關于人臉識別技術與其應用于智慧校園的思考

李迎 甘霖

摘要：隨著人臉識別技術的發展，其在安保系統、交通運輸、電子商務、金融行業、刑偵查案等領域有著廣泛應用。作為身份識別的關鍵技術手段，未來智能面部識別系統定會應用于更多領域。“刷臉”已滲透到大眾生活的方方面面，智能人臉識別系統應用于校園管理系統將打破師生工作生活某些環節的慣有模式，將帶給我們更良好的體驗。

關鍵詞：人臉識別；智慧校園；平安校園

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）04-0169-02

Abstract： Face recognition technology has been widely applied in security system， transportation system， electronic commerce， financial industry， criminal investigation system and other fields along with its development. As the key technology of identification， the intelligent face recognition system will extend to more fields in the future. ‘Face swiping has penetrated into every aspect of our lives. Intelligent face recognition system applies to campus management system will break some aspects of working and living that teachers and students were used to， and will bring us a better experience.

Key words： Face recognition； Smart campus； Safe campus

1 引言

人臉識別是計算機視覺研究中的主要方向，其中包括人臉檢測識別、人臉驗證等，人臉識別是將待識別的圖像與數據庫中已存儲的圖像進行匹配驗證的過程，從而進行身份的識別和認定。目前人臉識別已在安保系統、交通運輸、電子商務、金融行業、刑偵查案等領域廣泛應用。“刷臉”已滲透到大眾生活的方方面面，人臉識別系統應用于校園管理系統將打破師生工作生活某些環節的慣有模式，將帶給我們更良好的體驗。

2 人臉識別技術

2.1 概述

人臉識別，又稱為人像識別，通常是借助于攝像設備進行人的面部圖像采集或者直接分析含有人臉圖像（或視頻流）的數據信息，利用計算機人臉識別算法進行圖像檢測和追蹤的一種生物識別技術。人臉識別的核心技術在于識別算法，另外識別準確度以及識別效率作為衡量該算法的一般指標[1]。

人臉識別需要有人臉檢測和人臉識別兩部分。人臉檢測是對于輸入的有效數據，通過相應的算法以確定是否含有人臉，檢測到人臉后根據一定的生物學規律等方法對人臉進行取證，所得的人臉特征和計算機中儲備的人臉特征進行比對，最終得出人臉識別的結果[2]。最核心的就是關于采集圖像的人臉特征提取，但預處理也是必不可少的步驟，為特征提取的過程提供服務。如圖1所示。

2.2 算法

人臉識別技術是一門交叉學科，是數學統計、生物技術等多門學科技術不斷融合的一個過程，從開始單純的數學統計和模型處理，到后面基于機器學習的神經網絡，再到深度學習，人臉識別技術的每一次進步都有鮮明的階段性特點。

人臉識別系統的關鍵在于核心算法，有效提升識別率和識別速度才能具有更強的實用性。1）幾何特征法：以面部特征點之間的距離和比率作為特征，通過最鄰近方法來識別人臉。2）模版匹配法：是一種基于整體的或概率統計方法。用一張完整的人臉來說，馬爾可夫的狀態包括前額、眉毛、眼睛、鼻子、嘴和下巴，這些狀態以相同的順序從上到下出現，表現為隱馬爾可夫模型的特性狀態。3）神經網絡法：神經網絡在人臉識別上的優勢就是在于可以通過機器學習，獲得對于人臉圖像規則隱形的一種表達。機器學習的最重要特點就是要用很多張人臉圖像進行模型訓練，在訓練的過程中往往會對模型中的參數進行人為調整。簡單說就是將圖像信息轉化成結構化數據（計算機可以識別的字符串），從而達到識別人臉的目的。（4）基于深度學習法：是一種復雜的神經網絡學習[3]。可以理解為人工智能自己開發有效的辨別策略去解決人臉識別。

3 人臉識別技術應用于智慧校園的思考

目前有些高校已逐步推進人臉識別在校園中的應用，例如浙江大學食堂開通了“刷臉支付”的功能，操作流程簡單，首先在人臉識別注冊機，刷臉綁定校園卡，就可以在餐廳，刷臉、取盤、取餐、就餐，全程無感支付，并且可以使用微信小程序，獲取實時就餐數據。武漢大學在園區門口安置了人臉識別閘機，賞櫻季受益良多。中山大學校園出入口門禁系統將引入智能人臉識別閘機，實行對全校教職工/學生、外來人員/預約訪客、VIP人員區分通過和管理，提升校園內部的安保級別，打造智慧校園平安建設。

在校園管理中對于教師和學生的管理尤為重要，應該杜絕代課，代簽到，代考試等情況的發生。人臉識別系統對于保證教學質量、降低師生及監護人的糾紛、教學事故等的發生具有積極作用。

3.1 一卡通系統

目前已有的一卡通系統可升級為“一臉通”，學生可“刷臉”出入校園、宿舍、教室、考場、圖書館等場景，可以進行食堂、校園商店等場景“刷臉”支付便捷安全。

3.2 門禁系統、考勤系統、考試系統

目前的通用門禁系統主要有ID身份信息卡識別、指紋生物特征識別，主要是對授權用戶的訪問以及非授權用戶禁止訪問的一整套信息系統。人臉識別門禁基于先進的人臉識別技術，可獨立使用也可以結合目前已有的成熟門禁系統聯合使用，實用性更高，更安全可靠。傳統的刷卡無法確定“誰在真正的使用它”，而人臉識別是無法替代的。多種驗證方式結合驗證，更安全。

人臉考勤、考試系統可以分為直接刷臉和人證比對兩種。直接刷臉的識別策略是1：N，人證識別策略是需要對人員的證件找到人員系統中的存檔和當前人臉1：1比對。效率、準確率都會更高。

3.3 校園、宿舍安全管理系統

大多高校是開放型園區，進出師生及社會人員眾多。特殊時期會出現外來人員驟增的情況，對校園形成了巨大的安全、環境管理壓力，刷臉入園存檔有利于校方對人員的把控，便于校園安全管理。

宿管安全系統，通過人臉識別在宿舍考勤時間內，自動識別記錄學生歸寢考勤信息，生成考勤報表。無須學生排隊刷卡和設備操作，既節約了時間又避免了代打卡的行為。同時這些考勤報表能夠便于學校和宿管老師、輔導員實時了解學生住宿信息。預防外來人員和可疑人員進出學生寢室，確保學生及學生財務的安全。

4 人臉識別的優點、缺點及發展前景

4.1 優點

首先在采集過程中用戶不需要和設備直接接觸，利用人臉主動捕捉技術，識別用戶信息。與指紋、基因等其他人體生物特征識別系統相比，人臉識別更加友好、方便、自然，更容易被普通人接受，結果直觀，能夠不打擾正常生活情況下解決問題，同時對表情、姿態等分析可獲得更多的有用信息。其次在實際應用場景下可以進行多個人臉的分揀、判斷及識別。最后，刷臉識別、支付等，用戶不必通過人工識別，直接通過人臉識別即可完成身份認證，效率和準確度也是相對可靠的。

4.2 缺點

許多因素會影響圖像數據的采集和提取結果，從而影響識別的準確性。首先采集信息環境要求高，外界的環境、設備、光線和光照強度等因素要求較高。其次人臉有相似性，且有易變性。人會做出各種表情的變化，人臉角度的變化等，其中還有雙胞胎面容的高度相似、飾品，裝扮、胡須之類遮擋了人臉的局部區域會導致無法獲取全部信息給人臉識別技術增加了難度。

建立人臉識別系統，要想形成一定規模，其中對視頻采集設備要求較高，高清攝像頭要想覆蓋全面是筆不小的費用支出。并且要求做規劃的時候更要從全局考慮，重點管理區域和公共場所拍攝監控信息要進行實時性傳送和處理，因為對速度有要求所以設備成本也會較高。

5 結束語

綜上所述，人臉識別技術從實驗走向社會，進入實用化階段。人臉識別在門禁系統、網絡身份識別、攝影攝像領域都有著極其廣泛的應用，隨著人臉識別技術的不斷成熟，其識別的可靠性和準確率會進一步得到提升，目前人臉識別已經進入生活，雖然人臉面部識別的研究非常復雜，但是作為身份識別的關鍵技術手段，未來智能面部識別系統定會應用于更多領域。

參考文獻：

[1] 趙榮剛，賀慶民.計算機人臉識別技術的應用[J].電子技術與軟件工程，2018（4）.

[2] 人臉識別.https：//baike.baidu.com/item/%E4%BA%BA%E8%84%B8%E8%AF%86%E5%88%AB.

[3] 盧宏濤，張秦川.深度卷積神經網絡在計算機視覺中的應用研究綜述*[J].數據采集與處理，2016（1）.

【通聯編輯：王力】