人臉識(shí)別技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用

牟國(guó)棟 譚俏俏 李田來(lái) 劉亮

摘要：從數(shù)字校園到智慧校園，該校已逐步完成數(shù)據(jù)治理項(xiàng)目建設(shè)。2020年新冠疫情的到來(lái)加速推動(dòng)了該校的信息化建設(shè)，其中人臉信息庫(kù)已完成建設(shè)，并成功應(yīng)用在門禁出入、教師上課、就餐支付、刷臉乘車等方面。人臉識(shí)別具有唯一性、便捷性、非接觸性、非侵?jǐn)_性、并發(fā)性等特點(diǎn)，在應(yīng)用過(guò)程中暴露出采集不規(guī)范、安全性風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。該文結(jié)合山東師范大學(xué)人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用案例，對(duì)人臉識(shí)別應(yīng)用過(guò)程中暴露出的問(wèn)題，分析問(wèn)題原因，并提出人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用策略規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：智慧校園;人臉識(shí)別;場(chǎng)景應(yīng)用;特征識(shí)別

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）16-0190-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Application of Face Recognition Technology in Smart Campus

MOU Guo-dong， TAN Qiao-qiao， LI Tian-lai， LIU Liang

（Shandong Normal University， Jinan 250014， China）

Abstract： From digital campus to smart campus， our university has gradually completed the construction of data governance projects. Due to the arrival of new coronavirus epidemic in 2020， the information construction of our school has been accelerated， among them， face information database has been completed and successfully applied in access control， teachers attending classes， meal payment， and detecting faces in university buses. Face recognition has the characteristics of uniqueness， convenience， non-contact， non-intrusiveness， and concurrency， which exposes problems such as irregular collection and security risks during application process. This article combines the application case of Shandong Normal University's face recognition technology， analyzes the problems exposed in the process of face recognition application， and put forward a strategic plan for the application of face recognition technology.

Key words： smart campus; face recognition; application scenario; feature recognition

隨著高校信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，生物識(shí)別技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，生物特征數(shù)據(jù)可以將服務(wù)對(duì)象轉(zhuǎn)移到個(gè)人身上，通過(guò)對(duì)個(gè)人特征數(shù)據(jù)例如指紋、虹膜、聲紋、人臉等內(nèi)容的采集和識(shí)別，實(shí)現(xiàn)完全針對(duì)個(gè)人的人性化加密手段[1]。其中，人臉識(shí)別的應(yīng)用更加推動(dòng)了高校從數(shù)字校園到智慧校園的進(jìn)步。國(guó)內(nèi)部分高校的信息化部門已悄然開啟了校園數(shù)據(jù)治理工作，人臉數(shù)據(jù)作為高校數(shù)據(jù)資產(chǎn)中的一部分，應(yīng)該得到重視和應(yīng)用。人臉識(shí)別算法從早期的幾何特征算法到現(xiàn)在基于深度學(xué)習(xí)的算法，識(shí)別率幾乎接近百分之百。同時(shí)，以人臉識(shí)別為主要業(yè)務(wù)的商湯、曠視等科技公司，已經(jīng)上市相關(guān)成熟產(chǎn)品，并廣受各行業(yè)消費(fèi)企業(yè)歡迎。2020年新冠疫情的突然到來(lái)，無(wú)接觸式的人臉識(shí)別應(yīng)用順勢(shì)在我校得到推廣，人臉識(shí)別技術(shù)在高校智慧校園中的應(yīng)用勢(shì)在必行，同時(shí)在應(yīng)用過(guò)程中暴露出的問(wèn)題也亟需解決。

1校園人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景

智慧校園環(huán)境下，高校人臉識(shí)別技術(shù)借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等，有著很大的應(yīng)用空間和發(fā)揮余地。在部分高校中，人臉識(shí)別主要應(yīng)用于門禁出入、考勤管理、教工上課、就餐支付、圖像識(shí)別等。門禁出入：一般指高校校園門口、宿舍門口出入地點(diǎn)，師生通過(guò)在閘機(jī)前刷臉出入，人臉識(shí)別作為師生身份驗(yàn)證的工具;考勤管理：一般用于教職工刷臉考勤或?qū)W生上課刷臉考勤，由于人臉具有不可替代性，極大地提高了考勤的準(zhǔn)確性;教工上課：隨著智慧教室的普及，我校已經(jīng)實(shí)現(xiàn)部分教室的智慧化建設(shè)，擁有一套完備的軟硬件設(shè)備，教職工通過(guò)刷校園卡或者刷臉即可開啟設(shè)備。就餐支付：我校已實(shí)現(xiàn)教職工餐廳刷臉就餐支付，通過(guò)刷臉支付，極大地便捷了全校教職工。圖像識(shí)別：該功能主要應(yīng)用于校園攝像頭錄制的非結(jié)構(gòu)化視頻數(shù)據(jù)，在視頻信息中識(shí)別人臉信息，可實(shí)現(xiàn)批量無(wú)感知人臉信息的識(shí)別。

1.1身份認(rèn)證，“行走的身份證”

人臉識(shí)別作為身份驗(yàn)證的生物識(shí)別工具之一，具有唯一性和無(wú)接觸性。廣泛應(yīng)用于校園、宿舍門禁，考試身份驗(yàn)證等，有效保障了校園安全，杜絕外來(lái)人員，防止考試替考等現(xiàn)象的發(fā)生。2020年新冠肺炎疫情的到來(lái)，推動(dòng)了我校信息化建設(shè)中的人臉庫(kù)的建設(shè)。由于人臉識(shí)別的無(wú)接觸性，極大地便捷了校內(nèi)廣大教職工，有效防止了疫情期間的交叉感染。

1.2教務(wù)教學(xué)，上課考勤的“小助手”

在部分高校的教務(wù)教學(xué)過(guò)程中，已經(jīng)普遍開始使用人臉識(shí)別技術(shù)。由于人臉的不可替代性，有效保障了上課的簽到率，便捷了廣大教職工。學(xué)生上課刷臉簽到，在識(shí)別簽到的同時(shí)，也將簽到時(shí)間等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至日志，實(shí)現(xiàn)了上課簽到的自動(dòng)化、信息化。同時(shí)，我校已完成部分教室的智慧教室建設(shè)，教職工如忘記攜帶校園卡，可以刷臉開啟機(jī)器，保障了學(xué)生上課按時(shí)進(jìn)行。

1.3生活消費(fèi)，就餐、購(gòu)物、乘車支付的備選方案

校園一卡通作為師生身份驗(yàn)證的有效證件和就餐、購(gòu)物、乘車的支付工具，便捷了廣大師生。為了讓支付更為多樣性，我校已實(shí)現(xiàn)部分餐廳、班車刷卡機(jī)的聚合支付功能，不但可以刷卡支付，也可以掃碼、刷臉支付。人臉識(shí)別作為一項(xiàng)備選支付手段，首先在教職工群體推廣開來(lái)。

1.4校情分析，“大數(shù)據(jù)”下動(dòng)態(tài)無(wú)感知人臉識(shí)別

對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如視頻錄像的分析，存在分析難度大，分析時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別算法的實(shí)現(xiàn)使人臉識(shí)別技術(shù)由平面的、靜態(tài)的識(shí)別向動(dòng)態(tài)的、立體的層面發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了人臉識(shí)別過(guò)程無(wú)停留，實(shí)現(xiàn)快速的動(dòng)態(tài)抓拍和識(shí)別，動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于公共安全、刑偵、金融、交通等各個(gè)領(lǐng)域[2]。商湯、曠視等人臉識(shí)別公司擁有一套無(wú)感知?jiǎng)討B(tài)人臉識(shí)別采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以完成流動(dòng)人員人臉信息的即時(shí)采集，廣泛應(yīng)用于考試、宿舍、餐廳等。保障考試過(guò)程、宿舍出入人員的即時(shí)錄入，有據(jù)可查;同時(shí)可以有效分析餐廳人員流動(dòng)情況，將該功能開放給學(xué)生后，學(xué)生可以根據(jù)走勢(shì)避開餐廳高峰時(shí)段。當(dāng)該系統(tǒng)部署遍布于校園時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)全校人員流動(dòng)分析，有效輔助領(lǐng)導(dǎo)決策，避免事故、災(zāi)害等的發(fā)生。

2智慧校園建設(shè)中人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題

人臉識(shí)別系統(tǒng)主要包括四個(gè)組成部分，分別為：人臉信息采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、匹配識(shí)別。正是這樣的一個(gè)過(guò)程，使人臉識(shí)別具有唯一性、非接觸性等特點(diǎn)，師生在享受人臉識(shí)別帶來(lái)的便利的同時(shí)，也逐漸暴露出了人臉識(shí)別存在的問(wèn)題。

2.1應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1）唯一性：人臉識(shí)別作為身份驗(yàn)證的工具之一，具有唯一性。每個(gè)人都擁有一張獨(dú)特的臉，由于人臉識(shí)別的唯一性，使其同時(shí)具有不可替代性;

2）便捷性：隨著智能手機(jī)的普及，人臉識(shí)別照片采集更加便捷和迅速，人們使用自己的手機(jī)就可以隨時(shí)隨地采集人臉照片并上傳;

3）非接觸性：人臉識(shí)別具有非接觸即可識(shí)別的特點(diǎn)。即在識(shí)別過(guò)程中被識(shí)別者不用與特定儀器有身體接觸，不易激起其反感，同時(shí)也是一些特定人群（如潔癖患者）的福音[1]。由于新冠疫情的到來(lái)，助推我校人臉識(shí)別技術(shù)迅速應(yīng)用。尤其是在門禁系統(tǒng)刷臉出入校門方面，減少了疫情期間人員聚集、交叉感染的風(fēng)險(xiǎn);

4）非侵?jǐn)_性：人臉識(shí)別無(wú)須干擾人們的正常行為就能較好達(dá)到識(shí)別效果，無(wú)須擔(dān)憂被識(shí)別者是否愿意將手放在指紋采集設(shè)備上，他們的眼睛是否能夠?qū)?zhǔn)虹膜掃描裝置等等。只需在攝像機(jī)前自然地停留片刻，用戶的身份就會(huì)被正確識(shí)別[3];

5）并發(fā)性：在無(wú)感知人臉采集設(shè)備中，可以并發(fā)批量識(shí)別并采集流動(dòng)人員的人臉信息。這對(duì)于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，這更像一種“半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)”。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，讓數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)變得不再困難。

2.2人臉識(shí)別應(yīng)用問(wèn)題

1）人臉信息采集不規(guī)范

人臉識(shí)別信息采集具有便捷性的特點(diǎn)，人們使用手機(jī)即可采集人臉信息，但采集的人臉照片存在不規(guī)范等問(wèn)題。首先是在人臉采集軟件開發(fā)角度，除了必須在軟件中打開本地相機(jī)采集照片外，還應(yīng)對(duì)采集的照片完整性進(jìn)行檢測(cè)，不能允許有遮擋、有假人臉等照片上傳。其次，有的軟件還可以上傳手機(jī)相冊(cè)照片，即使對(duì)大家進(jìn)行了友情提醒，還是存在很多人上傳增加美顏、濾鏡、修圖，遮擋臉部、角度歪斜、姿態(tài)多端等不規(guī)范照片。勢(shì)必增加管理員照片審核難度，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致人臉識(shí)別設(shè)備終端的匹配認(rèn)證失敗。

2）人臉識(shí)別過(guò)程不可控因素較多

目前基于深度學(xué)習(xí)的人臉識(shí)別算法雖然超越了真人識(shí)別的準(zhǔn)確率，但由于照片采集不規(guī)范和識(shí)別過(guò)程中姿態(tài)、光照、表情、年齡、眼鏡一類物品遮擋等不可控因素，識(shí)別率無(wú)法達(dá)到百分之百。如光照條件可能因?yàn)楣庹盏膹?qiáng)度以及角度變化而發(fā)生改變[4]，在門禁出入場(chǎng)景下用戶體驗(yàn)下降，在餐廳等支付設(shè)備上將導(dǎo)致支付失敗，產(chǎn)生不必要的糾紛。

3）安全性風(fēng)險(xiǎn)

由于人臉識(shí)別技術(shù)給人們帶來(lái)的便捷性等特點(diǎn)，同時(shí)也存在著安全風(fēng)險(xiǎn)等麻煩。主要表現(xiàn)為：

①欺騙識(shí)別。人臉信息數(shù)據(jù)被不法分子盜取后，對(duì)個(gè)人生命財(cái)產(chǎn)產(chǎn)生不必要的威脅。人臉識(shí)別設(shè)備多數(shù)為2D識(shí)別，少數(shù)3D人臉識(shí)別，不法分子可以通過(guò)照片或制作3D面具模型等方式，騙過(guò)人臉設(shè)備，實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證。

②存儲(chǔ)安全。高校人臉信息庫(kù)建成后，一般存儲(chǔ)于機(jī)房數(shù)據(jù)中心，容易引起網(wǎng)絡(luò)黑客的“關(guān)注”，雖然機(jī)房部署有防火墻等軟硬件防護(hù)設(shè)備，但當(dāng)存儲(chǔ)有大量有價(jià)值“數(shù)據(jù)資產(chǎn)”時(shí)，網(wǎng)絡(luò)黑客會(huì)不惜一切代價(jià)獲取數(shù)據(jù)。因此，存儲(chǔ)安全將受到一定威脅。

③法律糾紛。2019年10月，杭州某野生動(dòng)物園未經(jīng)游客允許，強(qiáng)制收集游客人臉照片被起訴。由于人臉信息為個(gè)人隱私的生物信息，法律法規(guī)方面，還需要進(jìn)一步明確，以免帶來(lái)不必要的麻煩。

3校園人臉識(shí)別應(yīng)用策略規(guī)劃

高校人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用無(wú)疑為大家?guī)?lái)便利，但產(chǎn)生了諸多問(wèn)題，存在一定安全隱患，這些問(wèn)題亟需解決。現(xiàn)做出如下分析和規(guī)劃：

3.1 人臉識(shí)別不能作為身份驗(yàn)證的唯一手段

多種生物識(shí)別技術(shù)將長(zhǎng)期共生共存，當(dāng)前人臉識(shí)別技術(shù)還達(dá)不到人類預(yù)期目標(biāo)，對(duì)于一些安全性要求高的特殊行業(yè)，如金融行業(yè)，人臉識(shí)別技術(shù)很容易被不法分子攻破漏洞并進(jìn)行身份造假，因此需要將多種生物特征識(shí)別技術(shù)的融合應(yīng)用（如活體檢測(cè)、虹膜識(shí)別、指紋識(shí)別等）以進(jìn)一步提高身份識(shí)別的整體安全性、識(shí)別率[5]。2020年全國(guó)研究生考試，山東省統(tǒng)一采用人臉識(shí)別進(jìn)入考場(chǎng)的驗(yàn)證方式，由于人臉識(shí)別設(shè)備無(wú)法100%驗(yàn)證成功，學(xué)生還需要準(zhǔn)備好相應(yīng)的證件以備查驗(yàn)。類似身份驗(yàn)證場(chǎng)景下，均存在此類問(wèn)題，應(yīng)該提前做好工作預(yù)案。

3.2 為保證采集者即是本人，需加入人臉信息比對(duì)策略

在我校人臉采集系統(tǒng)中，由于人臉識(shí)別初步采集不規(guī)范，加入了人臉比對(duì)功能。即通過(guò)比對(duì)升學(xué)入校證件照，核實(shí)人臉信息，有效防止了非本人采集等現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)，人臉信息采集系統(tǒng)應(yīng)規(guī)范采集流程，指引被采集者有效完成人臉信息的采集。

3.3 人臉設(shè)備需精準(zhǔn)識(shí)別人臉信息

人臉會(huì)在正常情況下發(fā)生一些自然改變，包括年齡、化妝、整容、遮擋等。人臉識(shí)別算法應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)，以便精準(zhǔn)識(shí)別自然改變狀態(tài)下的人臉。在人臉識(shí)別場(chǎng)景，應(yīng)提供良好的光照等環(huán)境設(shè)施，以便準(zhǔn)確、快速地完成認(rèn)證、支付等，提升師生的使用體驗(yàn)。

3.4 人臉識(shí)別安全應(yīng)制定信息標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

高校在人臉識(shí)別應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)結(jié)合法律法規(guī)和高校規(guī)章制度制定人臉信息庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，規(guī)范人臉信息的存儲(chǔ)和使用，防止人臉信息濫用以及產(chǎn)生不必要的糾紛。

4 結(jié)束語(yǔ)

人臉識(shí)別作為生物識(shí)別的工具之一突飛猛進(jìn)，為社會(huì)帶來(lái)了便利，在高校身份驗(yàn)證、教務(wù)教學(xué)、生活消費(fèi)、校情分析等方面得到廣泛應(yīng)用，提高了學(xué)習(xí)工作效率，同時(shí)在輔助領(lǐng)導(dǎo)決策，助力高校發(fā)展上發(fā)揮了重要作用。但在該技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，為更好地保障人臉識(shí)別應(yīng)用的安全，降低信息泄露風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)在采集、傳輸、使用、存儲(chǔ)過(guò)程中加以防范，制定嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，正確地使用人臉信息。只有超前謀劃，做好信息化規(guī)劃，才能讓人臉識(shí)別技術(shù)在智慧校園建設(shè)中發(fā)揮其不可替代的作用。

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