基于Python人臉識別校園快遞的設計與實現(xiàn)

熊志勇 劉誠志 朱晶 朱柳羽 田超越 朱廣彬

摘要：當前移動互聯(lián)網普及帶來的大數(shù)據(jù)爆發(fā)，以及算力和算法的飛躍，使得人工智能技術得到了飛躍性大發(fā)展。同時人工智能技術也不斷地融入各行各業(yè)的生產實踐活動之中。該文針對國內物流快遞的個人取件方式，采用Dlib庫人臉識別模型融入快遞取件環(huán)節(jié)，使得刷臉取快遞成為手機掃碼取件的一種輔助手段，給取件行為帶來更大的便利與安全保障。

關鍵詞：人工智能；人臉識別；校園快遞；Dlib庫

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）28-0048-02

1 引言

隨著移動互聯(lián)網普及帶來的大數(shù)據(jù)爆發(fā)，云計算技術應用帶來的算力大增長，以及人工智能在互聯(lián)網領域的應用推廣，人工智能技術正在不斷地被應用于各行各業(yè)，反過來也推動了人工智能技術向更廣更快的方向發(fā)展。而對于物流行業(yè)，智能快遞柜也進入到許多城市的每一個小區(qū)。人們通過智能快遞柜，只需要拿著手機掃描二維碼就能夠打開柜門取出個人快遞。

與此同時為了適應人工智能技術的大發(fā)展，眾多高校也開設了人工智能的課程和專業(yè)建設。因此本文作者也是利用當前較為成熟的人臉識別工具Dlib庫，指導在校學生設計開發(fā)一款校園快遞App。該App作為一個局部區(qū)域環(huán)境下的快遞取件管理系統(tǒng)，為傳統(tǒng)的手機掃碼取件方式，增加了掃臉取件的功能，極大地方便了取件環(huán)節(jié)，同時也能存儲取件人的人臉信息，增加了快遞取件環(huán)節(jié)的安全性。

2 手機掃碼取件的不便之處

現(xiàn)在許多城市小區(qū)內，都安裝了方便用戶提取快遞的機柜。這些機柜一般都是提供了手機掃碼取件的功能，極大地方便了用戶。但使用手機掃碼取件，也會存在一些不方便的情況。例如：很多老人不會使用智能機，無法完成掃碼功能；當用戶雙手都拿了東西（比如雨天一只手中拿著雨具，另一只手拿了其他物品等），不便完成掃碼操作；還有當用戶手機沒電的時候，也無法進行掃碼操作等情況時，因此本文考慮借助用戶特有的生物特征信息識別取件人的身份，完成取件操作，這就是本文的研究的出發(fā)點。

作為圖像處理中的人臉識別技術也日益成熟，目前在很多領域也都得到了應用。因此本文提出使用Dlib人臉識別模型應用于局部環(huán)境（例如校園、小區(qū)）下的取件操作，既豐富了取件手段和方便了客戶取件操作，也能實時記錄下當前取件人的人臉信息，增加了因快遞被誤取的后續(xù)追查的一種安全措施。

3 基于Dlib庫的人臉識別

3.1 人臉識別

人臉識別就是一種基于人臉的特征信息進行身份識別的技術，當使用攝像頭采集到人臉的圖像時候，程序能自動地在圖像中檢測與追蹤到指定人臉，再將檢測得到的人臉進行一系列相關操作。一般人臉識別技術包含四個部分，分別為：圖像采集和檢測、圖像預處理、人臉特征提取以及人臉匹配和識別[1]。

常見的人臉識別軟件開發(fā)，主要是指人臉識別系統(tǒng)通過人臉識別算法去比較兩張人臉圖片，最后輸出結果0或者1，用來表示判斷是不是同一個人。一般人臉識別的步驟分為：首先人臉特征建模，然后使用人臉特征建模進行人臉驗證比對。人臉的驗證就是去計算人臉圖片特征的相似度（因為同一個人的臉部照片相似度會比較大，不同的人臉照片會比較小），利用計算出來的兩張人臉圖片的相似度值的大小，來判斷是不是同一個人。而人臉相似度，一般是計算出兩張人臉照片的特征值向量的余弦相似度或者歐式距離。

3.2 Dlib庫

Dlib庫是Python社區(qū)所提供比較成熟的第三方庫，其算法采用HOG特征與級聯(lián)分類器，實現(xiàn)了人臉檢測和識別[2]。Dlib作為一種深度學習開源工具，基于C++開發(fā)，也支持python開發(fā)接口。雖然功能類似于TensorFlow于PyTorch，但是由于Dlib庫對于人臉特征提取支持較好，因此被廣泛應用在工業(yè)和學術研究領域，包括機器人、嵌入式設備、移動手機以及大規(guī)模高性能計算環(huán)境中。此外Dlib庫具有文檔說明全、代碼質量高、機器學習算法、科學計算算法、圖像處理、多線程等優(yōu)勢，所以本文所開發(fā)的程序里，選擇使用Dlib庫來實現(xiàn)校園快遞App中最核心的人臉識別功能[3]。

4 人臉識別快遞系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

首先通過對取快遞這一行為進行了認真細致的分析，根據(jù)用戶的行為，首先設計與實現(xiàn)了一個界面簡單、友好的快遞管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對快遞數(shù)據(jù)和人臉數(shù)據(jù)的維護和管理。該系統(tǒng)的主要功能是為了實現(xiàn)快遞業(yè)務數(shù)據(jù)的后臺管理，同時也提供了前臺的數(shù)據(jù)收集等功能。該軟件的實現(xiàn)如下。

4.1 人臉識別的快遞管理系統(tǒng)規(guī)劃

1） 普通用戶的Web UI界面，不管是使用PC，或者是移動設備，都只需要登錄系統(tǒng)網站，就能隨時看到用戶的快遞信息；

2） 管理員的UI界面，也是通過PC或移動設備，登錄網站，就可以管理普通用戶與快遞的信息。

3） 人臉識別部分，通過錄入人臉、人臉特征提取和存儲、人臉信息的比對等操作，完成人臉識別的功能。

4.2 快遞管理系統(tǒng)功能設計

本系統(tǒng)的主要功能模塊如下：

1） 登錄界面：快遞管理員需要通過登錄頁面進入快遞管理系統(tǒng)，登錄頁面是進入該系統(tǒng)的唯一入口。

2） 訂單管理模塊：快遞管理員可以對用戶的所屬訂單進行管理。

3） 快遞管理模塊：快遞管理員可以對用戶的所屬快遞進行管理。

4） 用戶管理模塊：快遞管理員可以對快遞的所屬用戶進行管理。

5） 管理員管理模塊：該模塊用于快遞管理員對管理員信息進行管理。

4.3 快遞管理系統(tǒng)實現(xiàn)

通過組織5名在校大學生，成立了軟件開發(fā)小組，快速開發(fā)一個系統(tǒng)試用版本。以下是本系統(tǒng)的部分功能界面截圖（圖1、圖2、圖3） 。

4.4 人臉識別功能的實現(xiàn)

在人臉識別功能的應用中，采用了Dlib庫人臉識別模塊，將其嵌入了本系統(tǒng)App中，完成人臉抓取與保存、人臉特征的提取和存儲、人臉特征的比對等功能[4]。本系統(tǒng)實現(xiàn)了一個人臉識別的比較簡單的應用，使用攝像頭捕捉動態(tài)人臉，然后與已經存儲在數(shù)據(jù)庫中的128D人臉特征進行比較，從而識別出已經入庫的人臉信息（如：名字等身份信息）。以下是人臉識別功能的展示截圖（圖4、圖5、圖6） 。

4.5 本系統(tǒng)功能測試與后續(xù)功能的拓展

通過指導5位在校學生在學習人工智能相關技術，利用假期設計與實現(xiàn)了校園快遞系統(tǒng)。本系統(tǒng)的核心功能是使用開源免費的Dlib庫，將它嵌入所開發(fā)的校園快遞系統(tǒng)中，以實現(xiàn)利用人臉信息識別取件人的身份信息的應用。通過實現(xiàn)文中所提及的人臉識別功能，以解決當取件人不方便使用手機完成掃碼取件的情況下，利用人臉信息完成刷臉取件操作。系統(tǒng)的測試版實現(xiàn)后，在校園這種人員不是很多，而且人員流動較小的場景下，利用提前收錄的學生臉部信息，在小區(qū)域應用場景測試中，人臉識別準確率達到了99.32%，確保了人臉識別收取快遞的準確性和安全性[5]。

4.6 本系統(tǒng)的未來應用

本系統(tǒng)在規(guī)劃之初，就是考慮應用于區(qū)域環(huán)境下的人臉識別。通過人臉識別功能的實現(xiàn)，來解決前面所提到的依靠手機掃碼取件不便時的情況。在本系統(tǒng)功能基本實現(xiàn)的前提下，后期計劃移植該人臉識別系統(tǒng)，遷移到JETSON NANO設備上，利用PYQT，搭建一個友好的人臉識別UI界面，來進行人臉識別。遷移到這些小設備之后，繼續(xù)優(yōu)化本地區(qū)域數(shù)據(jù)庫，存儲該區(qū)域內的人臉信息，來提高識別速度和準確度，而不需要發(fā)送請求到大型服務器才能返回一個識別結果。此外本系統(tǒng)還可以考慮實現(xiàn)語音識別功能，通過語音識別快遞單號后幾位，結合刷臉功能完成取快遞的操作。

參考文獻：

[1] 徐浩浩.基于Python深度學習的人臉識別方法探究[J].現(xiàn)代信息科技，2019，3（17）：88-90.

[2] 張枝令.Python實現(xiàn)基于深度學習的人臉識別[J].電子商務，2018（5）：47，96.

[3] 孫一豪，高尚，張子元，等.基于人臉識別技術的商品推薦系統(tǒng)[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2020（6）：77-78.

[4] 張青，趙方圓，劉順鈺.人臉識別技術的無感簽到系統(tǒng)的設計[J].福建電腦，2019，35（5）：101-102.

[5] 許嘉誠.基于并行算法的快速人臉識別系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].無線互聯(lián)科技，2020，17（6）：63-65.

【通聯(lián)編輯：聞翔軍】