張景文

（東莞理工學(xué)校，廣東東莞523000）

近年來(lái)，人工智能應(yīng)用得到各國(guó)的重視，其發(fā)展迅速。深度學(xué)習(xí)、人機(jī)交互、智能識(shí)別、學(xué)習(xí)分析等人工智能技術(shù)正持續(xù)不斷地融入教育領(lǐng)域的各個(gè)方面[1]。人臉識(shí)別技術(shù)是AI的重要組成，具有高精度、識(shí)別速度快，技術(shù)具備高并發(fā)、高吞吐、低時(shí)延等優(yōu)勢(shì)，成效得到許多應(yīng)用考驗(yàn)，例如在軟件登錄、手機(jī)解鎖、門禁進(jìn)出、移動(dòng)支付等各種場(chǎng)景。建設(shè)基于人臉識(shí)別和互聯(lián)網(wǎng)+的在線教學(xué)平臺(tái)，使用穩(wěn)定和準(zhǔn)確技術(shù)手段的人臉識(shí)別用于人員識(shí)別管理，通過(guò)人臉識(shí)別功能保證學(xué)員身份真實(shí)性，避免遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)監(jiān)管不嚴(yán)而導(dǎo)致頂替現(xiàn)象，有利于維護(hù)線上教學(xué)與測(cè)試公平性。

1 技術(shù)原理與特點(diǎn)

1.1 主要原理

人臉識(shí)別是人工智能技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它的技術(shù)原理是對(duì)來(lái)源于圖片或視頻的人臉信息的收集和比對(duì)，包括人臉檢測(cè)定位、人臉特征提取和人臉識(shí)別比對(duì)3 個(gè)過(guò)程?？蓱?yīng)用人臉識(shí)別和認(rèn)證、人臉檢索、人臉美化、臉部特效、照片管理等應(yīng)用[2]。

為了實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別功能，本研究選用了“騰訊云”人工智能接口中人臉識(shí)別功能，基于騰訊優(yōu)圖領(lǐng)先的面部分析技術(shù)，它提供分析技術(shù)包括人臉檢測(cè)與分析、人員查重、活體檢測(cè)等多種功能，支持API 和離線SDK 兩種接入方式。人臉識(shí)別可應(yīng)用于智慧零售、智慧樓宇等多種應(yīng)用場(chǎng)景，為開(kāi)發(fā)者和企業(yè)提供高性能實(shí)用性強(qiáng)人臉識(shí)別服務(wù)[3]。騰訊云的人工智能API 接入方式具有使用簡(jiǎn)易、直接調(diào)用，響應(yīng)迅速等優(yōu)勢(shì)，考慮線上教學(xué)和考試的特點(diǎn)和人工智能API優(yōu)勢(shì)，本開(kāi)發(fā)采取“騰訊云”API 接口的方式進(jìn)行調(diào)用，充分發(fā)揮其API接口使用簡(jiǎn)單和方便的特點(diǎn)，可快速及準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)線上考試的身份核實(shí)。

微信小程序是在微信框架環(huán)境中經(jīng)掃碼或分享就能使用的輕量級(jí)APP，具有免下載和免安裝，即時(shí)使用的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)將近兩年的發(fā)展，微信小程序框架已經(jīng)構(gòu)造了自身較完整的開(kāi)發(fā)環(huán)境和開(kāi)發(fā)者生態(tài)[4]。小程序開(kāi)發(fā)有賴于成熟的微信平臺(tái)為支撐，開(kāi)發(fā)相對(duì)簡(jiǎn)易，具有成本低，效率高等優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在有許多的政府和商業(yè)性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)與平臺(tái)均另外開(kāi)發(fā)了微信小程序平臺(tái)應(yīng)用版本，可在移動(dòng)平臺(tái)上完成政府辦事、購(gòu)物、信息獲取、娛樂(lè)等功能。例如“粵省事”政府辦事小程序還有京東購(gòu)物小程序等等?；谖⑿判〕绦蚩煽蚣荛_(kāi)發(fā)在線考試平臺(tái)，可通過(guò)掃碼進(jìn)入或者分享鏈接的形式接入，不用另外安裝布置，具有使用方便和快捷等優(yōu)勢(shì)。

本平臺(tái)構(gòu)建于小程序的結(jié)合騰訊云人工智能人臉識(shí)別的API接口，充分地實(shí)現(xiàn)容易布置和人員識(shí)別精準(zhǔn)快速的功能。應(yīng)用端采用微信小程序，學(xué)生通過(guò)微信通道進(jìn)入，不用安裝，隨時(shí)在線學(xué)習(xí)和考試。為方便管理對(duì)數(shù)據(jù)和人員管理，本臺(tái)的數(shù)據(jù)和人員管理端用WEB 形式供管理員和老師在線使用。

1.2 平臺(tái)的人臉識(shí)別機(jī)制

圖1 是平臺(tái)調(diào)用騰訊云的人臉識(shí)別API 并返回結(jié)果的完整過(guò)程，程序遠(yuǎn)程發(fā)送某個(gè)學(xué)員人臉數(shù)據(jù)給騰訊云API，其接口即時(shí)處理后，將識(shí)別結(jié)果以特定的數(shù)據(jù)形式返回給調(diào)用者，再調(diào)用程序?qū)Ψ祷氐臄?shù)據(jù)分析處理，即完成人臉識(shí)別驗(yàn)證全過(guò)程。在具體過(guò)程中，平臺(tái)程序通過(guò)前置攝影頭拍攝學(xué)員頭像，后臺(tái)將圖像（base64 壓縮格式）和學(xué)員編號(hào)發(fā)送到平臺(tái)服務(wù)器，平臺(tái)調(diào)取出對(duì)應(yīng)學(xué)員的faceid（人像編號(hào)）結(jié)合圖像重新發(fā)送至騰訊人臉識(shí)別API，API 將識(shí)別結(jié)果以Json數(shù)組形式返回APP 中，其中【Score】值表示相似度，【IsLiveness】值表示是否通過(guò)人臉檢測(cè)。Score 值越高表示人像匹配度高，APP 讀取Score值判斷人員的對(duì)比結(jié)果，如果數(shù)值超過(guò)85，表示通過(guò)識(shí)別，否則不能通過(guò)檢測(cè)，平臺(tái)根據(jù)結(jié)果繼續(xù)或停止學(xué)生的考試（見(jiàn)表1）。

圖1 人臉識(shí)別流程

表1 有效返回值分析

2 主體框架

平臺(tái)的分類按功能需要分為學(xué)生使用的小程序應(yīng)用端和老師使用的管理端，管理端包括有學(xué)員管理、題目上傳、試卷管理、成績(jī)分析等功能。應(yīng)用端有登錄、在線學(xué)習(xí)、在線考試及人臉抓拍和身份核實(shí)（通過(guò)人臉識(shí)別方式）等功能，見(jiàn)圖2。

圖2 平臺(tái)的功能框架與數(shù)據(jù)流

2.1 WEB管理端的功能說(shuō)明

2.1.1 學(xué)員信息管理

學(xué)員信息有班級(jí)、學(xué)號(hào)、姓名、人像編號(hào)（原圖存放于騰訊云中）等信息。管理員對(duì)學(xué)員信息管理進(jìn)行錄入、修改和刪除，并核查學(xué)員上傳的頭像，剔除不合格的頭像提醒學(xué)員重新上傳等。

2.1.2 題目管理

教師按科目分類在線上傳和維護(hù)題庫(kù)內(nèi)容，可對(duì)題目進(jìn)行添加、修改、刪除等操作。

2.1.3 試卷管理

學(xué)生考試前，教師按一定比例從題庫(kù)中隨機(jī)抽題并生成試卷，生成的試卷內(nèi)容還可以再進(jìn)行編輯和優(yōu)化，并可對(duì)考試時(shí)間、題量、分?jǐn)?shù)值進(jìn)行管理。

2.1.4 成績(jī)管理

管理端自動(dòng)完成對(duì)學(xué)生整體成績(jī)的管理匯總、個(gè)別學(xué)科或題目的分析。例如，對(duì)考試中的易錯(cuò)題、難題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為教師今后教學(xué)提供資料。

2.2 小程序應(yīng)用端的功能說(shuō)明

2.2.1 登錄

賬號(hào)和人臉識(shí)別方式驗(yàn)證登錄，為防止頂替的行為，使用賬號(hào)登錄后，還有對(duì)登錄者身份進(jìn)行人臉識(shí)別的二次核實(shí)，此過(guò)程APP通過(guò)調(diào)用攝影頭拍攝人像信息后，經(jīng)騰訊人工智能API接口檢測(cè)完成驗(yàn)證過(guò)程。

2.2.2 在線考試

在考試時(shí)間內(nèi)，學(xué)員根據(jù)老師發(fā)布科目試卷進(jìn)行在線考試，為保證公平，考試過(guò)程中同時(shí)會(huì)對(duì)人臉抓取及識(shí)別，并根據(jù)返回結(jié)果繼續(xù)或中止考試。

2.2.3 成績(jī)查詢

學(xué)員通過(guò)應(yīng)用端了解自己的學(xué)習(xí)成績(jī)，并根據(jù)成績(jī)分析而生成反饋進(jìn)行對(duì)個(gè)人學(xué)習(xí)情況進(jìn)行總結(jié)和反思。

3 學(xué)員信息表設(shè)計(jì)

從平臺(tái)的功能需求出發(fā)，基于騰訊云人工智能API 與小程序的技術(shù)特點(diǎn)對(duì)學(xué)員表（見(jiàn)表2）設(shè)計(jì)如下：學(xué)員表的主鍵是注冊(cè)學(xué)號(hào)，小程序在用戶使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生具有唯一性openid編號(hào)，用于學(xué)員登錄小程序身份檢驗(yàn)，騰訊云保存人臉編號(hào)存放表中faceid 字段，并保存在騰訊云后臺(tái)和平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，人臉識(shí)別時(shí)騰訊云API 根據(jù)faceid編號(hào)和圖像再進(jìn)行對(duì)比和返回結(jié)果。

表2 會(huì)員數(shù)據(jù)

4 應(yīng)用案例與分析

以作者所在學(xué)校的某班50位學(xué)生數(shù)據(jù)作為測(cè)試對(duì)象，平臺(tái)對(duì)學(xué)員手機(jī)端進(jìn)行人臉識(shí)別實(shí)驗(yàn)，學(xué)員通過(guò)APP上傳接口錄入自身頭像到騰訊云后臺(tái)，40位學(xué)生作為正常使用者錄入自己頭像，為了做頂替測(cè)試，其他10位學(xué)生不錄入頭像。

4.1 人像的上傳與審核

學(xué)生先用密碼登錄平臺(tái)的應(yīng)用后，在個(gè)人信息頭像資料中調(diào)用手機(jī)前置鏡頭拍攝半身相并上傳到騰訊云人工智能管理后臺(tái)，管理員將學(xué)員不合格頭像如閉眼、角度不正確、過(guò)度美顏或頂替等不合格剔除，保留合適圖像，如圖3 所示。

圖3 學(xué)員人臉圖像采集

4.2 人像核對(duì)過(guò)程

應(yīng)用端驗(yàn)證人像真實(shí)性：調(diào)用學(xué)員手機(jī)攝頭像，后臺(tái)壓縮為base64 數(shù)據(jù)以網(wǎng)頁(yè)的POST 方式到平臺(tái)服務(wù)器，以一定格式發(fā)送到騰訊云接口分析，騰訊云API再將識(shí)別的結(jié)果返回應(yīng)用端。

騰訊AI 人像識(shí)別的接口響應(yīng)迅速，精確度高，本研究測(cè)試該班同學(xué)的人像在多種不同情景包括正面光、逆光、側(cè)光、戴眼鏡、擋住嘴部等情況都能準(zhǔn)確返回Score 值在85 以上，如果是他人頂替的頭像，Score 值很少超過(guò)35，因此認(rèn)為騰訊云AI 人像識(shí)別接口高效和精準(zhǔn)，適合作為考試平臺(tái)學(xué)員身份檢測(cè)，見(jiàn)表3。

表3 AI人像識(shí)別返回結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

2020 年伊始，全國(guó)經(jīng)歷了一個(gè)特殊的時(shí)期，學(xué)校加快了線上教學(xué)的應(yīng)用，在線教育代替日常的教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了停課不停學(xué)的目標(biāo)。線上教育一般采用網(wǎng)絡(luò)考試形式對(duì)學(xué)員的學(xué)習(xí)狀態(tài)摸底，但如果缺乏對(duì)學(xué)員真實(shí)身份有效核實(shí)，造成線上教學(xué)考核方式的真實(shí)性與權(quán)威性得不到認(rèn)可，影響線上教學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，使用人臉識(shí)別對(duì)線上測(cè)試的學(xué)員真實(shí)性檢測(cè)有高精準(zhǔn)和難于假冒的優(yōu)點(diǎn)，有助于維護(hù)網(wǎng)絡(luò)考試公平性，讓線上教學(xué)更好走向體制化和正規(guī)化，更好地促進(jìn)在線教育的發(fā)展。構(gòu)建基于微信小程序輕應(yīng)用和騰訊云人臉識(shí)別API的線上考試方案，具有響應(yīng)迅速、易于布置、非接觸識(shí)別、人員難以仿冒等優(yōu)勢(shì)，在構(gòu)建的平臺(tái)還可以增加騰訊云AI 情緒識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、手寫(xiě)答案分析等API模塊，具有良好的拓展性，是一種可行線上考試的方案。