人臉識(shí)別技術(shù)在高校智能化教育管理中的應(yīng)用綜述

查飛琴

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別；高校管理；智能化教育

0 引言

隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，高校智能化建設(shè)需適應(yīng)疫情常態(tài)化管理的要求，傳統(tǒng)的智慧校園建設(shè)在現(xiàn)有的數(shù)字校園發(fā)展上更需要體現(xiàn)出“智能性、安全性、便捷性”三大優(yōu)勢(shì)。人臉識(shí)別是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物識(shí)別技術(shù)，其本質(zhì)是通過(guò)計(jì)算機(jī)算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，從而達(dá)到身份核實(shí)的目的。人臉識(shí)別技術(shù)在高校智能化管理中的教學(xué)應(yīng)用、職工考勤、學(xué)生信息采集、校園安全保障等方面都能起到積極作用。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在互聯(lián)網(wǎng)通信的時(shí)代，人工智能已經(jīng)涉及人們生活和工作的許多領(lǐng)域，人們接觸到的智能化場(chǎng)合正在逐漸擴(kuò)大，使用智能化設(shè)備的頻率也在增加。人臉識(shí)別技術(shù)作為AI應(yīng)用領(lǐng)域中最具挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目之一，具有巨大的創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用前景。人臉識(shí)別技術(shù)最直接的功能屬性就是通過(guò)智能算法來(lái)區(qū)分不同個(gè)體的身份，采用臉部圖像的抓取來(lái)鎖定被識(shí)別人所關(guān)聯(lián)的身份信息。目前，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)融入日常生活的方方面面，是人工智能與計(jì)算機(jī)的結(jié)合。由于其極具挑戰(zhàn)性的創(chuàng)新能力和廣闊的應(yīng)用前景，已成為當(dāng)今領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的研究課題。

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

1.1.1 人臉識(shí)別技術(shù)在教學(xué)中的理論研究

2018 年8 月，教育部辦公廳印發(fā)《關(guān)于開(kāi)展人工智能助推教師隊(duì)伍建設(shè)行動(dòng)點(diǎn)工作的通知》，其中明確提出教師要“主動(dòng)適應(yīng)信息化、人工智能等新技術(shù)變革，積極有效開(kāi)展教育教學(xué)”。結(jié)合《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中向創(chuàng)新融合發(fā)展轉(zhuǎn)變的理念，人臉識(shí)別技術(shù)逐步進(jìn)入高校的教學(xué)管理和應(yīng)用中，同時(shí)也促進(jìn)教師合理應(yīng)用人工智能技術(shù)展開(kāi)課堂教學(xué)。自2020年受奧密克戎變異株的影響，居家辦公、線上教學(xué)、遠(yuǎn)程考試、校園進(jìn)出核查等方面應(yīng)用技術(shù)變革已經(jīng)有效地融入學(xué)校管理各方面。以人臉識(shí)別技術(shù)為核心的高校信息化智能建設(shè)方面的理論研究也逐漸豐富。

楊凱雯[1]提出一種教室場(chǎng)景下人臉檢測(cè)與識(shí)別的算法，通過(guò)對(duì)RetinaFace人臉檢測(cè)框架進(jìn)行改進(jìn)，在主干網(wǎng)絡(luò)中引入可變形卷積以適應(yīng)人臉遮擋以及人臉變形，調(diào)整預(yù)設(shè)Anchor引入殘差結(jié)構(gòu)以適應(yīng)教室場(chǎng)景下尺度變化的特點(diǎn)。陳凱[2]對(duì)場(chǎng)景復(fù)雜度以及人臉和攝像頭間的距離遠(yuǎn)近對(duì)識(shí)別率進(jìn)行定位，研究表明通過(guò)膚色檢測(cè)，篩選出人臉可能存在的位置，采用多尺度掃描窗口適應(yīng)人臉尺寸大小，能夠解決一幅圖中既有大臉又有小臉的問(wèn)題。李有乘[3]設(shè)計(jì)輕型的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以此模型來(lái)對(duì)視頻中的面部信息進(jìn)行檢測(cè)和分類(lèi)，并對(duì)識(shí)別程度進(jìn)行量化測(cè)試。李玲俐[4]對(duì)基于深度學(xué)習(xí)的面部圖像處理技術(shù)展開(kāi)闡述，文章提出如何讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從有效的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)到有效、魯棒的生物特征是未來(lái)技術(shù)需要攻克的難題，并且指出傳統(tǒng)的人臉識(shí)別技術(shù)所面臨的問(wèn)題和弊端。不同于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在人臉識(shí)別方向的研究，為提高人臉識(shí)別效率，雷虎[5]對(duì)三維人臉識(shí)別算法中的高精度分類(lèi)器設(shè)計(jì)問(wèn)題，采用人臉全局特征和局部特征信息分類(lèi)后，對(duì)D-S數(shù)據(jù)融合技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速度的識(shí)別效率。

1.1.2 人臉識(shí)別技術(shù)在高校智能化管理中的應(yīng)用研究

高校教育智能化管理是指通過(guò)高校教育信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)與高校教學(xué)信息技術(shù)結(jié)合，提高高校管理效率和教學(xué)水平的管理模式。在教育信息化2.0發(fā)展背景下，如何有效組織整合資源，使用技術(shù)手段突破緩解因地域、自然災(zāi)害帶來(lái)的不可抗拒的影響是高校管理中急需解決的問(wèn)題。劉元慶[6]設(shè)計(jì)基于OpenCV 人臉識(shí)別技術(shù)的智能考試系統(tǒng)，從身份驗(yàn)證、管理員、教師、在線考試4個(gè)模塊著手，完成對(duì)系統(tǒng)核心功能模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)可智能化嵌入部分高校的考試系統(tǒng)中，將學(xué)生的面部信息安全可靠地存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，使在線考試變得更加智能化，高效化，為學(xué)生帶來(lái)了“一站式”的考前、考中、考后的服務(wù)體驗(yàn)。李福海[7]采用前后端分離的開(kāi)發(fā)技術(shù)使用 Python 語(yǔ)言編寫(xiě)人臉識(shí)別程序，不僅能實(shí)現(xiàn)考生居家在線考試，還能通過(guò)面部表情手勢(shì)的抓捕實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程線上監(jiān)考，做到老師學(xué)生足不出戶在線考試。

高校新生報(bào)到對(duì)智慧校園的資格審查工作產(chǎn)生了一定的壓力，近幾年高校新生報(bào)到系統(tǒng)多采用單一的人臉識(shí)別，其應(yīng)用對(duì)認(rèn)證存在一定的誤差度，受不可抗拒因素影響，異地入學(xué)、登記、報(bào)考的通道也是高校新生辦理方式之一。劉仕華[8]將新生錄取照片、身份證照片和現(xiàn)場(chǎng)采集的三方照片進(jìn)行混合式識(shí)別，使用條形碼掃描、身份證閱讀器和虹軟ArcSoft Face 技術(shù)對(duì)學(xué)生身份信息進(jìn)行采集，大幅度提高了新生報(bào)到資格審查環(huán)節(jié)的效率。為確保在校生檔案管理的公平性與嚴(yán)肅性，人事檔案管理也在逐漸向著標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、數(shù)字化等方向發(fā)展。劉琳[9]提出依托人臉識(shí)別技術(shù)在體檢、高考、報(bào)到、錄取四個(gè)階段采集學(xué)生面部及個(gè)人信息可確保學(xué)生檔案記載信息的確定性和可靠性，有效核實(shí)考生真實(shí)身份，杜絕冒名頂替事件。曹鑫玉[10]結(jié)合學(xué)校現(xiàn)有的智慧校園考勤管理平臺(tái)，設(shè)計(jì)出一套基于人臉識(shí)別的高校師生自動(dòng)考勤系統(tǒng)。該系統(tǒng)能有效監(jiān)控校內(nèi)外人員進(jìn)出校園，同時(shí)設(shè)置師生進(jìn)出準(zhǔn)則，簡(jiǎn)化日常門(mén)衛(wèi)，宿管人員對(duì)進(jìn)出人員的登記流程，推動(dòng)高校智能化管理及應(yīng)用。

受奧密克戎變異毒株影響，智能化校園管理對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)提出新的要求和挑戰(zhàn)，目前，人臉識(shí)別技術(shù)在教育領(lǐng)域的典型應(yīng)用主要包括智慧校園管理（考勤、安防）、智能教室、智能考試監(jiān)測(cè)等，逐步貫穿學(xué)、考、評(píng)、管各個(gè)環(huán)節(jié)，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)教育教學(xué)的全面融入。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

人臉識(shí)別技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代，自20 世紀(jì)80年代以來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，真正投入使用是在20世紀(jì)90年代后期。人臉識(shí)別系統(tǒng)檢測(cè)的關(guān)鍵在于通過(guò)核心算法，對(duì)面部的顏色、輪廓、紋理、結(jié)構(gòu)或者直方圖特征等進(jìn)行人臉檢測(cè)技術(shù)，對(duì)檢測(cè)的結(jié)果做到快速分析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。目前，人臉識(shí)別手段是高校實(shí)施智能化教育管理的重要技術(shù)之一。

L. Boussaad 和 A. Boucetta提出人工智能技術(shù)中的人臉識(shí)別技術(shù)可以在不接觸的情況下，在被識(shí)別人最自然的狀態(tài)下完成身份識(shí)別[11]。采用體積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和hog算法構(gòu)建人臉識(shí)別技術(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠滿足面部識(shí)別的實(shí)時(shí)性要求，提高識(shí)別的準(zhǔn)確性。 Wang， WQ從計(jì)算機(jī)仿真的角度，提出了一種人臉表情識(shí)別算法與在線課程平臺(tái)相結(jié)合的框架[12]。利用設(shè)備中的攝像頭采集學(xué)生的面部圖像，通過(guò)FER算法對(duì)面部表情進(jìn)行分析，并將其分為8種情緒。J·Xiang將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于高校智能教育管理系統(tǒng)、宿舍管理系統(tǒng)、課堂考勤系統(tǒng)[13]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于Yolo模型的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法結(jié)合hog算法可以有效提高人臉識(shí)別特征信息的提取，提高識(shí)別效率，降低人臉識(shí)別的錯(cuò)誤率。J Yang從人臉識(shí)別系統(tǒng)在實(shí)際掃描時(shí)的準(zhǔn)確率、實(shí)時(shí)視頻處理的考勤系統(tǒng)的穩(wěn)定性、逃課率以及考勤系統(tǒng)的接口設(shè)置四個(gè)方向設(shè)計(jì)[14]。通過(guò)分析這些問(wèn)題的現(xiàn)狀，提出了基于人臉識(shí)別技術(shù)的考勤系統(tǒng)的概念，并對(duì)基于實(shí)時(shí)視頻處理的人臉識(shí)別考勤系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

綜上所述，以人臉識(shí)別為代表的人工智能技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的高校智能化管理中都已經(jīng)得到普遍的應(yīng)用。受技術(shù)發(fā)展的限制，國(guó)外人臉識(shí)別研究應(yīng)用偏向以從深度學(xué)習(xí)的理念去對(duì)智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)、特征識(shí)別、學(xué)習(xí)分析、情感反饋等方面進(jìn)行模型搭建和實(shí)驗(yàn)對(duì)比，以此技術(shù)作為記錄學(xué)習(xí)行為判斷依據(jù)之一。在國(guó)內(nèi)研究方面，人臉識(shí)別在參與學(xué)校教學(xué)環(huán)節(jié)方面的研究還較為缺乏，主要是集中在宿舍管理系統(tǒng)、課堂考勤系統(tǒng)、校園進(jìn)出管理登記、圖書(shū)館管理系統(tǒng)等實(shí)際學(xué)校服務(wù)應(yīng)用方面。

2 助力信息化智慧校園建設(shè)

隨著信息技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大學(xué)生對(duì)高校管理提出了越來(lái)越多的服務(wù)需求和建議，而高校傳統(tǒng)的教育管理體制和模式已經(jīng)不能滿足學(xué)生的需求，學(xué)校管理的安全也無(wú)法保證。同時(shí)，隨著高校規(guī)模的擴(kuò)大，原有管理人員所要承擔(dān)的管理任務(wù)也在不斷增加。但是傳統(tǒng)的管理模式效率低下，容易出錯(cuò)，使管理人員不得不進(jìn)行重復(fù)的工作，增加了時(shí)間和人力成本。

在信息化應(yīng)用高速發(fā)展時(shí)代，高校建設(shè)發(fā)展也需要跟進(jìn)時(shí)代的步伐，受奧密克戎變異毒株影響，高校內(nèi)部運(yùn)行管理也發(fā)生了變化，師生教學(xué)形式線上化、安全服務(wù)信息化、后勤保障數(shù)據(jù)化，考試應(yīng)用智能化等，這種高校管理模式的變革背后離不開(kāi)人工智能技術(shù)的支持。其中人臉識(shí)別技術(shù)具有唯一性，非接觸性、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，而且數(shù)據(jù)識(shí)別速度快，數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確性高，具有良好的用戶體驗(yàn)，在常態(tài)化校園管理中，人臉識(shí)別技術(shù)能大幅度提升高校管理者的辦公效率，解決教學(xué)、考試、校園安全等方面的困境，為教育信息化2.0環(huán)境下教學(xué)發(fā)展與管理運(yùn)行尋求新的契機(jī)。目前，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)在智能化校園建設(shè)中承擔(dān)非常重要的角色，以此技術(shù)為樞紐打通學(xué)校各管理面，運(yùn)行各環(huán)節(jié)的數(shù)字信息資源。

2.1 校園安全排查管理

奧密克戎的持續(xù)性防控和突發(fā)性變異讓高校必須具備動(dòng)態(tài)化管理和精準(zhǔn)化統(tǒng)籌雙重職能，學(xué)生管理工作面對(duì)著前所未有的挑戰(zhàn)。高校對(duì)在校生的身體健康管理與檢測(cè)須要做到更新快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)、普查廣。人臉識(shí)別技術(shù)在校園安保，宿舍門(mén)禁，食堂就餐等方面發(fā)揮了強(qiáng)大的監(jiān)管功能，從原始的“一卡通”到“一臉通”，檢測(cè)的數(shù)據(jù)也更為廣泛，“測(cè)溫計(jì)”“健康碼”“行程史”“最近核酸報(bào)告”等，這些功能能夠有效應(yīng)對(duì)突發(fā)情況下，學(xué)校師生健康的線上監(jiān)控和對(duì)進(jìn)出校園人員質(zhì)量進(jìn)行定點(diǎn)排查。以目前的人臉識(shí)別考勤系統(tǒng)為例，研究發(fā)現(xiàn)指紋考勤系統(tǒng)的錯(cuò)誤率在5% 左右[15]，會(huì)出現(xiàn)指紋打不到的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了考勤效率，特別是在大型考勤現(xiàn)場(chǎng)，更容易造成擁堵。但是，考勤系統(tǒng)存在員工為他人刷卡的現(xiàn)象，很難達(dá)到實(shí)時(shí)考勤的目的。與此對(duì)比，人臉識(shí)別系統(tǒng)具有更高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，降低人員密集時(shí)數(shù)據(jù)擁堵的可能性。人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用對(duì)保障在校師生的安全健康撐起了一把電子保護(hù)傘。

2.2 學(xué)生信息采集處理

人臉識(shí)別技術(shù)不僅體現(xiàn)在校園安全排查管理方面，在智能化校園建設(shè)上也發(fā)揮了強(qiáng)大的作用。以人臉識(shí)別到面部影像為基礎(chǔ)，上傳至學(xué)生信息服務(wù)中心，完成信息采集，將其與教學(xué)管理系統(tǒng)、宿舍管理系統(tǒng)、圖書(shū)館管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)、考試管理系統(tǒng)、校園安全監(jiān)控系統(tǒng)等對(duì)接[16]。通過(guò)API接口調(diào)用人臉庫(kù)的數(shù)據(jù)，再與第三方系統(tǒng)產(chǎn)生互聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的自動(dòng)匹配和實(shí)時(shí)調(diào)用。目前，在學(xué)校的宿舍管理、圖書(shū)館管理、線上教學(xué)、異地在線考試等方面都已投入應(yīng)用，展現(xiàn)其強(qiáng)大的信息采集和數(shù)據(jù)處理能力。在構(gòu)建高校智能化教學(xué)環(huán)境中，智慧教室逐漸納入高校智能化學(xué)習(xí)發(fā)展中。基于“深度學(xué)習(xí)”和“計(jì)算機(jī)視覺(jué)”等IT技術(shù)的人臉識(shí)別技術(shù)，通過(guò)在智慧教室課堂中通過(guò)捕捉人體行為和面部微表情捕捉，對(duì)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行學(xué)情分析，評(píng)估課程質(zhì)量，輔助教學(xué)綜合管理與評(píng)估。

2.3 防作弊在線考試應(yīng)用

人臉識(shí)別技術(shù)在高校考試中的應(yīng)用也十分廣泛，在嚴(yán)肅考風(fēng)考紀(jì)，保障考試質(zhì)量方面，人臉識(shí)別系統(tǒng)需要將數(shù)據(jù)庫(kù)圖像與待測(cè)人圖像比對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果確認(rèn)個(gè)體身份，因此相比人臉辨認(rèn)來(lái)說(shuō)，技術(shù)識(shí)別更加容易實(shí)現(xiàn)。將其應(yīng)用在考試系統(tǒng)中，可以準(zhǔn)確判斷參加考試的考生是否與圖像庫(kù)中的人為同一考生[17]。在各類(lèi)競(jìng)賽項(xiàng)目，政府性、國(guó)家級(jí)考試等大型考試項(xiàng)目上能夠有效杜絕替考現(xiàn)象，確保考試公平公正性。

目前，高校的考試形式多元化，傳統(tǒng)的紙質(zhì)考試存在資源浪費(fèi)、閱卷困難、難以排考等弊端。以人臉識(shí)別為核心技術(shù)的在線考試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)鷹眼檢索、雙機(jī)位檢測(cè)、動(dòng)作抓捕、微表情識(shí)別與分析等功能，可以減緩考務(wù)、監(jiān)考人員壓力，做到保障異地考生線上考試質(zhì)量。基于人臉識(shí)別技術(shù)的考試系統(tǒng)能夠做到遠(yuǎn)程身份驗(yàn)證和線上實(shí)時(shí)監(jiān)考，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的“云”考試與“云”閱卷。

3 總結(jié)

隨著高等教育的普及，大學(xué)生的數(shù)量和大學(xué)校園的規(guī)模不斷擴(kuò)大，校園教育管理問(wèn)題越來(lái)越突出。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)的創(chuàng)新，使構(gòu)建智能化教育管理服務(wù)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。雖然我國(guó)在人臉識(shí)別技術(shù)上的研究羽毛未豐，但高校的研究學(xué)者已經(jīng)在迎頭趕上，一些領(lǐng)軍人物已經(jīng)在人臉識(shí)別領(lǐng)域確立了自己的行業(yè)地位。以人臉識(shí)別為代表的人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可以幫助高校有效地提高校園工作效率管理與教學(xué)質(zhì)量，構(gòu)建智能化教育管理模式。