基于OpenCV的“易趣閣”智慧校園服務(wù)小程序

摘" 要：為了滿足在校大學(xué)生多樣化服務(wù)的需求，該文設(shè)計并開發(fā)“易趣閣”智能服務(wù)微信小程序，主要功能包括校園導(dǎo)航服務(wù)、生活資訊服務(wù)、二手交易服務(wù)和代取物品服務(wù)。采用基于OpenCV的人臉識別算法進行身份認證，保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。該小程序可以幫助師生更便捷地熟悉校園環(huán)境，接收校園信息，處理日常生活中的各種問題，為在校教職工和學(xué)生提供更為便捷、高效、可靠的校園服務(wù)。

關(guān)鍵詞：微信小程序；智慧校園；OpenCV；人臉檢測；人臉識別

中圖分類號：TP311.5" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）31-0059-04

Abstract： In order to meet the diversified service needs of college students， this paper designs and develops the \"eBay\" intelligent service WeChat Mini Programs， whose main functions include campus navigation service， life information service， second-hand transaction service and goods collection service. The face recognition algorithm based on OpenCV is used for identity authentication to ensure the security and reliability of the system. The Mini Program can help teachers and students to familiarize themselves with the campus environment， receive campus information， and deal with various problems in daily life to provide more convenient， efficient and reliable campus services for staff and students.

Keywords： WeChat Mini Programs; Smart Campus; OpenCV; face detection; face recognition

隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，基于微信宿主的微信小程序也應(yīng)運而生，其服務(wù)輕量快捷的特點，已經(jīng)成為手機使用的產(chǎn)品主流之一。高校校園內(nèi)的信息更新迭代快，常有信息被重疊遮蔽，學(xué)生獲取信息的渠道單一導(dǎo)致可能會錯過某些重要信息等問題發(fā)生。并且大學(xué)生需求眾多，為了更好地為在校教職工和學(xué)生提供便利，“易趣閣”小程序設(shè)計了多個模塊，為高校校園人員提供代取快遞、校園導(dǎo)航、二手閑置交易及論壇信息咨詢等功能。其聚集多個功能于一體，分類集中處理，給廣大學(xué)生和在校教職工提供便利[1]。

1" 相關(guān)技術(shù)

1.1" 微信小程序

微信小程序是一種無需下載安裝即可使用的應(yīng)用，在2017年由騰訊計算機系統(tǒng)有限公司推出。這種新型應(yīng)用形式大大減輕了用戶的應(yīng)用管理負擔(dān)。小程序有線下掃碼、對話分享、小程序切換和搜索查找等功能，用戶能夠獲得良好的使用體驗。小程序采用JavaScript開發(fā)語言，其開發(fā)過程與普通網(wǎng)頁開發(fā)非常相似，并只需要面向IOS和Android平臺上的微信客戶端以及專門的小程序開發(fā)工具進行開發(fā)，具有便攜、輕量、安全及成本低廉等特點。

1.2" OpenCV

OpenCV是一個開源計算機視覺庫，提供了許多用于圖像和視頻處理的函數(shù)和工具。其最初由英特爾公司開發(fā)，并以BSD授權(quán)方式發(fā)布，支持各種操作系統(tǒng)（如Windows，Linux和macOS），可以使用多種編程語言（如C++，Python等）來訪問其功能。

OpenCV廣泛應(yīng)用于計算機視覺領(lǐng)域。例如，通過OpenCV我們可以實現(xiàn)目標檢測、人臉識別、圖像分割、運動跟蹤和三維重建等任務(wù)。其還提供了與深度學(xué)習(xí)相關(guān)的功能，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，使得開發(fā)者能夠輕松地將深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于計算機視覺任務(wù)中。

1.3" 高德地圖API

高德地圖API是一套由高德公司推出的互聯(lián)網(wǎng)地圖服務(wù)開發(fā)接口，使用多種編程語言，幫助開發(fā)者提供基于地圖技術(shù)的應(yīng)用程序接口。高德地圖API是免費的，可以讓開發(fā)者輕松地集成地圖相關(guān)的功能（如地理編碼、路徑規(guī)劃等）到自己的應(yīng)用程序中。高德地圖API提供了多種地圖展示方式和控件，支持多種交通方式路徑規(guī)劃（步行、駕車、騎行和公共交通等），以及關(guān)鍵詞搜索和周邊POI搜索功能，幫助用戶找到附近的商家和門店。同時，高德地圖API還支持定位和導(dǎo)航功能，適用于各類需要位置服務(wù)的應(yīng)用場景，如出行、社交、物流等領(lǐng)域。此外，高德地圖API還提供了微信小程序接口。通過微信小程序插件，開發(fā)者可以在地圖中添加路線規(guī)劃、地鐵圖加載等功能，使小程序地圖功能更加全面。

2" 系統(tǒng)設(shè)計

2.1" 功能結(jié)構(gòu)圖

“易趣閣”小程序旨在為師生提供一個便捷的信息交流和獲取平臺。該小程序用戶端包括4個模塊，分別是代取物品、校園導(dǎo)航、二手閑置交易和論壇信息咨詢。在論壇模塊中，用戶可以提問和回答問題，查看活動信息等。在二手閑置交易模塊中[2]，用戶可以上傳和刪除閑置物品，進行交易。在代取物品模塊中，用戶可以發(fā)布代取訂單，并完成配送。此外，該小程序還提供了一個管理端，管理員可以登錄管理中心，對云端數(shù)據(jù)庫進行增刪查改操作，并管理實名認證用戶（經(jīng)過實名認證的用戶才可以使用二手物品交易和代取物品模塊）。該“易趣閣”小程序的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2" 人臉識別認證模塊

人臉識別確認身份是二手交易模塊和代取物品模塊的支撐[3]，也是支持小程序安全的關(guān)鍵技術(shù)。本文重點介紹人臉識別功能的采用技術(shù)和實現(xiàn)。以下為人臉識別具體采用技術(shù)、框架。

2.2.1" 人臉識別技術(shù)

該系統(tǒng)的人臉識別基于Python+OpenCV庫。OpenCV是計算機視覺中的一個常用的庫[4]，包含了強大的功能和性能，并且支持其他多種語言，能夠跨平臺，是一個高性能的計算機視覺庫。OpenCV-Python是專門提供Python接口來使用OpenCV庫，使得使用者在Python中能夠使用OpenCV，在保證可靠性和便利性的條件下保證運行效率，實現(xiàn)所需的功能。

2.2.2" OpenCV實現(xiàn)人臉識別算法介紹

OpenCV庫具有多種人臉識別的算法[5]，如LBPH（局部二值模式直方圖）方法、EigenFishfaces方法、Fisherfaces方法。本文采用LBPH方法。在OpenCV中，可以使用函數(shù)cv.face.LBPHFaceRecognizer_create（）生成LBPH識別器，對于數(shù)據(jù)的訓(xùn)練可以調(diào)用cv2.face_FaceRecognizerTrain（）函數(shù)完成，訓(xùn)練完成后運用cv.Face_FaceRecognizerPredict（）函數(shù)完成人臉識別檢測。本系統(tǒng)使用LBPH的優(yōu)勢為LBPH將檢測到的人臉分為小單元， 并將其與模型中的對應(yīng)單元進行比較， 對每個區(qū)域的匹配值產(chǎn)生一個直方圖。正因為這種方法的靈活性，LBPH是唯一允許模型樣本人臉和檢測到的人臉可以對不同形狀和大小進行識別的算法，且LBPH 算法的計算速度較快，對光照有不錯的魯棒性[6]。

2.2.3" 基本框架程序設(shè)計

人臉識別的整體框架為錄入人臉、訓(xùn)練數(shù)據(jù)、人臉識別。人臉識別模塊整體框架如圖2所示。

2.3" 導(dǎo)航模塊

在校園導(dǎo)航模塊中，微信小程序提供了地圖組件map，在常規(guī)情況下，需要設(shè)置地圖中的經(jīng)緯度才能夠合理地顯示定位（顯示的地圖是平面二維的），如果傳入的是起點經(jīng)緯度SrcLat和SrcLng，終點經(jīng)緯度DstLat和DstLng，尋找確定中心坐標，可以通過計算獲得，如下

采用了高德API接口，基于高德地圖SDK可以實現(xiàn)路線規(guī)劃、地址轉(zhuǎn)換等功能。隨后設(shè)置request合法域名。給定起點和終點經(jīng)緯度，即可計算出起點和終點之間的路線。

2.4" 二手交易模塊

二手交易模塊旨在為校園內(nèi)的師生提供一個方便的二手物品交易平臺。該模塊允許用戶上傳自己的閑置物品，并在平臺上進行交易。通過這種方式，用戶可以更加方便地處理自己不需要的物品，同時也可以以更優(yōu)惠的價格購買其他用戶上傳的二手物品。這不僅有助于節(jié)約資源，還可以幫助用戶獲得一些額外的收入。

在校園二手交易模塊中，用戶可以瀏覽所有已上傳的閑置物品，并篩選出自己感興趣的物品。用戶還可以通過與其他用戶的私信溝通，了解物品的詳細情況，并商量交易方式。在交易完成后，用戶可以在平臺上進行評價和反饋，以幫助其他用戶更好地了解交易雙方的情況。同時，為了保證交易的安全性，該模塊還提供了一些安全性提示和建議，以幫助用戶避免一些交易中可能出現(xiàn)的問題。

3" 關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1" 人臉識別技術(shù)實現(xiàn)過程

在錄入人臉過程中，首先啟動攝像頭來采集照片進行抓拍保存，保存的數(shù)量越多，越有利于訓(xùn)練，同樣也更加耗時。獲取到數(shù)據(jù)圖片后再使用CV庫中的cv2.cvtColor（img，cv2.COLOR_BGR2GRAY）將數(shù)據(jù)圖片保存為灰度圖片減少計算量，提高模型性能。再加載人臉分類器，將每一幀從攝像頭中錄入的數(shù)據(jù)導(dǎo)入OpenCV，讓Classifier分類對人臉進行判別。多次訓(xùn)練后將訓(xùn)練的結(jié)果存入新標簽，更改配置文件內(nèi)容，標識新的樣本。人臉面容錄入及訓(xùn)練過程如圖3所示。

3.2" 人臉識別功能展示

首先是獲取人臉信息和保存人臉信息，點擊“錄入面容”，調(diào)用攝像頭，并進行保存截取人臉信息，并且在終端上打印進度條來獲知采集信息的進度。如圖4所示，錄入面容，利用cv2.rectangle識別人臉并框上矩形。保存含有人臉的區(qū)域的數(shù)據(jù)，并顯示保存的進度。

錄入人臉的數(shù)據(jù)訓(xùn)練完成后進行人臉檢測，點擊人臉檢測按鈕，檢測步驟為先加載一個識別器，從攝像頭采集的照片進行對比識別，大于設(shè)定相似度的值則為檢測成功，反之鑒定為不能識別，如圖5所示。識別時將攝影中的每一幀的內(nèi)容實時顯示出來，在臉部周圍用框?qū)⑷四樏嫒菘虺觥?/p>

3.3" 系統(tǒng)頁面展示

小程序界面設(shè)計遵循用戶需求原則。小程序注冊登錄頁面、主頁面、導(dǎo)航頁面如圖6所示。

4" 結(jié)束語

本系統(tǒng)是基于Python+OpenCV庫的人臉識別技術(shù)應(yīng)用多功能的智慧校園微信小程序[7]，采用人臉識別技術(shù)相比較其他的系統(tǒng)增加了使用的安全性，降低了在交易等任務(wù)過程中的風(fēng)險，實現(xiàn)了多功能一體化的代取物品、生活資訊、二手交易和校園導(dǎo)航等實用功能，真正地做到了為校園師生提供便利。但在技術(shù)層面，由于調(diào)用攝像頭的環(huán)境不同，且攝像頭本身存在差異，因此提取的某一幀像素會出現(xiàn)模糊等問題，加之采集人臉時大多采集的是正面照片，如果人臉檢測時錄入側(cè)臉照片則可能驗證失敗，如何解決以上問題成為人臉識別安全性的重點。

參考文獻：

[1] 鎖冠俠，熊政力，王鈺忠.“青客校園”服務(wù)平臺建設(shè)與應(yīng)用研究[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報（中旬刊），2022（6）：34-37.

[2] 宇海萍，張渤洋.基于微信小程序的校園二手交易平臺開發(fā)[J].計算機時代，2020（4）：29-32.

[3] 李穎聰，陳貝文，廖曉芳，等.基于OpenCV的人臉識別系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2022，18（18）：5355.

[4] 肖陽.基于OpenCV的人臉識別的算法研究與實現(xiàn)[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2018.

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[7] 張綠云，韋肖雨，李琳.基于Python與OpenCV的人臉識別系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2022，18（10）：87-88.