文/于磊磊 李茂政

隨著人工智能和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，高校信息化迎來(lái)了一個(gè)新的需求變革。人臉識(shí)別作為一個(gè)高體驗(yàn)的技術(shù)載體，尋找人臉識(shí)別技術(shù)與高校信息化應(yīng)用的優(yōu)秀結(jié)合點(diǎn)，將成為高校信息化模式創(chuàng)新和體驗(yàn)提升的重要契機(jī)。本文基于山東大學(xué)的已有實(shí)踐，提出了人臉識(shí)別應(yīng)用在高校信息化中的一套整體參考模型，包含基礎(chǔ)框架、場(chǎng)景模式和評(píng)價(jià)指標(biāo)等，以期能夠?yàn)楦叩仍盒５念愃茟?yīng)用提供借鑒。

人臉識(shí)別應(yīng)用參考模型

圖1 高校人臉識(shí)別應(yīng)用參考模型

根據(jù)人臉識(shí)別應(yīng)用的成熟技術(shù)架構(gòu)，結(jié)合高等院校信息化的實(shí)際，將人臉識(shí)別應(yīng)用的基礎(chǔ)架構(gòu)分為五個(gè)層次：平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層、算法層、接口層和終端層。平臺(tái)層在學(xué)校的私有云上架設(shè)特殊的人臉識(shí)別服務(wù)云，為人臉識(shí)別應(yīng)用提供優(yōu)秀的平臺(tái)運(yùn)算能力和存儲(chǔ)能力；數(shù)據(jù)層建立人臉識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)聯(lián)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并維護(hù)相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)迭代更新；算法層為人臉識(shí)別應(yīng)用提供針對(duì)特定場(chǎng)景的云匹配算法；接口層為關(guān)聯(lián)應(yīng)用提供應(yīng)用接口和數(shù)據(jù)接口，為不同架構(gòu)終端提供對(duì)接接口；終端層支持本地計(jì)算、存儲(chǔ)的胖終端和云計(jì)算、存儲(chǔ)的瘦終端，并提供對(duì)異構(gòu)終端的兼容能力。同時(shí)，建立與人臉識(shí)別基礎(chǔ)架構(gòu)相配套的保障機(jī)制，包括數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和管理管理機(jī)制、高效運(yùn)維管理機(jī)制。高校信息化中人臉識(shí)別應(yīng)用的參考模型如圖1所示。

統(tǒng)一人臉識(shí)別平臺(tái)

基于人臉識(shí)別應(yīng)用參考模型，在人臉識(shí)別服務(wù)云上建立全校統(tǒng)一的人臉識(shí)別平臺(tái)。人臉識(shí)別平臺(tái)建立并維護(hù)全校唯一的人臉識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)，包含管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)平臺(tái)和服務(wù)平臺(tái)，并提供標(biāo)準(zhǔn)化的人臉識(shí)別數(shù)據(jù)接口和人臉識(shí)別服務(wù)接口，能夠兼容和支持不同廠商的胖終端、瘦終端和其他終端。

人臉識(shí)別統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)從學(xué)校公共數(shù)據(jù)庫(kù)獲取基本信息和照片信息，從各類采集終端獲取更新或補(bǔ)充照片信息，并維護(hù)上述數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新。

1. 典型參考場(chǎng)景

結(jié)合山東大學(xué)的需求，在幾類典型場(chǎng)景中對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究和實(shí)踐。主要包括校內(nèi)認(rèn)證場(chǎng)景和校內(nèi)消費(fèi)場(chǎng)景。

（1） 校內(nèi)認(rèn)證場(chǎng)景

宿舍門禁場(chǎng)景。為解決宿舍門禁管理中的忘帶卡和冒名刷卡問(wèn)題，在宿舍門禁道閘擴(kuò)展接入人臉識(shí)別胖終端，并通過(guò)統(tǒng)一人臉識(shí)別平臺(tái)的數(shù)據(jù)接口獲取本宿舍樓內(nèi)人員人臉圖像數(shù)據(jù)。門禁道閘同時(shí)支持刷卡開門和刷臉開門，并通過(guò)介質(zhì)互斥轉(zhuǎn)換機(jī)制實(shí)現(xiàn)“一人一進(jìn)出”的管控：將人臉和校園卡分別作為兩種介質(zhì)，當(dāng)其一介質(zhì)刷進(jìn)（刷出）后，限制另一介質(zhì)的后續(xù)刷進(jìn)（刷出），但不限制另一介質(zhì)的后續(xù)刷出（刷進(jìn)），同一介質(zhì)的一個(gè) 〈刷進(jìn)，刷出〉對(duì)和不同介質(zhì)的〈刷進(jìn)，刷出〉對(duì)均視為一個(gè)完整的進(jìn)出流程。

2017年底，山東大學(xué)在濟(jì)南六個(gè)校區(qū)70余棟宿舍樓安裝了同時(shí)支持人臉識(shí)別和刷卡的門禁通道機(jī)，平均識(shí)別速度為0.8秒，不但實(shí)現(xiàn)了學(xué)生“刷臉”進(jìn)出宿舍樓，而且實(shí)現(xiàn)了與宿舍供電管理的聯(lián)動(dòng)，取得了良好的效果。

同類應(yīng)用場(chǎng)景：（1）會(huì)議簽到。對(duì)于學(xué)校各類辦公會(huì)議、學(xué)術(shù)會(huì)議等會(huì)議場(chǎng)景，人臉識(shí)別簽到相較于簽字簽到、刷卡簽到具有較好的體驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，簽字簽到存在代簽和速度慢等問(wèn)題，刷卡簽到隨提升了簽到速度，但仍無(wú)法解決代簽問(wèn)題，且參會(huì)人忘帶卡將直接導(dǎo)致簽到無(wú)法進(jìn)行。會(huì)議簽到場(chǎng)景下的人臉識(shí)別對(duì)接會(huì)議管理平臺(tái)，將會(huì)議信息、校園卡信息與人臉圖像進(jìn)行綁定，在會(huì)場(chǎng)入口接入人臉識(shí)別胖終端，并通過(guò)統(tǒng)一人臉識(shí)別平臺(tái)的數(shù)據(jù)接口獲取本次參會(huì)人員人臉圖像數(shù)據(jù)。人臉識(shí)別胖終端不維護(hù)會(huì)議信息庫(kù)，僅通過(guò)動(dòng)態(tài)更新模式維護(hù)本地人臉圖像庫(kù)，身份信息的校驗(yàn)聯(lián)網(wǎng)完成，人臉圖像比對(duì)離線完成，既實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單部署，又提升了簽到速度。（2）學(xué)生注冊(cè)。傳統(tǒng)的新學(xué)期學(xué)生返校注冊(cè)主要采用有監(jiān)督的值守模式，即學(xué)生持學(xué)生證或校園卡至輔導(dǎo)員辦公室簽字或刷卡注冊(cè)，效率較低，且大量注冊(cè)工作擠占了輔導(dǎo)員老師的寶貴時(shí)間。學(xué)生注冊(cè)場(chǎng)景下的人臉識(shí)別應(yīng)用采用無(wú)監(jiān)督、無(wú)值守模式，在學(xué)院大廳接入同時(shí)支持刷校園卡和人臉識(shí)別的瘦終端，基于“人證合一”的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行注冊(cè)識(shí)別。瘦終端通過(guò)刷校園卡校驗(yàn)學(xué)生基本信息，在線獲取人臉識(shí)別統(tǒng)一庫(kù)的基準(zhǔn)圖像，并同現(xiàn)場(chǎng)采集的照片比對(duì)相似性。在該場(chǎng)景下，“人證合一”的邏輯能夠確保學(xué)生本人注冊(cè)，并有效提升學(xué)生注冊(cè)的效率。

圖2 自助餐券消費(fèi)場(chǎng)景

圖3 任意金額消費(fèi)場(chǎng)景

（2）校內(nèi)消費(fèi)場(chǎng)景

將人臉識(shí)別與校園卡系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，形成校內(nèi)消費(fèi)場(chǎng)景下的人臉識(shí)別應(yīng)用。和認(rèn)證類場(chǎng)景不同，消費(fèi)類場(chǎng)景識(shí)別人群規(guī)模巨大，校園卡系統(tǒng)的消費(fèi)賬戶超過(guò)10萬(wàn)，這對(duì)人臉識(shí)別算法的識(shí)別速度和準(zhǔn)確率形成了很大挑戰(zhàn)，因此在所屬高校的實(shí)踐中對(duì)人臉識(shí)別應(yīng)用的架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，根據(jù)具體應(yīng)用分為兩種模式：全庫(kù)&&賬號(hào)模式和分庫(kù)&&自助注冊(cè)機(jī)模式。

模式一：全庫(kù)&&賬號(hào)模式。本質(zhì)是一對(duì)一圖像比對(duì)模式，刷臉消費(fèi)瘦終端和校園卡系統(tǒng)消費(fèi)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，在消費(fèi)支付時(shí)，用戶通過(guò)消費(fèi)瘦終端輸入本人校園卡賬號(hào)，然后瘦終端采集用戶照片并通過(guò)統(tǒng)一人臉識(shí)別平臺(tái)的人臉識(shí)別服務(wù)接口進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)成功后向校園卡系統(tǒng)消費(fèi)平臺(tái)提交交易請(qǐng)求。該模式的優(yōu)點(diǎn)是識(shí)別準(zhǔn)確，但輸入校園卡賬號(hào)的操作使得交易時(shí)間增加，體驗(yàn)性一般。

模式二：分庫(kù)&&自助注冊(cè)機(jī)模式。針對(duì)全庫(kù)&&賬號(hào)模式的缺點(diǎn)，將每一個(gè)餐廳視為一個(gè)子場(chǎng)景，采用胖終端動(dòng)態(tài)維護(hù)子場(chǎng)景的分庫(kù)，維護(hù)方式如下：用戶首次在某個(gè)餐廳就餐時(shí)通過(guò)自助注冊(cè)機(jī)注冊(cè)（刷卡或輸入賬號(hào)密碼），然后自助注冊(cè)機(jī)在線向統(tǒng)一人臉識(shí)別平臺(tái)請(qǐng)求將該用戶的基準(zhǔn)照片推送至胖終端的分庫(kù)。同時(shí)胖終端定時(shí)刪除長(zhǎng)期不用的基準(zhǔn)照片，以維護(hù)其本地分庫(kù)的輕量性。在消費(fèi)支付時(shí)，采集用戶照片直接和本地分庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)成功后向校園卡系統(tǒng)消費(fèi)平臺(tái)提交交易請(qǐng)求。該模式有效提升了刷臉消費(fèi)的使用體驗(yàn)，同時(shí)準(zhǔn)確率也較高。

基于上述兩種模式，山東大學(xué)分別在中心校區(qū)教師自助餐廳和一多餐廳分別實(shí)現(xiàn)了兩種人臉識(shí)別消費(fèi)方案。教師自助餐廳采用模式二（圖2）實(shí)現(xiàn)自助餐券消費(fèi)場(chǎng)景，通過(guò)自助注冊(cè)方式將在該餐廳就餐的老師納入分庫(kù)管理，實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別消費(fèi)自助餐券。一多餐廳面向所有持卡人開放人臉識(shí)別消費(fèi)服務(wù)，為保證識(shí)別精度，采用模式一（圖3）實(shí)現(xiàn)任意金額消費(fèi)場(chǎng)景。隨著模式的不斷改進(jìn)，刷臉就餐的觀念已被很多師生接受，在同時(shí)支持刷卡、掃碼和人臉識(shí)別的消費(fèi)終端上，人臉識(shí)別消費(fèi)的占比已提升到20%以上。

2. 評(píng)價(jià)指標(biāo)

人臉消費(fèi)技術(shù)能否再在高校信息化中取得預(yù)期效果取決于兩個(gè)方面：一方面是場(chǎng)景的適配性；另一方面是技術(shù)的成熟性。在高校信息化的場(chǎng)景下，應(yīng)考慮以下技術(shù)指標(biāo)。

識(shí)別速度。識(shí)別速度是人臉識(shí)別應(yīng)用體驗(yàn)優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。通常一個(gè)從圖像采集到結(jié)果返回的識(shí)別過(guò)程時(shí)間應(yīng)低于1秒。除依賴于人臉識(shí)別算法外，識(shí)別速度受限于人臉識(shí)別庫(kù)的大小。因此優(yōu)化算法和輕量化人臉識(shí)別庫(kù)是提升識(shí)別速度的重要途徑。

識(shí)別準(zhǔn)確率。識(shí)別準(zhǔn)確率是人臉識(shí)別應(yīng)用體驗(yàn)優(yōu)劣的又一關(guān)鍵因素。認(rèn)證類場(chǎng)景的識(shí)別準(zhǔn)確率通常應(yīng)達(dá)到98%以上，消費(fèi)類場(chǎng)景的識(shí)別準(zhǔn)確率應(yīng)達(dá)到99.5%以上。提升識(shí)別準(zhǔn)確率同樣是通過(guò)優(yōu)化算法和輕量化人臉識(shí)別庫(kù)。

兼容性。對(duì)于統(tǒng)一人臉識(shí)別平臺(tái)，能夠提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口和服務(wù)接口，能夠兼容不同廠商的人臉識(shí)別終端，是人臉識(shí)別應(yīng)用的重要指標(biāo)。

安全性。根據(jù)信息安全管理的機(jī)密性、完整性和可用性原則，人臉識(shí)別應(yīng)用的安全包含用戶圖像數(shù)據(jù)的完整性和可用性，以及用戶生物信息隱私的機(jī)密性。如何保證人臉識(shí)別信息的安全性，是學(xué)校、人臉識(shí)別服務(wù)廠商、安全服務(wù)廠商應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

人臉識(shí)別應(yīng)用是人工智能技術(shù)落地到高校信息化的成熟載體，能夠提升師生的信息化體驗(yàn)，彰顯大學(xué)的創(chuàng)新引領(lǐng)作用。本文基于所在高校的已有實(shí)踐，提出了人臉識(shí)別應(yīng)用在高校信息化中的一套整體參考模型，并實(shí)現(xiàn)了幾種典型應(yīng)用場(chǎng)景的業(yè)務(wù)模式，對(duì)同類高校的人臉識(shí)別應(yīng)用具有一定的借鑒意義。