校園管理體系中人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用研究

扈志峰

（武警指揮學(xué)院，天津300250）

1 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，在校園管理體系中，校園一卡通已經(jīng)不能滿足日常的管理工作需求。人臉識(shí)別技術(shù)的出現(xiàn)，讓校園管理工作更加簡(jiǎn)單快捷，靈活方便。

2 人臉識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別技術(shù)是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物識(shí)別技術(shù)[1]。一般通過(guò)不同的方式提取含有人臉的圖像或視頻流等特征信息，并自動(dòng)將采集到的信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息比對(duì)，進(jìn)行人臉識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)身份的驗(yàn)證或?qū)θ藛T進(jìn)行跟蹤定位。

最常用的人臉識(shí)別方式是用人眼直接觀察，由于受外部環(huán)境、觀察者視力以及人眼對(duì)目標(biāo)臉部信息處理較慢等因素的影響，人眼直接觀察具有一定的局限性。2014年3月，由香港中文大學(xué)信息工程系主任、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副院長(zhǎng)湯曉鷗領(lǐng)軍的團(tuán)隊(duì)發(fā)布研究成果，基于原創(chuàng)的人臉識(shí)別算法，準(zhǔn)確率達(dá)到98.52%，首次超越人眼識(shí)別能力（97.53%），這為人臉識(shí)別技術(shù)在更多領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用提供了依據(jù)。

與傳統(tǒng)的指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別等生物識(shí)別方式相比，人臉識(shí)別具有非強(qiáng)制性、非接觸性等特點(diǎn)。在識(shí)別過(guò)程中，利用可見(jiàn)光便可完成對(duì)目標(biāo)臉部信息的采集，可以在對(duì)方不經(jīng)意間完成，使信息采集具有隱蔽性，并且作為一種非接觸的識(shí)別方法，需要人的配合度較小，可以同時(shí)對(duì)多張人臉信息進(jìn)行采集對(duì)比，加快了識(shí)別效率。隨著紅外人臉識(shí)別與可見(jiàn)光結(jié)合、3D識(shí)別等技術(shù)的發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。

3 人臉識(shí)別技術(shù)在校園管理體系中的應(yīng)用

校園一卡通已經(jīng)成為大部分院校進(jìn)行日常管理的主要方式，學(xué)?？赏ㄟ^(guò)校園一卡通對(duì)持卡人進(jìn)行身份識(shí)別和日常教學(xué)、生活等相關(guān)管理[2]。但是校園一卡通也存在著易丟失、人卡不一致等管理上的難題，人臉識(shí)別技術(shù)可以讓身份驗(yàn)證、安全管理和日常消費(fèi)更加人性化，更加方便快捷。

3.1 身份驗(yàn)證更加準(zhǔn)確

傳統(tǒng)模式下，院校教職員工的上班打卡、學(xué)生的上課簽到，一般都使用的是刷卡或者指紋驗(yàn)證的方式，在管理過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)代刷代簽的現(xiàn)象，刷卡機(jī)無(wú)法識(shí)別驗(yàn)證人員是否為本人，身份的驗(yàn)證就無(wú)法做到準(zhǔn)確到人。

人臉識(shí)別技術(shù)的加入，讓身份的驗(yàn)證變得更加簡(jiǎn)單。管理部門(mén)只需要在打卡、簽到的地方安裝攝像頭等圖像獲取裝置，人們也無(wú)需排隊(duì)，只要正常走過(guò)該區(qū)域，攝像頭就可完成打卡、簽到人員的面部信息捕捉，通過(guò)和數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息比對(duì)，完成教職員工的打卡和學(xué)生的簽到活動(dòng)，不但提高了打卡簽到的效率，也讓身份驗(yàn)證變得簡(jiǎn)單準(zhǔn)確。

此外，應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行身份驗(yàn)證還可以應(yīng)用在重大活動(dòng)或者考場(chǎng)管理當(dāng)中，無(wú)論是持有請(qǐng)柬的客人還是拿著準(zhǔn)考證的考生，都可以輕松地完成身份驗(yàn)證，避免不請(qǐng)自來(lái)的人混入會(huì)場(chǎng)和替考者的出現(xiàn)，減少了會(huì)場(chǎng)管理人員和考場(chǎng)監(jiān)考人員的工作失誤。

3.2 安全管理更加嚴(yán)格

對(duì)于設(shè)置在學(xué)校出入口、宿舍、辦公區(qū)域、教學(xué)區(qū)域、圖書(shū)館等重點(diǎn)區(qū)域的門(mén)禁系統(tǒng)，都是認(rèn)卡不認(rèn)人，無(wú)論持卡人是否使用的是自己的校園一卡通，都可以持卡輕松出入這些區(qū)域。門(mén)衛(wèi)不可能記住校區(qū)內(nèi)的每一名教職員工和學(xué)生，校園一卡通就是持卡者出入該區(qū)域的有效證件，這成為安全管理的一大弊端。

在上述重點(diǎn)區(qū)域，可以安裝攝像頭等圖像獲取裝置，當(dāng)人員通過(guò)該區(qū)域時(shí)，攝像頭可以獲取出入人員的臉部特征，通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息比對(duì)，判斷該人員是否為可出入該區(qū)域的授權(quán)人員，如果是非授權(quán)人員，系統(tǒng)可以及時(shí)向工作人員或安全管理人員發(fā)出警報(bào)，對(duì)非授權(quán)人員進(jìn)行攔截，同時(shí)，還可通過(guò)攝像頭拍照取證，獲取非法進(jìn)入的法律依據(jù)。

對(duì)于重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、涉密場(chǎng)所的出入，可以采用持卡或者指紋識(shí)別同人臉識(shí)別技術(shù)相結(jié)合的方式，這使得非法進(jìn)入的可能性極大降低，有效防范了安全隱患甚至違法犯罪活動(dòng)。

3.3 日常消費(fèi)更加便捷

在日常生活中，人們可以通過(guò)支付寶和微信進(jìn)行“刷臉”消費(fèi)，通過(guò)識(shí)別臉部信息與個(gè)人支付寶和微信賬戶中的銀行卡信息等相關(guān)聯(lián)，不需要隨身攜帶手機(jī)等，直接刷臉完成支付。作為校園組成的一部分，食堂、超市的消費(fèi)是通過(guò)教職員工、學(xué)生的校園一卡通完成的，校園一卡通和持卡人的校園電子帳戶進(jìn)行綁定，從而完成消費(fèi)過(guò)程。這種管理模式也存在著一定的漏洞，例如，存在校園一卡通丟失后被盜刷等現(xiàn)象。

將人臉識(shí)別技術(shù)和電子賬戶相結(jié)合，就可以讓支付方法變得更為方便，在付款窗口設(shè)置人臉識(shí)別裝置，對(duì)前來(lái)付款的人進(jìn)行人臉識(shí)別，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息比對(duì)，確認(rèn)消費(fèi)者的身份，然后連接消費(fèi)者對(duì)應(yīng)的電子賬戶進(jìn)行扣款，完成消費(fèi)，其過(guò)程與使用支付寶和微信進(jìn)行“刷臉”消費(fèi)一樣便捷，同時(shí)，還避免了盜刷消費(fèi)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4 人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用發(fā)展面臨的問(wèn)題

4.1 數(shù)據(jù)處理難度大

由于人類(lèi)個(gè)體具有唯一性，每個(gè)人的面部特征通常也是獨(dú)一無(wú)二的，人臉數(shù)據(jù)庫(kù)在采集個(gè)人面部特征時(shí)，一般采集個(gè)人的靜態(tài)圖像、動(dòng)態(tài)視頻、不同狀態(tài)、不同表情等方面的數(shù)據(jù)信息，但是在人臉數(shù)據(jù)庫(kù)中每個(gè)人的面部特征信息永遠(yuǎn)是不完整的，受化妝處理、情緒變化、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、年齡增長(zhǎng)等因素的影響。出現(xiàn)在攝像頭前的人物面部特征很有可能是數(shù)據(jù)庫(kù)前期沒(méi)有采集到的，使面部信息存在顯著差異，對(duì)人臉識(shí)別準(zhǔn)確率造成影響。因此，在人臉識(shí)別技術(shù)核實(shí)個(gè)人面部信息的同時(shí)，也是對(duì)不同狀態(tài)下的個(gè)人面部特征信息的再收集，不斷完善人臉數(shù)據(jù)庫(kù)。日積月累，隨著可識(shí)別人臉的特征類(lèi)型逐步增加，人臉數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)會(huì)不斷增長(zhǎng)，人臉識(shí)別計(jì)算的復(fù)雜度也在成倍增長(zhǎng)，這對(duì)服務(wù)器的存儲(chǔ)、計(jì)算和處理能力是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

4.2 客觀環(huán)境影響大

人臉識(shí)別的結(jié)果很容易受到各種不同客觀環(huán)境因素的影響，其中，光線對(duì)人臉識(shí)別的影響最重要。受攝像頭自身因素的限制，光線的變化會(huì)造成人臉識(shí)別出現(xiàn)一定程度的偏差，影響人臉識(shí)別的結(jié)果。提高人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)外界光線環(huán)境的適應(yīng)性是解決這一問(wèn)題的主要手段。紅外線人臉識(shí)別技術(shù)能夠在一定程度上有效處理人臉識(shí)別技術(shù)中的感光問(wèn)題，依靠紅外線圖像識(shí)別技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同光照條件下，做到較為清晰的人臉成像，不受光線的影響，可以達(dá)到較高的識(shí)別率。

4.3 遮擋造成識(shí)別差

在人臉識(shí)別的過(guò)程中，被識(shí)別人有意或無(wú)意的遮擋，會(huì)造成識(shí)別度降低、準(zhǔn)確性變差。面部特征信息完整是人臉識(shí)別技術(shù)快速準(zhǔn)確識(shí)別的基本前提，而在攝像頭前，帽子、長(zhǎng)發(fā)、墨鏡、口罩等遮擋物的出現(xiàn)，讓被識(shí)別人面部特征信息變少，造成人臉識(shí)別的數(shù)據(jù)量減少，降低了人臉識(shí)別的準(zhǔn)確度。

4.4 相似度降低準(zhǔn)確性

通常，每個(gè)人的面部特征是獨(dú)一無(wú)二的，但是在雙胞胎、多胞胎面前，或者在數(shù)據(jù)庫(kù)過(guò)于龐大時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)相似度高的人臉，這使得在人臉識(shí)別過(guò)程中面臨著更大的挑戰(zhàn)，人臉識(shí)別并不能保證其準(zhǔn)確性。為了提高識(shí)別的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)庫(kù)必須提取更多的面部特征信息進(jìn)行比對(duì)，才能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)分辨。3D識(shí)別技術(shù)可以很好地解決這個(gè)難題，3D 人臉識(shí)別技術(shù)是基于人臉3D 立體模型進(jìn)行識(shí)別，充分利用立體空間信息，有效解決2D 難以識(shí)別相似度較高的難題，識(shí)別精度較高。

人臉識(shí)別技術(shù)憑借其識(shí)別的高準(zhǔn)確性、非接觸性、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)展迅速。在院校管理體系中，人臉識(shí)別技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)身份的快速識(shí)別，從而大大提高學(xué)校的安全管理水平，使教職員工和學(xué)生能夠在安全便捷的校園環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)和生活。雖然人臉識(shí)別技術(shù)還存在著一定的問(wèn)題，需要有關(guān)人員對(duì)其進(jìn)行不斷地完善和改進(jìn)，進(jìn)而提升人臉識(shí)別技術(shù)在校園管理體系中的應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)校園管理工作穩(wěn)定、安全地推進(jìn)。