關(guān)于人臉識(shí)別技術(shù)與其應(yīng)用于智慧校園的思考

李迎 甘霖

摘要：隨著人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，其在安保系統(tǒng)、交通運(yùn)輸、電子商務(wù)、金融行業(yè)、刑偵查案等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。作為身份識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)手段，未來(lái)智能面部識(shí)別系統(tǒng)定會(huì)應(yīng)用于更多領(lǐng)域?！八⒛槨币褲B透到大眾生活的方方面面，智能人臉識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用于校園管理系統(tǒng)將打破師生工作生活某些環(huán)節(jié)的慣有模式，將帶給我們更良好的體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別；智慧校園；平安校園

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2019）04-0169-02

Abstract： Face recognition technology has been widely applied in security system， transportation system， electronic commerce， financial industry， criminal investigation system and other fields along with its development. As the key technology of identification， the intelligent face recognition system will extend to more fields in the future. ‘Face swiping has penetrated into every aspect of our lives. Intelligent face recognition system applies to campus management system will break some aspects of working and living that teachers and students were used to， and will bring us a better experience.

Key words： Face recognition； Smart campus； Safe campus

1 引言

人臉識(shí)別是計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究中的主要方向，其中包括人臉檢測(cè)識(shí)別、人臉驗(yàn)證等，人臉識(shí)別是將待識(shí)別的圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)中已存儲(chǔ)的圖像進(jìn)行匹配驗(yàn)證的過(guò)程，從而進(jìn)行身份的識(shí)別和認(rèn)定。目前人臉識(shí)別已在安保系統(tǒng)、交通運(yùn)輸、電子商務(wù)、金融行業(yè)、刑偵查案等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。“刷臉”已滲透到大眾生活的方方面面，人臉識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用于校園管理系統(tǒng)將打破師生工作生活某些環(huán)節(jié)的慣有模式，將帶給我們更良好的體驗(yàn)。

2 人臉識(shí)別技術(shù)

2.1 概述

人臉識(shí)別，又稱為人像識(shí)別，通常是借助于攝像設(shè)備進(jìn)行人的面部圖像采集或者直接分析含有人臉圖像（或視頻流）的數(shù)據(jù)信息，利用計(jì)算機(jī)人臉識(shí)別算法進(jìn)行圖像檢測(cè)和追蹤的一種生物識(shí)別技術(shù)。人臉識(shí)別的核心技術(shù)在于識(shí)別算法，另外識(shí)別準(zhǔn)確度以及識(shí)別效率作為衡量該算法的一般指標(biāo)[1]。

人臉識(shí)別需要有人臉檢測(cè)和人臉識(shí)別兩部分。人臉檢測(cè)是對(duì)于輸入的有效數(shù)據(jù)，通過(guò)相應(yīng)的算法以確定是否含有人臉，檢測(cè)到人臉后根據(jù)一定的生物學(xué)規(guī)律等方法對(duì)人臉進(jìn)行取證，所得的人臉特征和計(jì)算機(jī)中儲(chǔ)備的人臉特征進(jìn)行比對(duì)，最終得出人臉識(shí)別的結(jié)果[2]。最核心的就是關(guān)于采集圖像的人臉特征提取，但預(yù)處理也是必不可少的步驟，為特征提取的過(guò)程提供服務(wù)。如圖1所示。

2.2 算法

人臉識(shí)別技術(shù)是一門交叉學(xué)科，是數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)、生物技術(shù)等多門學(xué)科技術(shù)不斷融合的一個(gè)過(guò)程，從開(kāi)始單純的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)和模型處理，到后面基于機(jī)器學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，再到深度學(xué)習(xí)，人臉識(shí)別技術(shù)的每一次進(jìn)步都有鮮明的階段性特點(diǎn)。

人臉識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵在于核心算法，有效提升識(shí)別率和識(shí)別速度才能具有更強(qiáng)的實(shí)用性。1）幾何特征法：以面部特征點(diǎn)之間的距離和比率作為特征，通過(guò)最鄰近方法來(lái)識(shí)別人臉。2）模版匹配法：是一種基于整體的或概率統(tǒng)計(jì)方法。用一張完整的人臉來(lái)說(shuō)，馬爾可夫的狀態(tài)包括前額、眉毛、眼睛、鼻子、嘴和下巴，這些狀態(tài)以相同的順序從上到下出現(xiàn)，表現(xiàn)為隱馬爾可夫模型的特性狀態(tài)。3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在人臉識(shí)別上的優(yōu)勢(shì)就是在于可以通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，獲得對(duì)于人臉圖像規(guī)則隱形的一種表達(dá)。機(jī)器學(xué)習(xí)的最重要特點(diǎn)就是要用很多張人臉圖像進(jìn)行模型訓(xùn)練，在訓(xùn)練的過(guò)程中往往會(huì)對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行人為調(diào)整。簡(jiǎn)單說(shuō)就是將圖像信息轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的字符串），從而達(dá)到識(shí)別人臉的目的。（4）基于深度學(xué)習(xí)法：是一種復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)[3]。可以理解為人工智能自己開(kāi)發(fā)有效的辨別策略去解決人臉識(shí)別。

3 人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于智慧校園的思考

目前有些高校已逐步推進(jìn)人臉識(shí)別在校園中的應(yīng)用，例如浙江大學(xué)食堂開(kāi)通了“刷臉支付”的功能，操作流程簡(jiǎn)單，首先在人臉識(shí)別注冊(cè)機(jī)，刷臉綁定校園卡，就可以在餐廳，刷臉、取盤、取餐、就餐，全程無(wú)感支付，并且可以使用微信小程序，獲取實(shí)時(shí)就餐數(shù)據(jù)。武漢大學(xué)在園區(qū)門口安置了人臉識(shí)別閘機(jī)，賞櫻季受益良多。中山大學(xué)校園出入口門禁系統(tǒng)將引入智能人臉識(shí)別閘機(jī)，實(shí)行對(duì)全校教職工/學(xué)生、外來(lái)人員/預(yù)約訪客、VIP人員區(qū)分通過(guò)和管理，提升校園內(nèi)部的安保級(jí)別，打造智慧校園平安建設(shè)。

在校園管理中對(duì)于教師和學(xué)生的管理尤為重要，應(yīng)該杜絕代課，代簽到，代考試等情況的發(fā)生。人臉識(shí)別系統(tǒng)對(duì)于保證教學(xué)質(zhì)量、降低師生及監(jiān)護(hù)人的糾紛、教學(xué)事故等的發(fā)生具有積極作用。

3.1 一卡通系統(tǒng)

目前已有的一卡通系統(tǒng)可升級(jí)為“一臉通”，學(xué)生可“刷臉”出入校園、宿舍、教室、考場(chǎng)、圖書館等場(chǎng)景，可以進(jìn)行食堂、校園商店等場(chǎng)景“刷臉”支付便捷安全。

3.2 門禁系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、考試系統(tǒng)

目前的通用門禁系統(tǒng)主要有ID身份信息卡識(shí)別、指紋生物特征識(shí)別，主要是對(duì)授權(quán)用戶的訪問(wèn)以及非授權(quán)用戶禁止訪問(wèn)的一整套信息系統(tǒng)。人臉識(shí)別門禁基于先進(jìn)的人臉識(shí)別技術(shù)，可獨(dú)立使用也可以結(jié)合目前已有的成熟門禁系統(tǒng)聯(lián)合使用，實(shí)用性更高，更安全可靠。傳統(tǒng)的刷卡無(wú)法確定“誰(shuí)在真正的使用它”，而人臉識(shí)別是無(wú)法替代的。多種驗(yàn)證方式結(jié)合驗(yàn)證，更安全。

人臉考勤、考試系統(tǒng)可以分為直接刷臉和人證比對(duì)兩種。直接刷臉的識(shí)別策略是1：N，人證識(shí)別策略是需要對(duì)人員的證件找到人員系統(tǒng)中的存檔和當(dāng)前人臉1：1比對(duì)。效率、準(zhǔn)確率都會(huì)更高。

3.3 校園、宿舍安全管理系統(tǒng)

大多高校是開(kāi)放型園區(qū)，進(jìn)出師生及社會(huì)人員眾多。特殊時(shí)期會(huì)出現(xiàn)外來(lái)人員驟增的情況，對(duì)校園形成了巨大的安全、環(huán)境管理壓力，刷臉入園存檔有利于校方對(duì)人員的把控，便于校園安全管理。

宿管安全系統(tǒng)，通過(guò)人臉識(shí)別在宿舍考勤時(shí)間內(nèi)，自動(dòng)識(shí)別記錄學(xué)生歸寢考勤信息，生成考勤報(bào)表。無(wú)須學(xué)生排隊(duì)刷卡和設(shè)備操作，既節(jié)約了時(shí)間又避免了代打卡的行為。同時(shí)這些考勤報(bào)表能夠便于學(xué)校和宿管老師、輔導(dǎo)員實(shí)時(shí)了解學(xué)生住宿信息。預(yù)防外來(lái)人員和可疑人員進(jìn)出學(xué)生寢室，確保學(xué)生及學(xué)生財(cái)務(wù)的安全。

4 人臉識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及發(fā)展前景

4.1 優(yōu)點(diǎn)

首先在采集過(guò)程中用戶不需要和設(shè)備直接接觸，利用人臉主動(dòng)捕捉技術(shù)，識(shí)別用戶信息。與指紋、基因等其他人體生物特征識(shí)別系統(tǒng)相比，人臉識(shí)別更加友好、方便、自然，更容易被普通人接受，結(jié)果直觀，能夠不打擾正常生活情況下解決問(wèn)題，同時(shí)對(duì)表情、姿態(tài)等分析可獲得更多的有用信息。其次在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下可以進(jìn)行多個(gè)人臉的分揀、判斷及識(shí)別。最后，刷臉識(shí)別、支付等，用戶不必通過(guò)人工識(shí)別，直接通過(guò)人臉識(shí)別即可完成身份認(rèn)證，效率和準(zhǔn)確度也是相對(duì)可靠的。

4.2 缺點(diǎn)

許多因素會(huì)影響圖像數(shù)據(jù)的采集和提取結(jié)果，從而影響識(shí)別的準(zhǔn)確性。首先采集信息環(huán)境要求高，外界的環(huán)境、設(shè)備、光線和光照強(qiáng)度等因素要求較高。其次人臉有相似性，且有易變性。人會(huì)做出各種表情的變化，人臉角度的變化等，其中還有雙胞胎面容的高度相似、飾品，裝扮、胡須之類遮擋了人臉的局部區(qū)域會(huì)導(dǎo)致無(wú)法獲取全部信息給人臉識(shí)別技術(shù)增加了難度。

建立人臉識(shí)別系統(tǒng)，要想形成一定規(guī)模，其中對(duì)視頻采集設(shè)備要求較高，高清攝像頭要想覆蓋全面是筆不小的費(fèi)用支出。并且要求做規(guī)劃的時(shí)候更要從全局考慮，重點(diǎn)管理區(qū)域和公共場(chǎng)所拍攝監(jiān)控信息要進(jìn)行實(shí)時(shí)性傳送和處理，因?yàn)閷?duì)速度有要求所以設(shè)備成本也會(huì)較高。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，人臉識(shí)別技術(shù)從實(shí)驗(yàn)走向社會(huì)，進(jìn)入實(shí)用化階段。人臉識(shí)別在門禁系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)身份識(shí)別、攝影攝像領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用，隨著人臉識(shí)別技術(shù)的不斷成熟，其識(shí)別的可靠性和準(zhǔn)確率會(huì)進(jìn)一步得到提升，目前人臉識(shí)別已經(jīng)進(jìn)入生活，雖然人臉面部識(shí)別的研究非常復(fù)雜，但是作為身份識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)手段，未來(lái)智能面部識(shí)別系統(tǒng)定會(huì)應(yīng)用于更多領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙榮剛，賀慶民.計(jì)算機(jī)人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（4）.

[2] 人臉識(shí)別.https：//baike.baidu.com/item/%E4%BA%BA%E8%84%B8%E8%AF%86%E5%88%AB.

[3] 盧宏濤，張秦川.深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的應(yīng)用研究綜述*[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2016（1）.

【通聯(lián)編輯：王力】