基于人臉識別的智能教室系統

甘魯斌 吳重慶

摘要：相比傳統的課堂代課老師自己點名，觀察學生上課狀態的煩瑣情況，基于人臉識別的智能教室系統的智能化程度相對較高，在人臉檢測、識別的基礎上，對比數據庫中錄入的信息，自行完成學生簽到情況和上課狀態監測情況。智能教室系統是教育行業未來研究發展的必然方向，本篇文章對人臉識別和智能教室系統的基本原理進行研究，以提供相關人士進行借鑒。

關鍵詞：人臉識別;智能教室系統

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）23-0203-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

目前大多數學校依舊采用的是代課老師人工點名的舊方法，人工點名也是代課老師督促學生學習的一種手段，但同時也是浪費大家時間的一種行為，班級的巨大人口數以致代課老師點名拖延課堂進度，且使學生有了反感。課堂上學生聽課狀態由于人數眾多，代課老師也無法快速準確的了解到每一位學生的狀態，無法了解到自身課堂的效率，智能教室系統可以自主對學生臉部進行識別，分析其有沒有上課玩手機、上課睡覺、上課聊天等違規操作，并將結果反饋給代課老師，代課老師在做出相應的調整。因此，必要的基于人臉識別的智能教室系統便被人們所研究。

1人臉識別和智能教室系統

1.1人臉識別

1.1.1人臉檢測

人臉識別指的是從不同的角度通過高清攝像頭對人臉進行拍照定位確定其位置，但是人臉檢測會受到光照、頭部的傾斜度和遮擋物等影響。

1.1.2人臉表征

人臉表征是對進行人臉檢測后的目標和數據庫里面已經存儲的人臉，通過幾何特征（曲率、角度等）、固定特征模板、特征臉等，對其進行描述。

1.1.3人臉識別

人臉識別的主要功能，將需要識別的人臉識別出來，和數據庫中的已有人臉比較，分析數據庫之中的信息，得出所進行識別的人臉的個人信息。

1.1.4表情分析

對進行人臉識別的人臉進行表情分析，分析其表情狀態，然后進行分類研究。

1.1.5物理分類

物理分類指的是對進行人臉識別的人臉進行臉部物理特征的分類，通過人臉檢測、識別，研究出其年齡、性別、種族等相關信息，然后進行識別和資料存儲。

1.2人臉識別的意義

隨著高科技的發展，人臉識別漸漸的顯現在了人們的眼球之中，支付寶的人臉識別支付更是引起了新一代的熱潮。人臉識別的興起一方面是因為人臉識別比較便捷，能夠迅速準確地將個人相關信息認知完畢，包括支付、認證等都可以迅捷的解決;另一方面則是傳統的密碼經常會出現一些包括密碼忘記、密碼被黑客修改等一系列問題，為此還可能泄露私人信息甚至丟失財產等，人們的安全逐漸得不到保障。

雖然目前人臉識別技術依舊沒有達到沒有缺點的地步，但也已經相對高端、相對有保障性了，人臉識別根據人們的臉部特征，分斷個人信息，因為技術的發達，很少甚至不會出現人臉識別認錯人的情況。當人臉識別普遍了以后，人們則不需要隨身攜帶手機、現金等，刷臉支付，教室老師也不用每節課點名，智能教室系統的人臉識別技術會對學生自行進行簽到，并觀察記錄學生的學習情況等。

1.3智能教室系統

基于人臉識別的智能教室系統會在學校班級中起到幫助老師點名、監控學生狀態等的作用，隨著AI技術的越來越成熟，智能家居的出現，智能教室系統也必然會慢慢應用到各個學校之中，其通過人臉識別技術對上課的所有學生進行自我簽到，并對沒有上課的同學進行記錄，然后由老師去了解學生沒有來上課的原因。在上課期間，智能教室系統也會對所有班同學進行學習狀態了解，對搗亂睡覺的學生同樣進行記錄，老師在做出相應的懲罰。這樣，有了智能教室系統以后就可以在不影響課堂效率的情況下督促學生，提高其積極性。

1.4人臉識別功能實現

商場想要做人群的智能分析，公安想要做城市的智能監控，所有的行業都希望擁有自己的人工智能，然而人工智能的難度卻讓大多數人望而卻步。曠世（Face++）則是人工智能中的佼佼者，其Face++API云平臺已經成了世界上最大的人臉識別功能的云平臺，我們所研究的基于人臉識別的教室智能系統只需引入Face++API即可。

2程序設計

該基于人臉識別的智能教室系統的設計與實現主要使用的是JAVA語言，Java是一種跨平臺，適合于分布式計算環境的面向對象編程語言，由于其的簡易操作性、可靠安全性且適用于多個平臺，因此該系統主要使用Java語言。

2.1基于人臉識別的智能教室系統頁面功能的實現

JSP中文名叫Java服務器頁面，其也是一個簡化的Servlet設計，JSP在傳統的網頁HTML中插入Java程序段和JSP標記，實現HTML語法中的Java擴展，封裝產生動態網頁的處理邏輯，從而將基于人臉識別的智能教室系統的網頁頁面顯現出來。

2.2基于人臉識別的智能教室系統學生簽到功能的實現

智能教室系統可以根據人臉識別技術在上課期間自行對學生進行簽到。每一節課的上課老師學生都不一樣，智能教室系統需要在課堂前識別老師、本節課課堂時間段，對比數據庫選擇出該課學生，然后在上課鬧鈴打響之后，通過人臉識別對班級里已到學生進行人臉自動掃描，然后根據數據庫的信息對比，分析他們的個人信息，識別學生身份，進行按時上課登記，并對后來的學生進行識別、遲到登記，登記遲到學生的到班級時間，最后將遲到學生和未到學生的信息發送至老師的手機上。

若該節課有臨時變動或者長久變動，代課老師只需要在自己手機上進行網頁操作，對本節課進行短期或長期修改，然后智能教室系統則會根據老師修改后的內容在上課時對學生進行簽到管理。

2.3基于人臉識別的智能教室系統監測學生狀態功能的實現

智能教室系統將會在本節課代課老師的調控下，每5分鐘或10分鐘或任一時間間隔對學生進行一次狀態登記，學生的任何違規操作都躲不掉智能教室系統的檢測。智能教室系統在檢測到學生的違規情況之后，會實時的上傳到代課老師手機上，代課老師然后根據實際情況對該生進行提醒或自己更改講課方式即可。代課老師手機上顯示內容如圖1所示。

從圖1代課老師手機上收到的內容可以看出該代課老師設置的智能教室系統監測時間間段為10分鐘，學生違規狀態顯現出來了上課玩手機、上課睡覺、上課聊天三種，其他違規狀態以xxx代表，學生姓名也根據人臉識別系統識別出了其身份。

通過眼睛的長時間閉合狀態判斷該學生是否在睡覺，通過身邊亮度以及學生的目光是否一直看同一個地方判斷該生是否在玩手機，通過嘴型的變化、發出的聲音和周邊同學的嘴型變化、發出聲音判斷該生是否在同他人聊天。其他違規情況，智能教室系統則根據其特征做出判斷，然后發到代課老師手機上。

基于人臉識別的智能教室系統采用圖像分析處理技術，通過教室內高清攝像頭拍照，提取學生上課的聽課狀態圖像，對圖像分為眼睛模塊、嘴巴模塊等。對眼睛閉合程度、嘴巴張閉程度、速度進行分析是比較困難的，因為每個人的特征都不一樣，無法分析其本身特點，對睡覺、聊天等上課狀態進行分析，因此我們根據其圖像本身的模糊性采用模糊邏輯法，對圖像中的模糊眼睛模塊、嘴巴模塊等進行分析，判斷其上課狀態，將上課狀態發送給代課老師，代課老師在根據自己的判斷和實際情況對學生做出調整或對自己講課內容做出調整。

3數據庫的設計

數據庫設計是指在一個給定的環境中，構建一個數據庫模式，建立數據庫機器應用系統，存儲相應有效的數據，從而達到人臉識別后對比分析的目的。目前市場上有一個微信提供的云開發功能，不需要自己建立數據庫，微信給用戶提供一個JSON數據庫，可以將相應的學生、代課老師、課堂名稱等數據存儲進去，直接引入使用。

該智能教室系統采用的是MySQL數據庫進行設計，這個數據庫里面包括了學生信息、代課老師信息、課堂名稱、課堂時間段等多類別信息，信息之間相互關聯，每一節課的或是代課老師或是時間段或是學生構成都不相同，卻又緊密聯系，教室智能系統需要對其中至少三項進行識別確定該堂課的具體信息，然后進行接下來的識別功能。在數據庫交互方面，本系統采用封裝操作，將與數據庫相關的操作封裝進函數，每個表都是一個數據表類的子表，封裝了數據庫連接及增刪查改功能。

4結論

人臉識別是新的科技產物，在愈加成熟的同時也顯現出來了一些隱患，它能夠快速準確地識別人物身份，并在不同行業起到不同卻同樣重要的作用?；谌四樧R別的智能教室系統是在教育行業意義非凡的一項先進技術，它的人工智能會時刻督促學生們進行學習，智能手機的普遍使得代課老師們對于智能教室系統很快地熟練認知、使用，代課老師將不必把大量的時間用在學生的點到和學生聽課狀態研究上，只需要在智能教室系統首頁上進行查詢即可，舒緩了代課老師壓力，提高了課堂效率。

參考文獻：

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