考生身份識別系統的設計

◆胡柳 鄧杰 肖瑤星 盧艷芝 曾蒸

安全模型、算法與編程

考生身份識別系統的設計

◆胡柳 鄧杰 肖瑤星 盧艷芝 曾蒸

（湖南信息職業技術學院 湖南 410200）

隨著國家教育考試中的信息化應用程度越來越高，為了解決考生身份驗證過程中存在的核驗難度大、身份識別困難等問題，本文采用Microsoft Visual Studio 2012集成開發環境，結合EmguCV圖像處理工具包及PowerDesigner進行系統設計與編碼，設計了教育考試行業考生身份識別系統。該系統結合圖片特征提取與匹配技術，將國家教育考試中考生身份證、準考證、現場照片及報名系統中的照片信息進行人臉匹配，有效提高考試進場時考生身份的驗證速度，提高工作效率。

教育考試；考生身份識別；圖片特征提取；人臉匹配

1 引言

隨著國家教育考試中信息化應用程度越來越高，網絡報名、準考證打印、成績查詢等業務功能全都移植到網絡平臺上，但考生身份驗證，仍需要由監考人員核驗，且核驗難度、身份識別難度較大，容易出現代考等作弊情況。身份證識別儀在考生進入考場后可有效驗證考生的身份，但難以實現身份證、準考證和現場照片的有效匹配。因此，如何利用現代信息網絡技術，結合圖片特征提取與匹配技術，將國家教育考試中考生身份證、準考證及現場照片及網絡報名系統中的照片信息進行有效對比，提高考生的身份驗證技術、加快工作效率，成為亟待解決的重要問題。

當前考生身份識別領域的相關技術已逐步成熟，如利用指紋識別技術[1-3]、人臉識別技術[4-6]、虹膜識別技術[7-8]、物聯網技術[9]等，為考生身份識別研究提供了充分的技術支持。景晨凱等進行了基于DCNN的人臉識別技術在考生身份驗證中的應用研究，依托真實的考生數據集以及應用場景，基于GoogLeNet設計了一種更具表達能力更適用的網絡結構GoogLeNet-D。朱秀娟等則提出了一種將視頻進行分幀處理，并根據人臉特征設計考試身份驗證的分類器。

2 需求分析

2.1 可行性分析

本系統為小型應用系統，開發投入較小，主要為系統開發的過程中所需要的人力、設備、硬軟件，在經濟上是可行的。系統在結構上屬于本地應用型軟件，在特定情況下（管理員設置）才使用網絡模式，開發工具使用Microsoft Visual Studio 2012、數據庫管理工具采用Microsoft SQL Server 2012、圖片處理相關工具包采用EmguCV，因此，本系統在技術層面上可行。根據系統工作流程及用戶的使用習慣，將界面設計采用圖形化設計，明確各功能的邊界，在數據處理過程時對輸入和輸出進行嚴格的審查，判斷數據的有效性，提供盡可能多的可選擇項，減少用戶的輸入，保證系統不出現故障而中斷，使系統具有較高的可操作性。

2.2 功能需求分析

考生身份識別系統是應用在國家教育考試中，考生進場時進行身份識別的應用系統，人臉特征匹配，同時也完成考生的基本信息核驗。主要功能模塊有系統設置、考試基本信息設置、考生信息導入、網絡資源配置、人臉匹配設置、人臉匹配六個部分。功能模塊結構圖如圖1所示。

圖1 系統功能模塊結構圖

2.3 性能需求分析

本系統的系統功能較為簡單，只有設置功能和匹配功能，各功能模塊都應該較快實現其功能。其中設置功能是針對數據庫的操作，實現數據庫的增、刪、改、查，匹配功能是需要對人臉進行特征匹配，其所需時間稍長。具體如表1所示。

表1 系統性能表

2.4 非功能需求分析

非功能需求是指系統除功能需求之外的與系統相關的需求，主要包括性能需求、安全需求、兼容性需求、環境需求、操作需求、管理需求等。非功能需求是保證系統可持續運行的因素，也對系統運行的各方面進行把控。本系統主要是對考生信息、用戶數據進行保護、保證系統不被惡意數據操作或破壞，主要進行服務器的安全防護、處理數據進行嚴格審核，而系統的兼容性主要體現在操作系統的選用上，本系統支持的操作系統為Windows 7和Windows 10。系統需要使用EmguCV工具包，允許使用.Net語言來調用EmguCV函數，如C#、VB、VC++等。

3 功能模塊設計

3.1 系統邏輯結構設計

本系統采用客戶機/服務器模式結構，關鍵功能模塊為人臉匹配，通過對考生信息和人臉進行匹配，獲取考生身份真實性的過程。

系統工作過程可分為“三角色三過程”，三角色指考生、系統管理員和監考員，三個過程是指考生身份匹配前、匹配中和匹配后?？忌矸萜ヅ淝坝上到y管理員進行系統相關的設置，如添加考試基本信息、設置網絡資源、編輯考生基本信息等。匹配中由監考員通過掃描將考生身份證信息讀入系統，并利用攝像頭即時拍攝考生人臉頭像，系統將即時對考生身份信息進行核驗，人臉特征匹配。匹配后將考生身份識別結果以設置的顏色在系統中以醒目方式提醒監考員，并將未通過的考生信息寫入數據庫，以便于后續的處理。系統邏輯結構圖如圖2所示。

圖2 系統邏輯結構圖

3.2 功能設計

3.2.1系統設置模塊

管理員提供密碼后設置數據庫服務器地址、數據庫登錄名及密碼、管理員密碼等業務，由管理員執行完后將最新數據存入數據庫。

3.2.2考試基本信息設置模塊

管理員提供密碼后設置考試名稱、年份月份、場數、考室數量、每場人數、考生信息維護、考試信息管理等。管理員輸入正確的密碼后，可在平臺上開展添加考試、刪除考試及對考生信息進行維護等業務。模塊流程如圖3所示。

3.2.3網絡資源配置模塊

網絡資源配置包括：管理員提供密碼后進行考試網絡資源管理與配置，對于報考資源存在于網絡服務器時，可以直接設置本次考試考生信息資源所在的網絡資源地址。如果考試的考生信息存在于“網絡”時，本模塊需要在線進行信息匹配，完善必要的字段信息。

圖3 考試基本信息設置流程圖

3.2.4人臉匹配設置模塊

管理員提供密碼后可以設置匹配項，如報名照片、準考證照片、身份證照片、現場照片等，同時對照片對比閾值設置、匹配成功的提示顏色、匹配不成功的顏色等進行設定。

3.2.5考生信息導入模塊

現場監考員根據考試項目從數據庫下載考生數據到本地，用于現場人臉匹配及考生信息對比，若未查詢到則進行相應的提示。

3.2.6人臉匹配模塊

現場監考員讀取考生身份證信息與考生數據對比，正確之后再根據系統設置來匹配人臉圖片，其結果如果符合設定的閾值標準即給出相應的結果，將結果按顏色來進行顯示。

4 數據庫設計

本系統涉及有考生、身份證、識別系統、監考員、攝像頭、管理員，為了完成系統的各項功能，涉及的實體有：系統、監考員、考試、考生、網絡資源、異常考生、人臉匹配。

系統（編號、數據庫地址、數據庫名、數據庫登錄名、數據庫登錄密碼、管理員密碼）；

監考員（編號、姓名、用戶名、登錄密碼、聯系電話）；

考試（編號、考試編碼、考試名稱、考試人數、考試批次、考場數量、考場人數、考試時間_起、考試時間_止、網絡資源、備注）；

考生（編號、姓名、性別、身份證號、考試項目、考試批次、考場、座位號、照片）；

網絡資源（編號、考試項目、姓名資源、身份證號資源、考試批次資源、考場資源、座位號資源、照片資源）；

異?？忌ň幪枴⒖荚図椖俊⒖忌幪枴惓Ｇ闆r）；

人臉匹配（編號、考試項目、準考證照片匹配、報名照片匹配、身份證照片匹配、現場照片匹配、照片匹配閾值、正常顏色、異常顏色）。

采用PowerDesigner對系統的實體及其屬性進行繪制，系統E-R圖如圖4所示。

圖4 系統E-R圖

5 界面設計

本系統各功能模塊的進入是從系統主窗口中進入，通過各功能菜單進入到相應的設置和使用界面，完成考生身份的識別。功能較為簡單，人機交互數據較少，界面風格采用系統默認的網絡，不改變表單、報表、列表等控件的外觀樣式。人臉匹配界面如圖5所示。

圖5 人臉匹配界面

6 總結

教育考試是體現公平公正的重要性活動，防止代考作弊行為能有效維護考試權威。本文以照片對比識別為出發點，將考生的報名照片、準考證照片、身份證照片及現場照片進行匹配，有效完成考生信息核驗，提高國家教育考試的公平公正性。本文在系統框架及功能設置上還有待進一步研究，同時，對于人臉匹配技術還需要不斷創新，在提高匹配效果的同時不影響匹配效率，不斷提高教育考試行業考生身份識別的效率。

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湖南省教育科學“十三五”規劃2018年度教育考試研究專項課題（XJK018JKB023）