模塊。其中人臉檢測(cè)是對(duì)監(jiān)控視頻中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)人臉進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)相應(yīng)的人臉比對(duì)庫(kù)用矩形框?qū)⑷四樋蜻x出來(lái)，攝像頭截屏選取人臉保存，人臉識(shí)別是將監(jiān)控視頻中的人臉與已經(jīng)錄入的考生人臉庫(kù)進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別出考生的姓名班級(jí)等信息反饋給用戶。

各功能模塊有機(jī)協(xié)調(diào)配合完成考工過(guò)程中的一系列棘手的問(wèn)題，減輕了煩瑣的校對(duì)審核和監(jiān)考考務(wù)環(huán)節(jié)。

5結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)基于圖像處理庫(kù)Emgu CV，并在C#.NE了開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。作為一個(gè)開(kāi)源視覺(jué)庫(kù)，里面包含的圖像處理的經(jīng)典算法比較全面，并且采用C#和少量的C竹編寫，圖像處理運(yùn)行效率很高。

為了解決視頻中人臉動(dòng)態(tài)捕捉，選用該開(kāi)源框架可以精準(zhǔn)地進(jìn)行人臉抓取工作。在人臉識(shí)別功能模塊中，調(diào)用了百度人臉識(shí)別的API接口，該接口比較完善，人臉識(shí)別精準(zhǔn)度高，可以很好地做到人臉識(shí)別。通過(guò)實(shí)例的研究，開(kāi)發(fā)出適用于實(shí)訓(xùn)室考工的動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別系統(tǒng)，大幅提升實(shí)訓(xùn)室考工工作的效率、自動(dòng)化和準(zhǔn)確性。