基于人臉識別的智能混排考試管理系統的設計與實現

陳斌 吳小香 付銘 孫宇航

摘要：為了解決考試人工二次混排問題以及人臉識別甄別學生身份信息， 提出了基于人臉識別智能混排考試管理系統，從而提高入場考試效率，給考試管理人員、監考教師減輕工作量。該系統采用Java開發，以MySQL進行設計，并通過系統總體設計、硬件組件和設計簡述了人臉識別系統相關功能，簡化了考試管理流程，確保考生的公平、公正性。

關鍵詞：考試管理系統;人臉識別;混排考試

中圖分類號：TP311 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）13-0043-02

考試是一項嚴肅的事情，2015年11月刑法規定“在國家級考試作弊將入刑”[1]，為了驗證考生身份，大部分監考教師還是采用傳統人工來完成識別工作，精準識別考生存在一定的漏洞。另外，學校還需單獨二次編排考生座位，如全國計算機等級考試在考試前，考務管理人員對考生進行二次人工編排;然后進入考場，監考教師需要對考生身份再次人工識別，從而影響了考試秩序，也容易影響考生的公平與公正性。筆者通過知網檢索發現，利用人臉識別在考試系統中的應用文章有139條，利用人臉識別在考試混排系統中的應用文章暫無。基于以上問題和調查，本文以人臉識別和混合算法[2]編排座位技術，設計一種新的智能考試管理系統，為考試管理系統帶來新的應用價值。

1 人臉識別技術

人臉識別（Face Recognition）技術是一種依據人的面部特征進行身份鑒別的生物識別技術[3]，人臉識別技術起步于20世紀60年代，后期迅速發展，逐步在安防、簽到、門禁系統等各個應用領域得以廣泛應用。

2 系統總體設計

該系統通過HTML5技術實現終端加載的基礎頁面，以Java+跨平臺計算機視覺庫Open CV[4]的專用接口實現智能識別終端平臺和平臺服務器的數據交互;調用人臉識別API接口，識別考生身份，提高考試工作效率和服務能力，使用 Tomcat 作為 Web 應用服務器，使用MySQL 作為網站數據庫，實現業務邏輯，滿足智能考場管理編排功能。

智能混排考試管理系統通過考務管理員及考生登錄，再進行用戶功能選擇，可以實現考試管理相關操作（如圖1所示）。考生進行考前報名、考試識別、考后查詢，及時查詢全國計算機等級考試的考試信息;考務管理員將做好準考證制作以及考試成績錄入等考試管理工作，同時實現各種信息的查詢和修改業務。

3 系統設計

根據工作需要，本系統的方案包括硬件設計和軟件設計，通過硬軟件和人交互，不僅驗證學生身份，也達到考試座位的混排效果，考務相關人員也操作簡單、方便。

1）硬件組件

為實現智能混排功能的需求，本系統包括人臉圖像采集相關設備，比如采用高清攝像頭收集人臉圖像，還有人臉采集大屏和主機，將軟件系統和MySQL數據庫安裝在主機中，通過采集大屏實現交互信息，如人臉處理后的反饋或提示。

2）設計思路

在系統中，首先對考生人臉數據進行采集，通過錄入考生基本信息、導入考生照片，然后利用對考生照片的面部特征提取并存儲在系統數據庫中，采集完畢，將考生信息反饋導出（如圖2所示）;隨后，在考生考試進入考場前，直接在一體機上進行考試人臉考勤登錄，系統將彈性圖匹配法[5]自動對人臉數據和系統考生信息數據匹配校對，若匹配成功，系統通過混合算法對考生進行隨機排序，自動產生考試考場和座位信息，考試可打印這些信息;若匹配不成功，將顯示“請確認是考生”重新進入識別流程，或顯示“非考生本人”（如圖3所示），考生必須離開考試區。

在此系統中，關鍵技術為人臉識別，識別的過程從人臉數據采集、數據特征提取、數據匹配校對（定位檢測及圖像數據庫對比）、反饋采集結果等體現。

在人臉數據采集階段，根據系統硬件外部攝像頭對動態的人臉不同角度的抓拍，將抓拍圖片通過圖像特征、顏色以及表象等典型要點，識別出最佳人臉的圖片，將此圖片進行初期處理。

在圖像數據特征提取階段，有效調整圖片的大小、面部豐富的特征等，使圖片預先處理，然后與系統中原有數據庫的圖像進行圖像形狀、紋理、顏色[6]等視覺特征的外觀提取識別檢測，提取面部五官的各個特征狀態，從而作為關鍵特征進入下一步的匹配工作。

在圖像數據匹配校對階段，由于人臉會根據面部的表情、面部的發須、拍攝的光線及時間的推移等因素產生不穩定性，建立算法根據人臉面部尺寸比例、人臉結構等相似度的對比，進行有效校對和識別，若通過驗證，將會進入考生打印準考證階段，否則將不通過驗證，提醒“不得進入考場”。

在反饋采集結果階段，通過圖像反饋識別，若數據相似度高，則產生對應的等級考試數據信息，隨機產生學生考試考場座位，打印考生考場信息，學生可直接進考場。

4 考試管理員和考生在系統中的應用

1）考生的系統應用

考生登錄一體機，通過系統人臉識別直接身份驗證，讀取信息是否與數據庫系統數據一致，若確認一致，考生自行打印考場號、座位號信息，并攜帶身份證、準考證，供監考教師檢查，簡化了流程（如圖4所示）。

2）考試管理員的系統應用

首先，該系統減輕了對考生身份查驗識別工作量，考生只需要自行在一體機上刷臉，憑考場座位號進入，有效地提高了入場速度，將非合法考生限制進入考場，提高了監考教師的識別考生身份壓力;

其次，考試管理混排系統將根據考生人臉識別自動進行二次混排，降低了作弊異常情況，有效地優化考場編排，最大限度地提高考場排座率;

最后，考試管理員也可以通過系統查找，實時導出考生入場相關信息（如圖5所示），解決了考生考試出勤數據導出功能，為后續回查數據帶來了便利。

5 結束語

該系統主要采用Java開發環境設計跨平臺計算機視覺庫Open CV智能排考系統與一體化終端之間的專用接口，實現智能識別終端平臺和平臺服務器的數據交互;采用網絡技術，調動百度的人臉識別API接口，有效識別考試身份，提高考試工作效率和服務能力。該系統在江蘇農牧科技職業學院內部已經開始試點應用，在計算機試點考試中取得了良好的效果，系統大大減少了考試管理員查驗的壓力、縮短學生識別座位號的時間、優化考場編排能力。當然，在考試過程中，如何對學生作弊行為以及保護隱私等數據監控與該系統聯合，還是一個有待解決的問題。

參考文獻：

[1] 李江.考試身份驗證系統在高校考試管理中的應用研究[J].電腦與電信，2017（4）：54-55，60.

[2] 高昊.基于混合算法的研究生招生考試考場座位編排系統研究及應用[D].長沙：中南大學，2011.

[3] 張潔，王春.人臉識別技術異軍突起[N].科技日報，2005-12-26（8）.

[4] 吳福祥.高性能3D物體識別研究[D].天津：中國民航大學，2010.

[5] 張翠平，蘇光大.人臉識別技術綜述[J].中國圖象圖形學報，2000，5（11）：885-894.

[6] 劉東，王生生.精細拓撲結構表示與深度特征融合在多目標圖像檢索中的應用[J].重慶大學學報，2021，44（3）：132-143.

【通聯編輯：唐一東】