人臉識別技術在高職院校課程在線考試中的應用研究

彭湘華

摘? 要：在教育領域之中，計算機和互聯網的應用讓教學和考試模式發生了極大改變。在線考試就是二者應用的一大成果。目前，許多高職院校已經開始使用在線考試模式，但是在應用過程中卻缺乏有效識別考生身份的能力。基于此，我們對人臉識別技術在高職院校課程在線考試中的應用進行了探究。文章簡要介紹了人臉識別技術的具體內容，并分析了在在線考試中應用該技術的優勢。然后對該項技術應用的具體流程和管理操作辦法進行了論述。

關鍵詞：人臉識別技術;高職院校;在線考試

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）01-0185-03

Abstract： In the field of education， the application of computer and Internet has greatly changed the mode of teaching and examination. Online examination is a great achievement of the application of them. At present， many higher vocational colleges have begun to use the online examination model， but in the process of application， they lack the ability to effectively identify the identity of candidates. Based on this， it explores the application of face recognition technology in the online examination of higher vocational colleges. It briefly introduces the specific content of face recognition technology， analyzes the advantages of applying this technology in online examination， and discusses the specific process and management operation methods of the application of this technology.

Keywords： face recognition technology; higher vocational colleges; online examination

前言

考試是檢驗教師教學成果以及學生學習成效的必要手段。如今，基于“互聯網+教學”模式，許多高職院校的課程都選擇以在線考試來檢驗教學成效。雖然這種方法更為靈活，也減少了監考教師的工作量;但是由于缺乏有效的身份鑒別技術，所以在線考試中不可避免的出現了替考、代考等作弊現象。為了杜絕這一問題，高職院校必須加強對人臉識別技術的重視，并將其應用于考試之中。

一、人臉識別技術分析

應用計算機技術來分析比較，進而達成識別人臉效果的技術就是人臉識別技術。人臉識別技術是生物特征識別技術的重要分支。目前，人臉識別技術已經發展的較為成熟，常用于企業員工考勤業務之中。在應用過程中，將輸入的人臉圖像或視頻流與人的臉部特征做出對比，先對是否存在人臉進行判斷，然后再根據采集的臉部信息特征與信息庫的人臉特征之間的比對，識別被測者的身份[1]。

人臉識別技術包含三個方面。其一是人臉檢測。人臉識別系統需要以此來判斷是否存在人臉，然后對其面相進行分析。較為常用的方法是參考模板法、膚色模型法和人臉規則法，還會使用樣品學習法和特征子臉法。以人臉規則法為例。人類的臉部擁有共性特征，五官分布結構十分鮮明。而應用人臉規則法來判斷檢測環境中是否存在人臉，就可以基于人臉的特征生成規則來操作。其二是人臉追蹤。當系統從檢測環境中識別出人臉后，就可以對其面貌進行動態目標追蹤。在具體應用中，通常采用模型追蹤法，也會采用運動與模型相結合的追蹤方法。除此之外，還可以選擇以膚色為模型對人臉信息進行追蹤。其三是人臉比對。這是人臉識別的最后一個環節。在這一環節中，已經確定了人臉的基礎信息，并采集到了相關的特征和數據，那么只需要將其與人臉信息庫中的信息進行對比，就可以明確檢測到的人臉是否準確，確保人臉信息識別無誤。為了能確保從信息庫中找到最佳匹配對象，在人臉對比環節中，一般采用面紋模板法和特征向量法。

二、在線考試中人臉識別技術應用的優勢

在線考試是一種基于互聯網和計算機的新型考試模式，在高職院校之中應用較為廣泛。在線考試無需監考教師巡考，只需要考生在考試系統中輸入信息并激活系統就可以開始考試。而考試過程中，考生將一直處于被監控的狀態下。相比于傳統的紙質試卷考試，在線考試在出題、答題方式上都更為靈活和便捷，閱卷和成績核算也更為簡單，優勢十分鮮明。但是在線考試也存在一定的問題。其中，最為緊要的就是在線考試中考生身份識別的問題。由于在線考試沒有監考教師核對考生信息，所以替考、代考問題頻發。因此，必須將人臉識別技術應用其中，準確判斷考生身份，提高在線考試的公正性。

首先，人臉識別技術的鑒別準確性高。采用生物識別技術確認參與人員的身份十分常見。但是人臉識別技術具有其獨特的優勢。相比于指紋識別、語音識別或視網膜掃描等方法，人臉識別技術更操作更簡單且不易被仿冒，身份識別有效性更高[2]。以指紋識別為例，如果在線考試采用指紋識別方法，那么替考者只需要將考生指紋復制下來制成相應的模板，就可以通過檢測，這樣根本達不到身份識別的目的，更不能保證考試的公正性。而人臉識別技術則不然。人臉識別并不需要與機器直接接觸，只需通過攝像頭采集圖像并進行比對就可以完成整體操作，十分便捷。

而且在應用過程中，人臉識別技術可以對面部信息的真實性進行判斷，可以準確判斷是真實人臉還是照片，能有效地杜絕仿冒，提高鑒別準確性。其次，人臉識別技術性價比高。高職院校并不需要為人臉識別技術的應用而添置專業設備，只需要為計算機配備攝像頭即可。而且由于高職院校學生基本已經成年，所以其面部特征變化并不大。那么，在人臉信息采集方面，學生們也可以直接在學校機房完成，不會造成額外的成本支出。最后，人臉識別技術獲取信息簡便。人臉識別技術只要獲取人臉圖像就可以對面部信息進行鑒別和確認，信息采集比較容易，使用極為便利。

三、人臉識別技術在高職在線考試中的應用

為了保證高職院校課程在線考試的規范性和公正性，應用人臉識別技術十分必要。而將人臉識別技術應用于高職院校的在線考試之中，則需要設計出相應的在線考試系統，才可以滿足技術應用要求。

（一）在線考試系統需求

要保證在線考試系統應用的有效性，就需要先對其使用需求進行分析。在線考試系統的主要需求可分為兩方面。一方面，在線考試系統的應用目的是減輕高職教師負擔，簡化考試流程，提高教學水平和教學質量。所以，系統在設計環節，必須保證其操作的簡便性以及應用模塊的全面性;在線考試系統需要擁有較強的用戶交互性，以便于教師出題和考生答題[3]。另一方面，在線考試系統應該具有公正性。系統需要準確核實考生身份，并科學合理地閱卷，保證考試成績的真實性。正是出于這種需求，高職院校的在線考試系統之中才需要添加人臉識別技術。

（二）人臉識別技術的應用

人臉識別技術在高職課程在線考試之中的應用不止存在于考試系統登錄頁面的考生信息識別中，還應該被應用在考生答題的監考過程中和收卷前的信息核實中。

1. 考前準備環節

考試前，高職院校應該組織所有參加考試的學生一同錄入身份信息。在線考試系統中的考生信息庫內，不僅需要錄入考生的基本信息，更需要采集考生的近期照片。在采集照片時，相關教師需要先對考生的狀態進行檢查，禁止考生化妝拍照。而且應該嚴格要求考生發型，拍照時必須展露出考生的全部面相特征。在采集信息時，應該在簡單背景下完成相關操作，考生需要錄入自己的正面圖像，還需要對自己的微側面臉部信息進行錄入，然后由系統生成單獨的人臉識別信息，以便于后期比對。

高職院校的在線考試系統應該依據人臉識別技術的應用原理設計身份信息模塊。人臉識別的方法較為多樣，作者對可應用于在線考試系統中的識別方法進行了簡要分析。

第一，幾何特征識別法。這種方法的主要原理是依據人體面部的眼睛、鼻子、嘴巴的形狀和它們之間的幾何關系判斷人臉信息。幾何特征識別法的識別速度十分快，而且信息占據的內存極小。但是這種信息的識別率較低，對于面部特征十分相似的人來說，其識別準確性會大打折扣。

第二，主分量分析法。這種方法是基于特征臉的人臉識別方法。主分量分析是一種統計程序。可以以正交的方式實現相關變量和線性不相關的變量之間的互換。而這些由相關變量轉換而來的線性不相關變量就是主分量。利用這種處理方法，人臉圖像和原圖像的差異較小，而且處理方式簡單，十分適用于人臉識別技術應用。基于主分量分析法，人臉圖像會被壓縮達成最優的正交變化——KL變

換，這樣就可以利用高維圖像空間得到一組新的正交基，保留重要部分后，可以利用這些基擴張成低維線性空間。假如人臉在低維線性空間中的投影具有可分性，就可以把這些投影用作識別的特征矢量，達成基于特征臉的人臉識別目的。

第三，彈性圖匹配法。基于彈性圖匹配的人臉識別方法，是在二維空間中對人臉的變形狀況進行定義。通常，即便人臉出現變形，也存在一定的不變性的距離，那么二維空間中的此類距離進行定義后，可采用屬性拓補圖來代表人臉;在拓補圖之中，每一個頂點都包含著特征向量，可以被用于記錄該頂點位置附近的人臉的相關信息[4]。這種方法是灰度特性和幾何因素結合的成果。當使用彈性圖匹配法識別人臉時，圖像中存在的一些彈性形變并不會對結果產生較大干擾。換言之，當在線考試系統對考生的面部信息進行采集和識別時，并不會因考生表情的變化而影響到人臉識別結果，人臉識別技術應用的有效性可以得到保

證。而且，應用這種識別方法，系統無需對考生的面部信息進行多樣本訓練。

2. 考試監考環節

在考試前，高職院校應該確保采集到的考生面部信息的有效性，并且確定考生信息與照片之間的準確對應。高職院校課程在線考試是利用相關的在線考試系統進行測驗。所以，考生在登錄考試系統時，系統會對考生身份進行第一次驗證。當考生點開在線考試系統的登錄頁面后，需要輸入自己的姓名和考號，經系統核查無誤后，將進入人臉識別環節[5]。此時，攝像頭會自動打開，學生應該配合系統提示動作。將自己的正臉盡可能完整的展露在鏡頭之中，便于系統采集信息;同時，還應該根據系統提示，進行點頭、偏頭等簡單操作，進一步增強人臉識別的有效性。當考生的面部信息采集完畢后，系統會自動進行預處理。旋轉校正采集到的照片，并將所有圖像的大小和灰度按照統一標準調整，以便于提取面部信息特征。而后，系統需自動對人臉信息的真實性進行辨別。將采集到的信息與已有人臉進行匹配，實現一對一匹配后出具人臉信息識別檢驗報告單。當考生閱讀報告單點擊確認后，才可進入正式的考試界面。

在完成了登錄階段的人臉識別后，考生的身份得到了肯定，則有資格參加本次考試。而為了保證考試過程中不出現中途換人或交頭接耳等作弊現象，高職院校的課程在線考試系統還應該具備全程監控的功能。考試系統的攝像頭應該一直處于工作狀態，對考生的整體開始過程進行記錄。在設計環節，可以添加定時拍照和視頻錄制功能。開考后，考生不得隨意移動，必須一直待在攝像頭的監控范圍內，如果離開該范圍的時間超過1分鐘，那么將按照考試違規進行記錄，會對考生成績造成影響。以某高職院校的在線考試系統為例。該校的在線考試系統每間隔2分鐘，就會對考生進行拍照，并將所拍照片自動傳回系統之中。監考教師可以通過這些照片，對考生的考試狀態進行判斷，若其中某位同學存在作弊嫌疑，那么教師可以縮短該考生的定時拍照時間，對其是否作弊進行核查。一旦被監考老師判定作弊，那么監考老師有權利借由后臺操作中斷該考生考試。

在考試過程中，人臉識別技術的主要應用功能是確保考生不被調換。通過定期拍照以及后臺核查，可以確保答題過程中，考生始終保持原位不動;而且整個考試期間攝像頭一直作業，能對考生的作弊行為進行有效監督，更可以保證考試的公正性。

3. 交卷時的身份核實

應用在線考試系統來進行課程考試，就不存在監考教師收卷以及核查試卷的環節。但是，考生需要在規定時間內自主交卷，如果超出答卷時間，那么系統將強制性收回試卷。而在收卷時，系統需要再次對考生信息進行核查。考生點擊交卷按鈕后，攝像頭完成最后一次拍照，然后將這張照片與考試期間的所有抓拍照片匯總，打包上傳于考生個人信息庫之中。當試卷與考生信息上傳完畢后，系統即可顯示交卷成功，此時攝像頭會自動關閉，待考生關閉計算機后就可以離開考場，則本次考試順利完成。

（三）人臉識別技術應用的注意事項

將人臉識別技術應用于高職院校課程在線考試中，可以有效降低考試的作弊幾率，但是為了加強技術應用的有效性，其工作開展中還有以下事項需要注意。

首先，考生圖像信息的采集和保存問題。在采集考生的圖像信息時，系統內的圖像必須清晰、完整，而且采集到的圖像必須經過嚴謹的分類，避免出現錄入錯誤的問題。當高職院校組織考生錄入個人圖像信息時，應以班級為單位組織學生操作。同時，校方應嚴格規定拍照要求，并確定所上傳的照片參數，這樣才能確保信息錄入的準確性。而且，學生將個人信息錄入考試系統后，教師需要對其進行核查，如果在考前發現錄入照片不合格等問題，則需要考生盡快按相關規定重新拍照，以免影響其正常考試。各科教師需要在開考前登錄后臺，對本班學生信息進行確認，準確無誤后再通知學生開始考試。

其次，考試過程中的人臉識別問題。一般來說，高職院校學生會統一進入學校機房使用在線考試系統時考試，考場內通常不設有監考教師。這樣一來，就可能會出現其他學生混入考場或考生隨意走動的現象。攝像頭的抓拍間隔一般為2分鐘，為保證監控效果應錯開相鄰考生的抓拍時間。比如某次在線考試之中，考試開始時間為上午九點整，考生甲與考生乙座位相鄰。那么可讓考生甲的攝像頭從九點整開始，每間隔2分鐘抓拍一次考生信息;而考生乙的攝像頭則從九點零一分開始，每間隔2分鐘抓拍一次考生信息。通過這樣的方式，能有效判斷考生是否存在隨意走動或交頭接耳的現象。系統應對考場抓拍照片進行實時分析。如果在抓拍畫面中，人臉數量比率小于50%，那么系統可判定該考生離開座位;如果抓拍畫面中的人臉數量的比率大于50%但小于120%，那么系統可判定考生處于正常單人作答狀態;如果抓拍畫面中，人臉數量的比率大于120%，那么系統可判定該考位存在多人作答現象。當系統根據抓拍判定考生離開座位或多人作答時，應立即示警。操作在線考試后臺的監考教師應馬上查看相關考生的信息和狀態，對其是否存在作弊行為進行判斷，如果確認該考生作弊則應拍照存證后強制終止該考生答題，且需將其本次考試成績記為零分。

最后，高職院校在設計和應用基于人臉識別技術的在線考試系統時，需要做好仿真模擬實驗。在設計環節，設計人員應以在線考試的具體需求和人臉識別技術的應用原理為根本，完成系統設計。而在應用時，則應提前做好準確性測試，找出系統漏洞并及時加以改良，以免造成不良影響。

四、結束語

綜上所述，將人臉識別技術應用于高職院校課程的在線考試之中，可以有效地識別考生身份，杜絕替考和代考行為，保證考試的公平性和公正性。為了更為合理地應用人臉識別技術，高職院校應該設計出符合本校考試和監考要求的在線考試系統，并利用在線考試系統完成課程教學成果檢驗。同時，為了保證人臉識別技術應用的有效性，高職院校應基于人臉識別技術的應用原理，做好考生面部信息采集工作。

參考文獻：

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[3]周偉，吳穎，徐昶，等.大型考試考務管理系統設計與實現[J].中國教育信息化，2017（07）：69-71.

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[5]黃志威，宋鴻陟，司國東.一種在線考試中實時圖像監考系統的設計與實現[J].現代計算機（專業版），2015（19）：62-67.