基于Visual C#與百度AI的學生人臉比對系統的設計與實現

杜瑞慶 李庚辰

摘要：隨著人臉識別技術的發展，通過“人臉比對”技術找出冒名頂替上大學人員成為現實。人臉比對是通過提取照片的特征值進行比對，得到置信度進而判斷是否為同一人。在Visual C#與百度AI基礎上開發和設計了學生人臉比對系統，通過對比同一名學生在各時期學籍照片、身份證照片進而找出冒名頂替的可疑者，確保招生公平公正，維護高校辦學秩序，促進教學改革。論文從開發背景、人臉比對理論、百度AI人臉識別功能、學生人臉比對系統的設計與實現等方面進行了闡述。

關鍵詞：百度AI；人臉比對；特征值；Visual C#；教學改革

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）13-0039-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

隨著互聯網技術和信息化的發展，教育現代化信息化越來越得到重視。普通高等學校的學生信息的正確性對于確保招生公平公正、維護高校辦學秩序起到非常大的作用，新生入學資格復查和學籍電子注冊工作的重要性不言而喻。各高校必須嚴格按照《普通高等學校學生管理規定》和學籍電子注冊規定，認真開展新生入學資格復查，并通過“人像比對”等技術嚴防冒名頂替。目前，各高校選擇百度AI作為人像比較的技術越來越多[1]，因此，開發一款能夠高效準確比對照片的系統成為必然。

1 人臉比對理論

人臉比對，是通過對人臉區域的特征進行對比，對比兩張或多張圖像中的人臉信息，分析面部特征，進行比較和匹配的過程，根據人臉的相似度判斷是否為同一人或者在人群中找到目標人物，人臉比對基于的理論基礎主要包括人臉特征提取、特征匹配算法和人臉識別模型訓練等。

在這個過程中，還應建立人臉數據庫，所謂人臉數據庫，是指建立一個包含多個人臉圖像及其特征向量的數據庫，通過數據庫中的信息使得在人臉比對時可以快速地檢索和匹配數據。并且使用人臉數據庫可以對不同的識別度進行客觀分析和評估，提高系統的響應速度和系統的靈活性能。

在比對過程中，每張照片都需要首先進行人臉檢測，其中包括性別、年齡、表情、人臉角度、眼部狀態、嘴部狀態、視線檢測，由此找到關鍵點坐標，這些關鍵點包括人臉輪廓、眼睛、眉毛、嘴唇及鼻子輪廓。根據關鍵點設定坐標，準確識別面部五官屬性，包括三庭五眼及面部各部位，包括眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴、下巴等屬性分類，進行面部特征值抽取，形成數字特征向量[2]。隨著圖像識別技術的研究深入，面部特征識別由最初幾個點已經擴展到相當數量的面部特征點，特征點數量的選擇可以根據所研究的內容進行選取，圖1為一些常用的人臉特征的位置以及標定順序。

在成功獲取兩張圖片的面部特征后，檢測并標識圖片中的關鍵點信息，包括人臉的五官與輪廓，這些關鍵點信息數量甚至會超過1 000，同時得到人的臉框坐標。通過將這些關鍵點連接，生成曲線，可以得到人臉照片中的五官區域和輪廓。將兩張圖片的五官區域和輪廓進行對比評分，最終得到一個范圍在[0，100]以內的結果置信度，數字越大越表示兩張照片中人臉可能來自同一個人。高校可以根據學生兩張或多張照片采集時間的遠近設置一定的置信度作為是否同一人的標準[3]。

2 百度AI人臉識別功能

百度AI（Artificial Intelligence，人工智能）開放平臺致力于將圖像、語音、自然語言、視頻、知識圖譜等技術通過API （Application Programming Interface，應用編程接口）、SDK（Software Development Kit，軟件開發工具包）等簡單易用的方式向企業及開發者全面開放人工智能技術[4]。百度AI人臉離線識別SDK，包含人臉采集、活體檢測、人臉對比、識別、人臉庫管理等能力，并全部離線化、本地化，可完全在無網環境下工作，所有數據皆在設備本地運行處理，可根據業務需要進行上層開發。百度AI的人臉識別的精準度達到了99%以上，且提供了離線SDK，為各高校開發學生人臉比對系統提供了技術支撐。

3 學生人臉比對系統的設計

學生人臉比對系統需要解決的問題與方案如下所示：

1） 選擇什么時期的照片進行對比？為了找出冒名頂替者，需要選取學生高中學籍照片、大學入學照片、大學畢業照片、身份證照片分別進行對比。大部分照片可以從“中國高等教育學生信息網（學信網）”上獲取，包括高中學籍照片、大學畢業照片等，大學入學時可通過照片采集獲取學生入學照片，身份證照片可通過身份證讀卡器進行讀取。

2） 照片如何命名與存儲？照片采集結束后，以身份證號命名，放在不同文件夾。所有照片都以身份證命名，便于人臉比對時提高搜索速度，最終提高比對速度。

3） 置信度的設置？由于學生不同照片之間的拍攝時間間隔較長，置信度不宜設置過大。該比對系統將大于75%的兩張人臉照片認定為同一學生照片，結果為“是”；將50%～74%的認定為可疑，結果為“可能是”；將50%以下的認定為不是同一學生照片，結果為“否”。

4） 比對結果的保存？要對大量照片進行比對，百度AI線下SDK提供了便利，為了更好保存比對結果，將比對結果存儲到“.csv”文件中，也便于后期進行統計與分析。

項目流程如圖2所示。

4 學生人臉比對系統的實現

Visual C#是美國微軟公司開發的C#編程語言規格之集成開發環境使用者接口，便于開發Windows窗體應用。Microsoft Visual Studio系列中包含 Visual C#，這是通過功能齊全的代碼編輯器、項目模板、設計器、代碼向導、功能強大且易于使用的調試器以及其他工具實現的。通過 .NET Framework 類庫，可以訪問多種操作系統服務和其他有用的精心設計的類，這些類可顯著加快開發周期。正是依托這些強大的特性和能力，使得Visual C#成為一個被廣泛應用于各種開發領域的強大開發工具。

此外，Visual C#中還提供了圖形界面設計工具，通過可視化的操作，可以快速地生成Windows窗體等程序應用元素[5]。在學生人臉比對系統中，為了便于使用者使用，采用Visual C#開發了圖形界面，如圖3所示。

在運行人臉比對系統時，首先點擊“文件夾1”與“文件夾2”選擇需要比對的照片文件夾，文件夾中的照片均以身份證號命名。然后，點擊“人臉比對”，調用百度AI離線SDK中的函數對相同身份證的照片進行比對，并在下方文本框中顯示比對結果。之后點擊“導出結果”，形成簡易對比報告，并且以Word文檔形式存儲在文件夾1中；當出現“導出成功”的界面，點擊“確定”打開導出的Word文檔，在Word文檔中便可以看到導出的學生人臉比對系統簡易報告，系統比對結果包括照片的對比度，對比結果和簡要總結等有關信息，圖4為Word文檔部分內容。

對比結束后，文件夾1中將增加6個文件夾與2個文件，文件夾目錄中只剩下結果“是”的照片。

1） dir2Nofile文件夾：存儲結果為“不存在”的照片，即文件夾1中有文件夾2中沒有的照片。

2） doubt文件夾：存儲結果為“可能是”的原文件夾1中的照片。

3） doubtDir2文件夾：存儲結果為“可能是”的原文件夾2中的照片。

4） rightDir2文件夾：存儲結果為“是”的原文件夾2中的照片。

5） wrong文件夾：存儲結果為“否”的原文件夾1中的照片。

6） wrongDir2文件夾：存儲結果為“否”的原文件夾2中的照片。

7） “日期時間.csv”文件：存儲對比結果，與主界面結果一致，便于進行排序、匯總等操作，如圖5所示。

8） “output日期時間.docx”文件，照片對比結果文件。

5 結束語

百度AI提供的離線SDK為開發學生人臉比對系統提供了技術支撐，用于幫助開發者更加便捷、更加高效地使用技術和產品。在離線SDK中，學生人臉比對系統可以直接在本地設備上進行計算相似度、特征提取和人臉檢測的有關功能操作，具備高效快速等方面的優點。學生人臉比對系統通過對大量照片的高效準備比對，找出可疑者，為后續驗證工作奠定了良好的基礎，確保招生公平公正，維護了高校辦學秩序，保障了高校的教學質量，促進了教學改革。幫助高校實現更好的數字化、現代化和智能化的管理，大大提高了教育的信息化建設發展水平。

參考文獻：

[1] 黎智輝，謝蘭遲，王桂強，等.基于人臉特征相似度分數似然比的人臉比對方法[J].刑事技術，2019，44（1）：1-8.

[2] 劉鵬.人臉識別技術在安防領域的實踐應用[J].通訊世界，2018（9）：228-229.

[3] 嚴輝，邢子昊.基于人臉識別技術的門禁系統軟件設計[J].電子技術與軟件工程，2020（22）：34-35.

[4] 史遠航，饒欣宇，解佳坤，等.基于百度AI的人臉識別新生報到系統設計與實現[J].網絡安全技術與應用，2021（6）：43-45.

[5] 杜聰，杜文華，曾志強，等.基于Visual C＃的圖像實時采集及處理[J].計算機工程與設計，2014，35（8）：2939-2943.

【通聯編輯：謝媛媛】