人臉識別技術在教學環(huán)境中的應用研究

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)學生人數(shù)呈爆炸式增長，學生人數(shù)的激增給學校的管理工作帶來了新的挑戰(zhàn)。以高校教育教學環(huán)境為背景，由于學生群體基數(shù)的胖大，因此引進識別技術不僅能識別學生的身份，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環(huán)境為背景，對學生群體人臉識別相關技術進行了重點研究分析，為人臉識別技術在教育教學中的應用做好鋪墊，然后再上升一個臺階，提高整個學校的管理效率。

關鍵詞：教學環(huán)境;學生群體;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。人臉識別的本質(zhì)就是通過預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。既是人臉識別技術。人臉識別技術是一項比較先進的技術，他的主要技術分為三大板塊來分析，面部檢測，面部追蹤技術以及數(shù)據(jù)庫保存信息比對，最后實現(xiàn)識別的功能。在這三個技術板塊中最重要的要算是這個面部檢測技術，該技術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能將識別到的臉部數(shù)據(jù)來進行追蹤反復比對查詢的功能。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。

人臉識別技術在廣義上可以定義為生物特征識別技術，他的本質(zhì)是通過生物上的臉部特征來實現(xiàn)的技術。當然目前技術上有很多類似的生物特征技術，其中包括有常用的聲音辨別技術，指紋識別技術等。當然臉部識別技術相對于這些其他的生物識別技術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，通過預先保存的信息作為基準來進行設計，通過該類設計能有效地實現(xiàn)信息比對功能，但是面部識別技術相對于其他識別技術又有很大的優(yōu)勢在里面。例如其他生物識別技術都需要特定環(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。因此該技術是一種非常高效的識別技術，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，人臉識別技術得到了更加廣闊的發(fā)展以及應用。

由于學校里面人員很多，學生數(shù)量龐大，而且為了更好地節(jié)省學生時間，將時間都用到教育上去，因此人臉識別技術是非常符合學校對學生群體進行身份識別的一種重要工具。人臉識別技術的優(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)給學校帶來更多的高效效益，比如管理效率，教學以及對大群體的保護功能。人臉識別技術優(yōu)勢很多，下面將對這個技術進行深入的展開介紹。

2人臉識別技術的特征

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

臉部識別技術只需要一個信息采集的攝像頭，一個主機服務器進行數(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來實現(xiàn)，當前信息設備的發(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，不存在設備瓶頸這些問題。臉部識別的技術能通過各類開發(fā)來適應不同的使用場合，達到生物識別技術的功能。

臉部識別技術還能配合其他進行處理，實現(xiàn)安全防護等功能。

基于人臉識別技術的身份識別系統(tǒng)使用面向?qū)ο笳Z言開發(fā)設計，以領域模型分析為基礎，使用面向?qū)ο蠓治雠c設計，在功能設計上做到靈活設計，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是非常有意義的，而且非常可靠的，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，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)在復雜情況下對所需檢物的檢測。在教學環(huán)境中，通過對整個的學生群體進行采集，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，學生需要排隊和花費大量的時間在等待中，臉部識別技術能有效解決這種問題，因此為其之后的發(fā)展奠定了基礎。

這種在教學環(huán)境下使用的臉部技術還需要不同點，因此該技術自帶的開放性優(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計和采集的更改。目前大部分使用在教學環(huán)境下的識別技術有兩個主要成分構成：其中對所有學生的大數(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

在整個教學環(huán)境中的臉部識別系統(tǒng)需要將整個學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生作為新生剛進入學校的時候，一個初始進入校園的時候。這個時候?qū)W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通過服務器建立一個數(shù)據(jù)庫，將所有對應信息都保存到數(shù)據(jù)庫里面去。首先學校通過有效的組織新生來進行信息的錄入，包括學生的臉部資料和身份信息等相關資料。

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，又能被學校設備使用。

②對學生臉部信息的采集，還需要相對應的設備來進行工作，同時通過對應設備已經(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采集完成后將對應被采集學生的臉部特征和存人數(shù)據(jù)庫的學生信息進行關聯(lián)，關聯(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)進行作為基礎結合攝像頭對學生兩部識別，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，達到對應功能。

4教學環(huán)境下人臉識別技術研究

4.1系統(tǒng)架構

在教學環(huán)境下，由于教學系統(tǒng)的特點在于學生群體的基數(shù)比較大，人口數(shù)量多，因此需要對整個管理系統(tǒng)的結構進行合理的優(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)框架結構來實現(xiàn)，該結構需要信息在核心匯總后然后再將結果反饋到分散的管理系統(tǒng)結構，類似中央管理系統(tǒng)模式，通過這種系統(tǒng)架構可以有效地提高。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，在這個基礎上將相關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。

4.2接口介紹

如果在對兩張學生人臉圖像數(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

在教學環(huán)境下的學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，然后通過預先設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)進行匹配找到對應人員的信息，并且回傳到節(jié)點上。

然后提示信息，完成對學生的識別工作。

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)學生群體的身份識別功能。

5小結

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