人臉識別學生管理系統的設計

重慶城市職業學院 陳明遜

高校學生的日常管理工作，通常由任課教師、輔導員、學生干部等以人工方式記錄，這種傳統的考勤方式統計效率較低，還會造成課堂、人力、物力資源的浪費。目前，各高校都在引進智慧管理系統，實現管理的信息化，各考勤系統大多以指紋、一卡通等方式進行考勤，基于指紋考勤設備、一卡通考勤設備的應用實踐，設計一套應用人臉識別技術的考勤系統。

智慧校園管理系統是高校信息化管理的必經之路，教育教學中教學管理乃是提升教學有效性的根本。課堂考勤、晚間歸寢考勤等日常校園管理，以傳統人工方式管理耗時耗力，且無法及時統計反映實際情況。因此現有指紋或一卡通的考勤設備，通過考勤設備的情況反饋，能較準確的反映指紋采集和一卡通刷卡情況。但這與實際出勤情況仍有偏差，因為指紋可以通過模具仿造、一卡通可以替代刷卡等，所以采用這兩種方式獲取真實數據的難度較大。

人臉識別技術是智慧化時代的重要產物，通過人臉識別能夠有效將人與管理系統相連接。設想將學生基本信息與教學管理系統相連接，通過人臉識別技術獲取被考勤人員圖像，通過與基本信息中身份證照片的比對，完成學生考勤，可以使得校園管理更精細化，也能促進校園管理信息化的改革。

1.人臉識別管理的優劣勢分析

人臉識別技術是通過生物特征進行識別的技術，通過識別每個人的臉部特征，將采集的圖像與系統的圖像庫信息進行比對，實現識別的目的。其有3個優點，一是非接觸性，被考勤人員不需要和相關設備直接接觸，而指紋采集和一卡通刷卡則必須接觸設備；二是非強制性，只要出現在人臉采集的特定區域時，設備便會主動采集信息；三是并發性，若在特定區域同時出現多人時，可以將全部人臉信息記錄。

人臉識別技術也有缺點，一是容易受到光線環境的影響，若光線過強或嚴重不足都會影響人臉信息的采集；二是易受到頭發、飾物遮擋的影響，有可能造成采集人像的不完整，導致比對信息失敗。這些確定會在一定程度上影響數據采集的準確性，會造成比對結果的判斷不準確，但隨著人臉識別技術算法的不斷更新，精確度也會得以提升。

2.人臉識別的關鍵技術

1）人臉關鍵點檢測

人臉關鍵點檢測是在人臉檢測的基礎上，自動確定人臉各關鍵點的位置，如眼角、瞳孔、鼻尖、嘴角等。不能忽視了初始狀態對關鍵點檢測的影響。采用基于深度初始化網絡的人臉關鍵點檢測算法，能夠有效克服初始位置、人臉姿態、表情等因素對關鍵點檢測精度的影響，從而得到人臉各關鍵點的準確位置。

2）人臉紋理正規化

將不同光照、姿態或表情的人臉，還原至良好光照、正面和無表情的人臉，減小待匹配人臉圖片與信息庫中人臉圖片的差異，從而降低特征提取和識別的難度。

在光照嚴重不足或太過強烈、角度過大、表情夸張的情況下，如果強行改變光照強度、旋轉至正面人臉、還原至正常表情，必然會引入大量“非自然”信息，使得正規化的人臉產生畸變、扭曲和紋理缺失。這樣不僅不會對人臉識別產生幫助，反而會降低其性能?？梢越梃b人臉合成和生成對抗網絡的方法，通過初始數據庫的搭建、紋理正規化網絡的構建以及網絡的融合訓練，實現一個端到端的、由數據驅動的紋理正規化網絡和特征識別網絡。它能夠在提取深度特征的過程中，自適應地根據人臉識別的任務對人臉的紋理進行光照、姿態和表情的正規化，從而達到提高人臉識別性能的目的。

3）人臉特征提取

基于深層卷積神經網絡，通過融合人臉多尺度特征信息，獲取高層語義特征表達，提升人臉特征的區分性。促使同一個人的人臉特征表達具有更高的相似性，不同人臉的特征表達相似度更低。

4）人臉特征比對

針對人臉識別中經常遇見的跨場景人臉識別問題，如待驗證照片與現場照片非同源、年齡跨度大、分辨率和角度差異明顯等問題，采取自適應學習方法。通過算法縮小不同場景圖像之間的數據分布差異，將不同場景的人臉圖像映射到同一個具有更好表達能力的特征空間進行比較，從而保證同一個人的人臉特征表達具有更高的相似性分數，不同人臉的特征相似性分數更低。

3.人臉識別管理系統的功能模塊

1）基礎數據的獲取

初始化數據是整個系統運行的基礎，可以將學生的基本信息整體導入系統，特別是身份證的完整信息，包含證件照。給學生管理人員開放權限，可供查詢、修改、刪除數據等維護功能。

基本信息中結構和屬性字段比較簡單的部分直接導入，對于哪個時間段是正常簽到、遲到、早退、曠課、晚歸等，需要進行單獨標明。同時也需要將人臉識別設備和教室信息進行綁定，條件允許的情況下，各教室配備一臺識別設備。若成本過高，則可考慮每層樓配備一臺設備，將每層樓的教室信息與設備綁定。

2）教務系統的接入

考勤數據是基于每學期的課程安排和作息時間安排，在此之上增加學生的出勤狀態。通過教務系統的接入，直接獲取班級的排課情況，并將作息時間安排一并導入，則可通過數據的對接，實現考勤情況的記錄。

3）識別數據日志

數據日志用于記錄學生到教師或者宿舍樓的時間點，與基礎數據中的導入的身份證照片、學號、班級等信息建立對應關系。因此，當人臉識別設備識別到信息是，便會登記采集數據的時間，通過與基礎數據庫的信息之間的綁定關系，記錄下采集數據時的圖像、學號、日期、時間、識別設備、教室等信息。

4）簽到記錄的導出

根據基礎數據和識別數據日志，結合考勤的相關規則，便可通過后臺數據直接導出出勤、晚歸等狀態，向教務部門、輔導員、教室提供直觀的考勤狀態數據。

隨著信息化的發展迅速，人臉識別技術已經廣泛用于生活、工作等各個領域，使用人臉識別技術建立校園管理系統，不僅能實現日?？记?，也能起到一定的監控作用，對于管理的效率能夠很大程度的提升。