人臉識(shí)別技術(shù)在課堂考勤管理中的應(yīng)用研究

◆姬翠萍

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人臉識(shí)別技術(shù)在課堂考勤管理中的應(yīng)用研究

◆姬翠萍

（山西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院山西030006）

嚴(yán)謹(jǐn)高效的課堂考勤管理工作是塑造良好的學(xué)習(xí)風(fēng)氣、提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、維護(hù)課堂教學(xué)秩序的基礎(chǔ)。人臉識(shí)別技術(shù)作為一種新興技術(shù)被應(yīng)用到考勤管理系統(tǒng)中，對(duì)提高學(xué)生考勤管理制度的執(zhí)行效力，保障教學(xué)活動(dòng)的質(zhì)量與效率提供了高效且可靠的技術(shù)支撐。

人臉識(shí)別；課堂考勤；教育信息化

1 人臉識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別技術(shù)是生物特征識(shí)別領(lǐng)域中的一個(gè)重要的研究分支，在具體應(yīng)用過(guò)程中，需要結(jié)合專用的硬件采集設(shè)施將人體面部的主要特征信息采集到識(shí)別系統(tǒng)當(dāng)中，然后依據(jù)相應(yīng)的特征識(shí)別算法對(duì)人體面部進(jìn)行特征檢測(cè)和識(shí)別，并最終鎖定到現(xiàn)實(shí)生活中某一特定的人類對(duì)象，最后圍繞該對(duì)象建立相應(yīng)的信息記錄，并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理[1]。

2 課堂考勤管理的信息化需求

隨著信息技術(shù)在教育領(lǐng)域中的發(fā)展與普及，課堂考勤管理也從過(guò)去的“教師點(diǎn)名”模式向自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的方向發(fā)展。在節(jié)省考勤檢查時(shí)間、提高課堂考勤管理工作的效率同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的信息化存儲(chǔ)與共享，為后續(xù)的大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等工作采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 課堂考勤管理系統(tǒng)中人臉識(shí)別模塊的實(shí)現(xiàn)

人臉識(shí)別作為學(xué)生課堂考勤管理系統(tǒng)的核心部分，其具體功能由視頻采集硬件與人像數(shù)據(jù)處理軟件兩部分共同負(fù)責(zé)完成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文所選用的攝像頭硬件為全瑞視訊的RER-V90型攝像頭，該攝像頭使用了雙鏡頭設(shè)計(jì)，拍攝范圍為100度，可以通過(guò)USB接口供電穩(wěn)定工作，輸出圖片的最高有效像素為1920×1080，信噪比為39dB。同時(shí)還具備自動(dòng)曝光控制與自動(dòng)白平衡、增益控制功能，能夠很好地滿足在教室中進(jìn)行人像采集的需求。

在軟件的具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，獲取本節(jié)課參與評(píng)教學(xué)生的照片文件名稱是進(jìn)行圖像對(duì)比的基礎(chǔ)。程序根據(jù)這些圖片的名稱來(lái)從服務(wù)器上逐一讀取圖片文件并根據(jù)其名稱字符串中的學(xué)號(hào)內(nèi)容來(lái)建立基于學(xué)號(hào)信息的人臉圖像特征庫(kù)，該特征庫(kù)主要包含的信息如表1所示。

表1 人臉圖像特征信息表

特征庫(kù)的建立需要基于循環(huán)語(yǔ)句將在數(shù)據(jù)初始化階段下載存儲(chǔ)在臨時(shí)文件夾中的全部學(xué)生照片文件讀取至內(nèi)存中進(jìn)行處理并以在C#中創(chuàng)建的類property所定義的數(shù)組進(jìn)行存儲(chǔ)，等待與攝像頭現(xiàn)場(chǎng)采集到的信息進(jìn)行對(duì)比。

在圖像對(duì)比功能的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，首先需要在C#開(kāi)發(fā)平臺(tái)中定義WebCamTexture類型的變量來(lái)開(kāi)啟攝像頭并通過(guò)調(diào)用Pause方法捕獲照片，照片文件的生成則是基于Texture2D對(duì)象實(shí)現(xiàn)的[2]。最后使用File對(duì)象的WriteAllBytes方法將本次采集到的學(xué)生照片文件保存至終端電腦上的另一個(gè)臨時(shí)文件夾中。在成功獲取到現(xiàn)場(chǎng)拍攝的照片文件之后，即可將該文件讀取并轉(zhuǎn)換為property類所定義的多項(xiàng)特征信息，并存儲(chǔ)在property變量中。

為提高程序的執(zhí)行速度，本文將圖像特征對(duì)比的過(guò)程打包為函數(shù)Feature_contrast，該函數(shù)包含2個(gè)參數(shù)與1個(gè)返回值，2個(gè)參數(shù)均為property類型的變量，用于將現(xiàn)場(chǎng)采集到的圖片特征信息與特征庫(kù)中的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行對(duì)比，返回值為Int型變量，用于返回人臉比較相似度的值。該取值為14個(gè)屬性比較值的歸一化特征向量。當(dāng)返回值在0至1之間時(shí)，表示兩張圖片對(duì)比的相似度，當(dāng)程序運(yùn)行超時(shí)或異常，函數(shù)返回值為0，表示可由調(diào)用程序進(jìn)行異常捕獲和處理。

人臉識(shí)別技術(shù)在本系統(tǒng)中的應(yīng)用，是通過(guò)SunLightFace發(fā)布的人臉識(shí)別SDK來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該功能庫(kù)在加載C#開(kāi)發(fā)平臺(tái)后即可使用?？紤]到光線、攝像頭鏡頭老化以及學(xué)生所站位置的距離、角度等因素造成的誤差，本文判斷識(shí)別操作是否成功的閥值設(shè)置為0.78。如果檢測(cè)小于該閥值，則對(duì)特征庫(kù)中的下一條數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，直到檢測(cè)到合格的匹配結(jié)果為止?？紤]到因各類誤差所可能導(dǎo)致的檢測(cè)失敗的情況，系統(tǒng)提供了自動(dòng)重新檢測(cè)的機(jī)制，在對(duì)特征庫(kù)中的全部數(shù)據(jù)都遍歷并未能獲取到合格結(jié)果時(shí)，系統(tǒng)將在5秒（學(xué)生可以利用這段時(shí)間調(diào)整站位和角度）后重新進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)照片的采集與識(shí)別操作，以重新獲取正確的人臉識(shí)別檢測(cè)結(jié)果。在識(shí)別操作完成后，需要將結(jié)果為“識(shí)別成功”（即返回值大于0.78）的圖片信息所對(duì)應(yīng)的學(xué)號(hào)提取出來(lái)并據(jù)此將存儲(chǔ)在tempdata類型的二維數(shù)組中的與該學(xué)生對(duì)應(yīng)的考勤狀態(tài)數(shù)據(jù)設(shè)置為1（即本節(jié)課考勤檢測(cè)成功），以備在數(shù)據(jù)上傳功能中使用。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在人臉識(shí)別功能的具體使用過(guò)程中，需要被檢測(cè)者取下眼鏡、帽子，以保證良好的識(shí)別精度和效率。同時(shí)，為保證終端程序能夠成功開(kāi)啟攝像頭并獲取到數(shù)據(jù)，應(yīng)提前在部署終端程序的計(jì)算機(jī)上安裝好攝像頭驅(qū)動(dòng)程序并完成調(diào)試。

4 結(jié)論

本文以課堂考勤數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)需求為基礎(chǔ)，以人臉識(shí)別技術(shù)為核心設(shè)計(jì)了一套課堂考勤管理信息采集系統(tǒng)的解決方案。該方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝部署、操作簡(jiǎn)潔且性價(jià)比較高的特點(diǎn)，具備了良好的實(shí)用價(jià)值與技術(shù)參考價(jià)值。

[1]秦瑞紅.人臉識(shí)別軟件中的關(guān)鍵算法研究[J].科技資訊，2017(8)：110-112.

[2]劉彥文.人臉識(shí)別中二值化圖像閾值選取算法的應(yīng)用研究[J].山西電子技術(shù)，2016(1)：69-71.