劉元慶，朱丹丹

（徐州市教育局，江蘇 徐州 221000）

0 引言

在互聯(lián)網(wǎng)時代背景下,OpenCV 人臉識別技術(shù)應(yīng)運而生,該技術(shù)憑借著自身非接觸性、非強制性、并發(fā)性等特點,被廣泛地應(yīng)用于智能考試系統(tǒng)設(shè)計中,可以構(gòu)建出系統(tǒng)、完善的人臉識別流程,實現(xiàn)對管理員、教師和學生的人臉識別和身份驗證,促使在線考試變得更加智能化、高效化,為用戶帶來良好的使用體驗［1］。 因此,在OpenCV 人臉識別技術(shù)的應(yīng)用背景下,如何科學設(shè)計智能考試系統(tǒng)是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)需求分析作為智能考試系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)內(nèi)容,在正式進入系統(tǒng)設(shè)計之前,技術(shù)人員要從以下兩個維度出發(fā),做好對系統(tǒng)需求分析［2］。 (1)用戶需求分析。該系統(tǒng)所涉及的用戶主要包含管理員用戶、教師用戶和學生用戶。 用戶類型不同,其系統(tǒng)需求也存在的一定的差異。 (2)功能需求分析。 系統(tǒng)功能主要包含身份驗證模塊、管理員模塊、教師模塊、在線考試模塊等模塊,技術(shù)人員要重點做好對這些功能模塊的設(shè)計和實現(xiàn),以保證用戶的使用體驗。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計

該系統(tǒng)主要包含以下三大模塊:(1)管理員模塊。管理員主要負責對系統(tǒng)的嚴格化管理,其管理內(nèi)容主要包含對系統(tǒng)題庫的維護以及人員個人信息的收集、管理,如學生信息管理、試題信息管理、考試結(jié)果管理等［3］。 (2)教師模塊。 教師作為系統(tǒng)的核心工作人員,除了負責對題庫信息的有效更新外,還負責引導學生快速、高效地查詢所需要的信息。 (3)在線考試模塊。該模塊為學生的網(wǎng)絡(luò)化考試提供了比較智能化的服務(wù)體驗,便于學生更好地驗證個人身份信息。 因此,該模塊在實際設(shè)計期間,要加強對人臉識別功能的設(shè)計和實現(xiàn)。 當該系統(tǒng)各個功能模塊被有效確定后,完成對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的科學設(shè)計以及相關(guān)數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建。

2.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

智能考試系統(tǒng)在具體的設(shè)計中,主要涉及了管理員模塊、教師模塊和在線考試模塊,系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1 所示,從圖1 中可以看出,該系統(tǒng)主要包含學生信息管理功能、試題信息管理功能、科目信息管理功能、考試結(jié)果管理功能等功能。 總之,管理員模塊、教師模塊和在線考試模塊三種模塊之間存在相輔相成、相互聯(lián)系等關(guān)系,技術(shù)人員要嚴格按照如圖1 所示的功能結(jié)構(gòu)圖,保證系統(tǒng)各大功能模塊的實現(xiàn)效果,從而為用戶提供更加的優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗［4］。

圖1 智能考試系統(tǒng)總體功能模塊

3 系統(tǒng)詳細設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 身份驗證模塊具體實現(xiàn)方法

身份驗證算法流程如圖2 所示,從圖2 中可以看出,在進行身份信息驗證期間,首先,要借助攝像頭,實現(xiàn)對管理員、學生人臉圖像的自動化、精確化采集；然后,對其進行人臉檢測,并對檢測好的人臉區(qū)域進行標定處理；最后,從這些人臉區(qū)域中,提取出眼睛、鼻子、嘴巴三大特征點,同時,針對定位好的特征點,科學校正人臉的角度和位置。 在此基礎(chǔ)上,對人臉識別器進行科學訓練,將最終訓練結(jié)果與數(shù)據(jù)庫存儲的人臉樣本進行科學的比對。 比對成功說明登錄成功,否則,說明登錄失敗［5］。

圖2 身份驗證算法流程

另外,還要借助OpenCV 全面檢測攝像頭所采集到的人臉圖像,然后,使用矩形框?qū)θ四槇D像進行標定,標定結(jié)果。 OpenCV 在設(shè)計系統(tǒng)人臉識別功能期間,主要用到了FaceRecognizer 類,該類重點集成和應(yīng)用了具有典型性的人臉識別算法,采用手工制作的方式,完成對人臉圖像訓練樣本集的制定,樣本集含有5 個人,每人所對應(yīng)的圖像共3 幅,這些樣本集經(jīng)過組合,形成了人臉數(shù)據(jù)庫。

3.2 管理員模塊詳細設(shè)計與實現(xiàn)

3.2.1 管理員登錄功能規(guī)劃與具體實現(xiàn)

管理員登錄功能作為該系統(tǒng)的常用功能,主要是指管理員通過向系統(tǒng)中輸入正確的賬號、密碼,獲取相應(yīng)的管理員權(quán)限,以達到正常訪問和使用智能考試系統(tǒng)的目的。 該功能在具體的設(shè)計中,需要管理員在系統(tǒng)登錄界面輸入正確的賬號、密碼。 此時,該系統(tǒng)會自動啟用內(nèi)部TextBox 組價,對管理員所輸入的賬號、密碼信息進行接收,對這些程序進行編寫處理,確保這些信息與數(shù)據(jù)庫之間建立起有效的連接。 當連接成功后,系統(tǒng)會自動接收處理用戶所輸入的賬號字符串,便于管理員更好地開展賬號字段查詢工作,全面地分析和判斷用戶當前所處的查詢狀態(tài)。 如果查詢狀態(tài)顯示“成功”,說明該賬號字段被系統(tǒng)得以全方位、精確化查詢。 此時,系統(tǒng)會根據(jù)賬號字段內(nèi)容,完成對相應(yīng)密碼字段的反饋,并將最終的反饋結(jié)果與用戶所輸入的密碼字段進行比對,如果比對成功,說明該用戶擁有管理員的登錄身份。

3.2.2 管理員添加教師信息功能具體實現(xiàn)

要想確保管理員在使用該系統(tǒng)期間,能夠快捷有效地添加教師信息,技術(shù)人員要嚴格遵循以下設(shè)計流程:(1)需要在系統(tǒng)的指定界面位置處,設(shè)置多個文本框,該文本框與數(shù)據(jù)庫內(nèi)教師字段存在一一對應(yīng)的關(guān)系。 (2)還要利用TextBox 控件,完成對教師字段信息的有效接收和管理,并確保相關(guān)程序與數(shù)據(jù)庫之間能夠建立起良好的連接關(guān)系。 (3)當連接關(guān)系構(gòu)建成功后,用戶可以使用數(shù)據(jù)庫,完成對教師表的快捷化插入和保存。 當數(shù)據(jù)表插入成功后,說明教師信息添加功能得以有效設(shè)計和實現(xiàn)。 該功能模塊在具體的設(shè)計中,主要運用了ADO.Net 技術(shù),以實現(xiàn)對conn 對象的構(gòu)建。

3.3 教師模塊的規(guī)劃與具體實現(xiàn)過程

3.3.1 教師瀏覽信息功能具體實現(xiàn)

在具體的設(shè)計中,教師瀏覽信息功能將相關(guān)試題表定位到指定的教師操作界面中。 用戶對界面中的瀏覽按鈕進行點擊。 此時,系統(tǒng)會自動運行相關(guān)程序,與數(shù)據(jù)庫之間建立起有效的連接。 當連接成功后,教師可以借助數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)對試題表中所需字段信息的精確化查詢,從而達到瀏覽操作試題信息的目的。

3.3.2 教師成績查詢功能具體實現(xiàn)

教師成績查詢功能主要是指教師向系統(tǒng)登錄界面中輸入正確的賬號、密碼,然后,采用以下兩種方式,實現(xiàn)對學生成績的精確化查詢,一種是學生姓名搜索方式,另一種是考試得分范圍搜索方式,與傳統(tǒng)手動搜索方式相比,該系統(tǒng)的搜索功能具有一定的高效性和智能性。

3.4 在線考試模塊具體實現(xiàn)

在整個系統(tǒng)中,學生使用頻率最高。 學生幾乎在每學期都會頻繁用到該系統(tǒng)。 為此,技術(shù)人員要重視對學生注冊功能的開設(shè)和實現(xiàn)。 學生注冊功能主要是指學生在正式使用該系統(tǒng)之前,要采用注冊審核的方式,完成對個人登錄信息的填寫和注冊。 該功能模塊的具體設(shè)計流程如下:首次登錄系統(tǒng)的學生點擊系統(tǒng)界面上的“注冊”按鈕后,會自動進入學生注冊界面。此時,系統(tǒng)通過利用TextBox 控件,對學生所提交的信息進行全面讀取和接收,然后,利用ASP 技術(shù)不斷提高操作水平,便于學生在使用系統(tǒng)期間能夠規(guī)范化地輸入注冊信息,并確保編寫好的程序與數(shù)據(jù)庫之間建立起有效的連接。 當連接成功后,系統(tǒng)會利用數(shù)據(jù)庫自動完成對學生賬號字段的精確化、快捷化查詢。 經(jīng)過查詢,如果所提交的賬號申請信息與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的字段存在一一對應(yīng)的關(guān)系,說明數(shù)據(jù)庫已經(jīng)保存過該用戶的登錄信息,數(shù)據(jù)庫無需對這些信息進行再次保存；反之,需要嚴格按照所設(shè)置好的字段信息,將學生新提交的注冊申請信息插入指定的數(shù)據(jù)表中,此時,頁面會顯示“申請成功”。 學生注冊算法流程,如圖3所示。

圖3 學生注冊算法流程

4 結(jié)語

綜上所述,在OpenCV 人臉識別技術(shù)的應(yīng)用背景下,本文針對高校教師和學生個性化使用需求,根據(jù)系統(tǒng)需求分析結(jié)果,完成對智能考試系統(tǒng)的各大功能模塊的科學設(shè)計和開發(fā)。 該系統(tǒng)所取得的設(shè)計成果如下:(1)通過將OpenCV 人臉識別技術(shù)與智能考試系統(tǒng)設(shè)計進行充分結(jié)合。 在正式進入考試之前,高校需要借助該系統(tǒng),將學生的臉部信息安全、可靠地存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中,然后,采用人臉識別的方式,對學生的登錄信息進行驗證。 在正式考試期間,攝像頭會將當前所讀取的學生面部信息與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫已存儲的學生面部信息進行比對,如果比對成功,可允許考生進入考場進行考試,反之,則取消學生考試權(quán)限,從而避免出現(xiàn)替考現(xiàn)象。 (2)確定系統(tǒng)基本框架。 該系統(tǒng)通過采用B/S 設(shè)計模式,提高系統(tǒng)的層次感,便于工作人員能夠更好地升級和維護系統(tǒng)。 (3)完成對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的科學設(shè)計。 該系統(tǒng)在全面分析教師和學生使用需求的基礎(chǔ)上,確定正確的系統(tǒng)設(shè)計目標,然后,科學地規(guī)劃和設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,從而實現(xiàn)對管理員基本情況表、教師基本情況表、學生基本情況表、試題基本情況表、考試科目基本情況表、考試記錄基本情況表等數(shù)據(jù)表的科學設(shè)計,使得各個數(shù)據(jù)表之間的依賴關(guān)系得以有效地明確,為統(tǒng)一化、規(guī)范化管理智能考試相關(guān)數(shù)據(jù)打下堅實的基礎(chǔ)。 (4)設(shè)計和開發(fā)系統(tǒng)核心功能模塊。 本文完成了對該系統(tǒng)的身份驗證模塊、管理員模塊、教師模塊、在線考試模塊等模塊的科學設(shè)計,完全符合實際應(yīng)用需求。