人臉識(shí)別學(xué)生管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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高校學(xué)生的日常管理工作，通常由任課教師、輔導(dǎo)員、學(xué)生干部等以人工方式記錄，這種傳統(tǒng)的考勤方式統(tǒng)計(jì)效率較低，還會(huì)造成課堂、人力、物力資源的浪費(fèi)。目前，各高校都在引進(jìn)智慧管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管理的信息化，各考勤系統(tǒng)大多以指紋、一卡通等方式進(jìn)行考勤，基于指紋考勤設(shè)備、一卡通考勤設(shè)備的應(yīng)用實(shí)踐，設(shè)計(jì)一套應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)的考勤系統(tǒng)。智慧校園管理系統(tǒng)是高校信息化管理的必經(jīng)之路，教育教學(xué)中教學(xué)管理乃是提升教學(xué)有效性的根本。課堂考勤、晚間歸寢考勤等日常校園管理，以傳統(tǒng)人工方式管理耗時(shí)耗力，且無(wú)法及時(shí)統(tǒng)計(jì)反映實(shí)際情況。因此現(xiàn)有指紋或一卡通的考勤設(shè)備，通過(guò)考勤設(shè)備的情況反饋，能較準(zhǔn)確的反映指紋采集和一卡通刷卡情況。但這與實(shí)際出勤情況仍有偏差，因?yàn)橹讣y可以通過(guò)模具仿造、一卡通可以替代刷卡等，所以采用這兩種方式獲取真實(shí)數(shù)據(jù)的難度較大。人臉識(shí)別技術(shù)是智慧化時(shí)代的重要產(chǎn)物，通過(guò)人臉識(shí)別能夠有效將人與管理系統(tǒng)相連接。設(shè)想將學(xué)生基本信息與教學(xué)管理系統(tǒng)相連接，通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)獲取被考勤人員圖像，通過(guò)與基本信息中身份證照片的比對(duì)，完成學(xué)生考勤，可以使得校園管理更精細(xì)化，也能促進(jìn)校園管理信息化的改革。

1.人臉識(shí)別管理的優(yōu)劣勢(shì)分析

人臉識(shí)別技術(shù)是通過(guò)生物特征進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)，通過(guò)識(shí)別每個(gè)人的臉部特征，將采集的圖像與系統(tǒng)的圖像庫(kù)信息進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)識(shí)別的目的。其有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是非接觸性，被考勤人員不需要和相關(guān)設(shè)備直接接觸，而指紋采集和一卡通刷卡則必須接觸設(shè)備；二是非強(qiáng)制性，只要出現(xiàn)在人臉采集的特定區(qū)域時(shí)，設(shè)備便會(huì)主動(dòng)采集信息；三是并發(fā)性，若在特定區(qū)域同時(shí)出現(xiàn)多人時(shí)，可以將全部人臉信息記錄。人臉識(shí)別技術(shù)也有缺點(diǎn)，一是容易受到光線環(huán)境的影響，若光線過(guò)強(qiáng)或嚴(yán)重不足都會(huì)影響人臉信息的采集；二是易受到頭發(fā)、飾物遮擋的影響，有可能造成采集人像的不完整，導(dǎo)致比對(duì)信息失敗。這些確定會(huì)在一定程度上影響數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，會(huì)造成比對(duì)結(jié)果的判斷不準(zhǔn)確，但隨著人臉識(shí)別技術(shù)算法的不斷更新，精確度也會(huì)得以提升。

2.人臉識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)

1）人臉關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)

人臉關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)是在人臉檢測(cè)的基礎(chǔ)上，自動(dòng)確定人臉各關(guān)鍵點(diǎn)的位置，如眼角、瞳孔、鼻尖、嘴角等。不能忽視了初始狀態(tài)對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)的影響。采用基于深度初始化網(wǎng)絡(luò)的人臉關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)算法，能夠有效克服初始位置、人臉姿態(tài)、表情等因素對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)精度的影響，從而得到人臉各關(guān)鍵點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。

2）人臉紋理正規(guī)化

將不同光照、姿態(tài)或表情的人臉，還原至良好光照、正面和無(wú)表情的人臉，減小待匹配人臉圖片與信息庫(kù)中人臉圖片的差異，從而降低特征提取和識(shí)別的難度。在光照嚴(yán)重不足或太過(guò)強(qiáng)烈、角度過(guò)大、表情夸張的情況下，如果強(qiáng)行改變光照強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)至正面人臉、還原至正常表情，必然會(huì)引入大量“非自然”信息，使得正規(guī)化的人臉產(chǎn)生畸變、扭曲和紋理缺失。這樣不僅不會(huì)對(duì)人臉識(shí)別產(chǎn)生幫助，反而會(huì)降低其性能?？梢越梃b人臉合成和生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的方法，通過(guò)初始數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建、紋理正規(guī)化網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建以及網(wǎng)絡(luò)的融合訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)一個(gè)端到端的、由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的紋理正規(guī)化網(wǎng)絡(luò)和特征識(shí)別網(wǎng)絡(luò)。它能夠在提取深度特征的過(guò)程中，自適應(yīng)地根據(jù)人臉識(shí)別的任務(wù)對(duì)人臉的紋理進(jìn)行光照、姿態(tài)和表情的正規(guī)化，從而達(dá)到提高人臉識(shí)別性能的目的。

3）人臉特征提取

基于深層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)融合人臉多尺度特征信息，獲取高層語(yǔ)義特征表達(dá)，提升人臉特征的區(qū)分性。促使同一個(gè)人的人臉特征表達(dá)具有更高的相似性，不同人臉的特征表達(dá)相似度更低。

4）人臉特征比對(duì)

針對(duì)人臉識(shí)別中經(jīng)常遇見(jiàn)的跨場(chǎng)景人臉識(shí)別問(wèn)題，如待驗(yàn)證照片與現(xiàn)場(chǎng)照片非同源、年齡跨度大、分辨率和角度差異明顯等問(wèn)題，采取自適應(yīng)學(xué)習(xí)方法。通過(guò)算法縮小不同場(chǎng)景圖像之間的數(shù)據(jù)分布差異，將不同場(chǎng)景的人臉圖像映射到同一個(gè)具有更好表達(dá)能力的特征空間進(jìn)行比較，從而保證同一個(gè)人的人臉特征表達(dá)具有更高的相似性分?jǐn)?shù)，不同人臉的特征相似性分?jǐn)?shù)更低。

3.人臉識(shí)別管理系統(tǒng)的功能模塊

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取

初始化數(shù)據(jù)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，可以將學(xué)生的基本信息整體導(dǎo)入系統(tǒng)，特別是身份證的完整信息，包含證件照。給學(xué)生管理人員開(kāi)放權(quán)限，可供查詢、修改、刪除數(shù)據(jù)等維護(hù)功能?；拘畔⒅薪Y(jié)構(gòu)和屬性字段比較簡(jiǎn)單的部分直接導(dǎo)入，對(duì)于哪個(gè)時(shí)間段是正常簽到、遲到、早退、曠課、晚歸等，需要進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)明。同時(shí)也需要將人臉識(shí)別設(shè)備和教室信息進(jìn)行綁定，條件允許的情況下，各教室配備一臺(tái)識(shí)別設(shè)備。若成本過(guò)高，則可考慮每層樓配備一臺(tái)設(shè)備，將每層樓的教室信息與設(shè)備綁定。

2）教務(wù)系統(tǒng)的接入

考勤數(shù)據(jù)是基于每學(xué)期的課程安排和作息時(shí)間安排，在此之上增加學(xué)生的出勤狀態(tài)。通過(guò)教務(wù)系統(tǒng)的接入，直接獲取班級(jí)的排課情況，并將作息時(shí)間安排一并導(dǎo)入，則可通過(guò)數(shù)據(jù)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)考勤情況的記錄。

3）識(shí)別數(shù)據(jù)日志

數(shù)據(jù)日志用于記錄學(xué)生到教師或者宿舍樓的時(shí)間點(diǎn)，與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的導(dǎo)入的身份證照片、學(xué)號(hào)、班級(jí)等信息建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，當(dāng)人臉識(shí)別設(shè)備識(shí)別到信息是，便會(huì)登記采集數(shù)據(jù)的時(shí)間，通過(guò)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息之間的綁定關(guān)系，記錄下采集數(shù)據(jù)時(shí)的圖像、學(xué)號(hào)、日期、時(shí)間、識(shí)別設(shè)備、教室等信息。

4）簽到記錄的導(dǎo)出

根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和識(shí)別數(shù)據(jù)日志，結(jié)合考勤的相關(guān)規(guī)則，便可通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)直接導(dǎo)出出勤、晚歸等狀態(tài)，向教務(wù)部門(mén)、輔導(dǎo)員、教室提供直觀的考勤狀態(tài)數(shù)據(jù)。隨著信息化的發(fā)展迅速，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)廣泛用于生活、工作等各個(gè)領(lǐng)域，使用人臉識(shí)別技術(shù)建立校園管理系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)日?？记?，也能起到一定的監(jiān)控作用，對(duì)于管理的效率能夠很大程度的提升。

作者：陳明遜 單位：重慶城市職業(yè)學(xué)院