基于人臉識別的身份檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馮詳禹 韋金成 西北民族大學(xué)

一、研究背景

在大學(xué)教育的課堂上，出勤率是體現(xiàn)每位學(xué)生良好學(xué)習(xí)習(xí)慣的重要因素，通過點(diǎn)名的方式統(tǒng)計(jì)出勤率也是教師最直接的方法。這種方式既浪費(fèi)了老師的上課時間，也浪費(fèi)了學(xué)生的學(xué)習(xí)時間，并且還會出現(xiàn)早退，代替點(diǎn)名的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象急需要得到一些改觀，現(xiàn)在迫切需要有一個系統(tǒng)能在老師上課之前就把學(xué)生的出勤情況統(tǒng)計(jì)完成。因此，基于人臉識別的身份檢測系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

前期調(diào)研準(zhǔn)備：

通過我們對課堂情況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)老師課堂點(diǎn)名只能對課堂學(xué)生情況進(jìn)行初步了解，無法杜絕替課以及代替他人答到的現(xiàn)象。在項(xiàng)目申報(bào)之前，我們通過上網(wǎng)瀏覽技術(shù)文獻(xiàn)，對項(xiàng)目所需要的技術(shù)以及知識進(jìn)行了初步了解，已經(jīng)提前開始了有關(guān)項(xiàng)目技術(shù)的初步學(xué)習(xí)。

二、項(xiàng)目流程

此系統(tǒng)小巧輕便，操作簡單，在上課十分鐘前，老師只需要將攝像頭對準(zhǔn)門口，在學(xué)生進(jìn)入教室時，正面對準(zhǔn)攝像頭方向，攝像頭就會進(jìn)行實(shí)時圖像采集，發(fā)送至客戶端。然后通過處理中心進(jìn)行圖像分析，對人臉圖像進(jìn)行鎖定。最后與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，分析出鎖定的人臉圖像對應(yīng)的信息。通過已到學(xué)生名單與全部學(xué)生名單的對比，就可以知道每位學(xué)生的出勤率。

三、算法實(shí)現(xiàn)

通過對Python、Ubuntu 與OpenCV 的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，對項(xiàng)目進(jìn)行可行性分析，對人員實(shí)時識別系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，并且制作軟件開發(fā)流程表，進(jìn)行軟件開發(fā)規(guī)劃。然后基于Ubuntu 系統(tǒng)進(jìn)行Python 與OpenCV 的開發(fā)與使用，對學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行實(shí)踐。學(xué)習(xí)使用Keras，使軟件具有自我學(xué)習(xí)功能。還需要熟練使用Ubuntu 系統(tǒng)，使用Python 與OpenCV 進(jìn)行軟件程序的初步編寫，采集實(shí)時視頻的數(shù)據(jù)幀，對數(shù)據(jù)幀中的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的人臉識別與鎖定。最后使用Keras，進(jìn)行模型的構(gòu)建與模型訓(xùn)練。使用深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識，是軟件具有自我學(xué)習(xí)功能，進(jìn)一步提高軟件功能即對人員實(shí)時識別的準(zhǔn)確性。對軟件進(jìn)行測試與調(diào)試，完成軟件主要功能，完善軟件程序。

四、硬件實(shí)現(xiàn)

硬件實(shí)現(xiàn)主要分為五個步驟（如圖所示），首先需要進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理，一幅數(shù)字圖像是由一個或多個圖像感知器產(chǎn)生，這里的感知器可以是各種光敏攝像機(jī)，包括遙感設(shè)備，X 射線斷層攝影儀，雷達(dá)，超聲波接收器等。去絕不與同的感知器，產(chǎn)生的圖片可以是普通的二維圖像，三維圖組或者一個圖像序列。圖片的像素值往往對應(yīng)于光在一個或多個光譜段上的強(qiáng)度（灰度圖或彩色圖），但也可以是相關(guān)的各種物理數(shù)據(jù)，如聲波，電磁波或核磁共振的深度，吸收度或反射度。

在對圖像實(shí)施具體的計(jì)算機(jī)視覺方法來提取某種特定的信息前，一種或一些預(yù)處理往往被采用來使圖像滿足后繼方法的要求。例如：二次取樣保證圖像坐標(biāo)的正確平滑去噪來濾除感知器引入的設(shè)備噪聲提高對比度來保證實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息可以被檢測到調(diào)整尺度空間使圖像結(jié)構(gòu)適合局部應(yīng)用

接著從圖像中提取各種復(fù)雜度的特征。例如：線，邊緣提取局部化的特征點(diǎn)檢測如邊角檢測，斑點(diǎn)檢測更復(fù)雜的特征可能與圖像中的紋理形狀或運(yùn)動有關(guān)。

在圖像處理過程中，有時會需要對圖像進(jìn)行分割來提取有價值的用于后繼處理的部分，例如：篩選特征點(diǎn)分割一或多幅圖片中含有特定目標(biāo)的部分

數(shù)據(jù)往往具有很小的數(shù)量，例如圖像中經(jīng)先前處理被認(rèn)為含有目標(biāo)物體的部分。這時的處理包括：驗(yàn)證得到的數(shù)據(jù)是否符合前提要求估測特定系數(shù)，比如目標(biāo)的姿態(tài)，體積。

五、總結(jié)

基于人臉識別的身份檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是一款面向大學(xué)課堂的設(shè)備，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)氛圍，營造一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境有著重要的作用。旨在實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與教育的融合，課堂智能化的考勤設(shè)備。