摘要：近年來(lái)人臉識(shí)別技術(shù)是一種新型生物特征識(shí)別法，目前廣泛用于不同的領(lǐng)域中，如公安、司法、教育、政府、金融以及各事業(yè)單位等。尤其在教育領(lǐng)域中更為突出?？荚囅到y(tǒng)以其公平、公正、快速、準(zhǔn)確、具有低成本，高保密性等特點(diǎn)，因此逐漸取代傳統(tǒng)考試系統(tǒng)成為未來(lái)考試系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)。然而在考試系統(tǒng)為人們提供便利的同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些新問(wèn)題，其中系統(tǒng)的安全問(wèn)題最為突出。為了加強(qiáng)考場(chǎng)中考生身份的驗(yàn)證管理，避免出現(xiàn)考生替考、作弊等問(wèn)題，本文對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)在考試系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀以及目前存在的問(wèn)題進(jìn)行研究，并通過(guò)闡述在考試系統(tǒng)中的人臉識(shí)別技術(shù)的重要性，進(jìn)而提出有效的解決方案。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別;技術(shù);考試系統(tǒng);應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）20-0179-02

2015年開(kāi)始，國(guó)家對(duì)教育考試違紀(jì)作弊行為加大了處罰力度，并正式實(shí)施《中華人民共和國(guó)刑法修正案九》，其中第284條明確規(guī)定，國(guó)家考試中如有組織作弊者，將處以最高七年有期徒刑，該法律規(guī)定頒布后，教育部門(mén)明確提出要結(jié)合各地的實(shí)際情況，要求學(xué)生采用學(xué)生二代身份證到現(xiàn)場(chǎng)報(bào)名確認(rèn)、現(xiàn)場(chǎng)采集指紋和照片等一系列生物特征，以此更好的防范替考事件的發(fā)生。為此全國(guó)各地快速升級(jí)作弊系統(tǒng)，大量黑科技如人臉識(shí)別、指數(shù)識(shí)別等運(yùn)用到考試系統(tǒng)中，一時(shí)間生物識(shí)別技術(shù)成為全民關(guān)注的焦點(diǎn)話題，人臉識(shí)別技術(shù)以其獨(dú)特性和唯一性在考試系統(tǒng)中脫穎而出，成為眾多生物識(shí)別技術(shù)中的首選技術(shù)。

1人臉識(shí)別技術(shù)在考試系統(tǒng)中的重要性

近幾年來(lái)，教育部為了嚴(yán)厲防范和打擊替考、作弊等不良行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生身份的有效甄別，逐漸由以往的人工主觀識(shí)別轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)科技設(shè)備技術(shù)，并迅速在全國(guó)范圍內(nèi)的考試系統(tǒng)中應(yīng)用。2018年深圳市首次將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于全國(guó)研究生考試中，對(duì)考生身份進(jìn)行驗(yàn)證，即學(xué)生進(jìn)入考場(chǎng)前，需采用現(xiàn)場(chǎng)刷臉，待驗(yàn)證成功后方可進(jìn)入考場(chǎng)。之后全國(guó)各地招生考試中紛紛使用人臉識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)考生進(jìn)行自主身份驗(yàn)證。利用人臉識(shí)別技術(shù)，能夠嚴(yán)防考試中出現(xiàn)替考、作弊等現(xiàn)象，進(jìn)一步嚴(yán)肅考場(chǎng)紀(jì)律，真正維護(hù)好考試的公平公正。

2人臉識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別過(guò)程依次為輸入圖像、人臉檢測(cè)、特征提取、人臉識(shí)別、確認(rèn)。人臉檢測(cè)主要是對(duì)在給定視頻中能夠按照特定方法判斷人臉是否存在，如果存在則需要對(duì)人臉的位置、大小進(jìn)行確定，在人臉識(shí)別系統(tǒng)中人臉檢測(cè)是最關(guān)鍵的一步也是第一步，檢測(cè)的可靠性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性起著至關(guān)重要的作用。對(duì)人臉識(shí)別系統(tǒng)的早期研究主要?jiǎng)t側(cè)重于無(wú)背景的圖像，這種圖像相對(duì)來(lái)說(shuō)更加容易獲得，因此未能夠引起高度重視。近年來(lái)隨互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)是一種新型生物特征識(shí)別法，要求對(duì)普通圖像識(shí)別，目前該技術(shù)不僅能夠運(yùn)用于人臉識(shí)別中，同時(shí)還能夠應(yīng)用于內(nèi)容檢索，視頻處理等多個(gè)領(lǐng)域中，其中對(duì)于涉及QQ身份認(rèn)證等一些具有較高身份認(rèn)證需求和以圖像輸入為主的搜索引擎均屬于人類(lèi)識(shí)別范疇。從一定程度上來(lái)看，人類(lèi)識(shí)別是一種分類(lèi)過(guò)程，能夠?qū)⒉煌卣鲌D像，根據(jù)其不同信息進(jìn)行分類(lèi)，在機(jī)器學(xué)習(xí)，模式識(shí)別圖像處理過(guò)程中，其首要的運(yùn)輸類(lèi)環(huán)節(jié)是特征提取。通過(guò)大量數(shù)據(jù)處理能夠獲得有用的信息，進(jìn)而減少無(wú)用信息或者避免信息冗余性，能夠?yàn)楂@得有價(jià)值信息，數(shù)據(jù)處理提供便利。除此之外，通過(guò)特征提取的方式能夠?qū)崿F(xiàn)多維圖像降維操作。從計(jì)算機(jī)視角角度出發(fā)，在圖像處理過(guò)程中涉及像素包含很多重疊區(qū)域，這些內(nèi)容會(huì)增加圖像在處理過(guò)程中的復(fù)雜性，降低圖像處理速度、效率。通過(guò)提取定位向量圖像處理，特征檢測(cè)提取匹配，可用于解決視覺(jué)問(wèn)題，比如基于內(nèi)容圖像檢索和人類(lèi)識(shí)別檢測(cè)目標(biāo)檢測(cè)等。對(duì)于人臉識(shí)別來(lái)說(shuō)，首先需要進(jìn)行人臉特征，提取之后與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)接，根據(jù)人的特征匹配情況分類(lèi)，從一定程度上來(lái)看，人臉識(shí)別是分為人類(lèi)辨認(rèn)、確認(rèn)，其中人臉確認(rèn)是數(shù)據(jù)庫(kù)圖像與檢測(cè)圖像匹配，之后根據(jù)結(jié)果來(lái)進(jìn)行身份確認(rèn)。人臉識(shí)別需要將數(shù)據(jù)庫(kù)圖像與待測(cè)人圖像比對(duì)之后，根據(jù)比對(duì)結(jié)果確認(rèn)身份，因此相比人臉辨認(rèn)來(lái)說(shuō)人類(lèi)確認(rèn)更加容易實(shí)現(xiàn)，在人臉辨認(rèn)中需要選擇合適的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)降維，對(duì)人臉識(shí)別率來(lái)說(shuō)是比較重要的。然而將其應(yīng)用在考試系統(tǒng)中，可以準(zhǔn)確判斷參加考試的考生是否與圖像庫(kù)中的人是同一個(gè)考生。

3人臉識(shí)別方法

隨著人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，目前市場(chǎng)上有多種人臉識(shí)別法常用的方法，包括基于外觀人臉識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人連識(shí)別和特征人臉識(shí)別、支持向量機(jī)人臉識(shí)別等多種方法?；谔卣魅祟?lèi)識(shí)別法，在進(jìn)行提取人類(lèi)特征時(shí)需要掌握面部結(jié)構(gòu)知識(shí)，包括人的五官形狀、特征等，之后計(jì)算面部特征間距離和面積等關(guān)系。根據(jù)歐式算法分類(lèi)識(shí)別，該方法操作簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的光照變化，魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，然而在實(shí)際使用過(guò)程中，當(dāng)待檢測(cè)人員面部被遮擋時(shí)在特征提取過(guò)程中難度會(huì)提高，并且對(duì)于人臉表情姿態(tài)，敏感度高。對(duì)于結(jié)構(gòu)面部特征之間的關(guān)系要求較高，而忽略面部細(xì)節(jié)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)人臉識(shí)別?；谕庥^人臉識(shí)別是通過(guò)面部信息采集進(jìn)行人臉識(shí)別，該方法操作簡(jiǎn)便很容易實(shí)現(xiàn)，因此也被獲得了高度重視，但該方法是通過(guò)圖像灰度值二維數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)圖像庫(kù)中圖像和待測(cè)圖像的相關(guān)性進(jìn)行分類(lèi)，這種方法從一定程度上來(lái)看易于理解，但在計(jì)算過(guò)程中耗時(shí)耗力，主要是由于這種圖像具備一定維數(shù)，在分類(lèi)過(guò)程中需要將其置于高維空間中開(kāi)展?；诰W(wǎng)絡(luò)神經(jīng)人類(lèi)識(shí)別，在機(jī)器學(xué)習(xí)和認(rèn)知科學(xué)中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)動(dòng)物中樞神經(jīng)，尤其是大腦啟發(fā)的模型，用于估計(jì)某種功能，該功能需要輸入未知數(shù)據(jù)和大量數(shù)據(jù)作為支持，通常表現(xiàn)為彼此相關(guān)聯(lián)的神經(jīng)元單元，在神經(jīng)元中進(jìn)行信息交換。研究證明將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于人臉識(shí)別系統(tǒng)中，能夠使面部特征這一問(wèn)題得以解決，而且具有很強(qiáng)的魯棒性。支持向量機(jī)的人臉識(shí)別是基于統(tǒng)計(jì)理論的一種學(xué)習(xí)方法，對(duì)于出現(xiàn)的新樣本圖像，識(shí)別起來(lái)比利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更加廣泛，錯(cuò)誤率更低，該方法在實(shí)驗(yàn)中取得良好的效果。

4在考試系統(tǒng)中人臉識(shí)別技術(shù)的解決方案

在考試系統(tǒng)中人臉識(shí)別技術(shù)主要針對(duì)系統(tǒng)安全性問(wèn)題，即提高系統(tǒng)的安全性，主要涉及替考、作弊等問(wèn)題。第一，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境。人臉識(shí)別系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境包括兩個(gè)部分軟件、硬件，由于考試系統(tǒng)帶有800萬(wàn)像素?cái)z像頭的計(jì)算機(jī)，電腦主屏為2.0GHz，操作系統(tǒng)為Windows732位。對(duì)軟件系統(tǒng)來(lái)說(shuō)系統(tǒng)必須進(jìn)行前臺(tái)和后臺(tái)的開(kāi)發(fā)。人臉檢測(cè)采用微軟開(kāi)發(fā)的視覺(jué)函數(shù)庫(kù)和圖像處理系統(tǒng)，使用matlab開(kāi)發(fā)人臉特征提取和識(shí)別軟件。第二總體設(shè)計(jì)，該考試系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分即考試子系統(tǒng)和考務(wù)子系統(tǒng)，如圖1所示。

考試子系統(tǒng)由考試界面和身份驗(yàn)證界面構(gòu)成的，在考務(wù)子系統(tǒng)中包含人員題庫(kù)，試卷，考務(wù)等相關(guān)管理，考務(wù)子系統(tǒng)具體流程如下：教師登錄-新增考生信息-增加題庫(kù)-組卷-分發(fā)試卷-分配考生-推出登錄?？忌酉到y(tǒng)的流程是當(dāng)考生進(jìn)入到相應(yīng)的考場(chǎng)之后，打開(kāi)考試機(jī)輸入網(wǎng)址，進(jìn)入系統(tǒng)界面，并在考試系統(tǒng)登錄頁(yè)面中輸入考生準(zhǔn)考證號(hào)和密碼，正確輸入之后會(huì)跳轉(zhuǎn)人臉識(shí)別界面之后按照界面相關(guān)提示，打開(kāi)攝像頭拍照完成人臉驗(yàn)證，如圖2所示。如果驗(yàn)證成功則頁(yè)面會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)相應(yīng)的界面，此時(shí)可允許考生參與考試。

完成考試后提交試卷，等到完成考試之后需要系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由系統(tǒng)自動(dòng)提交試卷即可退出考試程序。在考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求和功能作為基礎(chǔ)，結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)的適用性。設(shè)計(jì)考試系統(tǒng)中盡量使用一些成熟的技術(shù)，以避系統(tǒng)發(fā)生故障影響學(xué)生的正常考試。同時(shí)，應(yīng)做好備考方案，防止意外事件的發(fā)生。另外，考試系統(tǒng)的界面要求保持美觀、簡(jiǎn)潔且易于使用，因?yàn)榭荚囅到y(tǒng)面對(duì)的是考生，為便是于考生操作，界面理應(yīng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。第三，考試系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)識(shí)別模塊的業(yè)務(wù)流程包括考生報(bào)名階段、考前階段和開(kāi)考階段。考生報(bào)名階段需進(jìn)行二代身份證驗(yàn)證和人臉識(shí)別，采集考生照片以及相關(guān)信息并上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)?？荚囅到y(tǒng)會(huì)自動(dòng)將關(guān)聯(lián)考生科目信息和準(zhǔn)考照片進(jìn)行建模，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入考場(chǎng)之后，通過(guò)考證密碼登錄系統(tǒng)，會(huì)由系統(tǒng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到人臉識(shí)別界面，考生需要正對(duì)攝像頭拍照保存，將照片上傳服務(wù)器，之后系統(tǒng)會(huì)與報(bào)名階段的照片進(jìn)行比對(duì)比，比對(duì)成功后跳轉(zhuǎn)至考試界面進(jìn)行考試，否則將會(huì)被確認(rèn)為替考者，取消考試資格并進(jìn)入系統(tǒng)黑名單。

5總結(jié)

總之，隨著人臉識(shí)別技術(shù)的逐步成熟，這種生物特征識(shí)別技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，其中考試系統(tǒng)最為突出，傳統(tǒng)考試弊端日漸清晰，而且在線考試系統(tǒng)因其高效率、經(jīng)濟(jì)性以及便利性等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍更加廣泛。

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【通聯(lián)編輯：聞翔軍】

收稿日期：2020-03-16

作者簡(jiǎn)介：關(guān)德君（1980-），男，遼寧遼陽(yáng)人，碩士研究生，副教授，主要研究方向?yàn)檫h(yuǎn)程教育、計(jì)算機(jī)應(yīng)用。