馮宗越 許鵬 徐媛媛 黃永生

摘? 要：現(xiàn)有人臉識別技術(shù)基本基于遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用實現(xiàn)，需要依靠多種網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。文中設(shè)計并實現(xiàn)了基于Wi-Fi直連的移動圖像識別系統(tǒng)，遠(yuǎn)端服務(wù)器全部依賴于Android客戶端實現(xiàn)服務(wù)調(diào)用和響應(yīng)。同時將Wi-Fi直連技術(shù)與圖像識別技術(shù)相結(jié)合，在一臺Android設(shè)備上完成圖像采集和Wi-Fi直連傳送，在另一臺Android設(shè)備上完成圖像的Wi-Fi接收和識別，從而在整體上完成移動圖像識別系統(tǒng)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：移動終端；人臉識別；Android；Wi-Fi直連

中圖分類號：TP311? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）09-0107-04

Abstract： The existing face recognition technology is basically based on remote service invocation， relying on a variety of network transmission technologies. This paper designs and implements a mobile image recognition system based on Wi-Fi direct connection. Remote servers rely entirely on Android clients for service calls and responses. Simultaneously combining Wi-Fi direct connection technology with image recognition technology， image acquisition and Wi-Fi direct connection transmission are completed on one Android device， and Wi-Fi reception and recognition of images are completed on another Android device， thus completing the overall design of the mobile image recognition system.

Keywords： mobile terminal; face recognition; Android; Wi-Fi direct connection

0? 引? 言

科學(xué)技術(shù)以及社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展使得人們的生活越來越多樣化、信息化[1]。例如當(dāng)今比較成熟的指紋識別技術(shù)，在智能設(shè)備上已經(jīng)得到非常廣泛的應(yīng)用。在門禁系統(tǒng)、國家安全部門人員驗證領(lǐng)域應(yīng)用的人臉識別技術(shù)，具有較高的可信度。國內(nèi)外的一些廠商和科研機(jī)構(gòu)都在進(jìn)一步深入研究相關(guān)的人臉識別技術(shù)以及應(yīng)用場景，已經(jīng)出現(xiàn)了各種高規(guī)格的應(yīng)用場所，這一切都意味著人臉識別系統(tǒng)將日益普及[2]。

本文研究基于Android系統(tǒng)的Wi-Fi直連技術(shù)，并結(jié)合人臉識別相關(guān)算法，實現(xiàn)了基于Wi-Fi直連的移動圖像識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高度的靈活性、移動性、高效性等特點。

1? 系統(tǒng)分析

基于Wi-Fi直連的移動圖像識別系統(tǒng)研究主要包括基于Android平臺的Wi-Fi直連實現(xiàn)部分，以及人臉圖像相關(guān)算法的實現(xiàn)部分。系統(tǒng)基于Android平臺進(jìn)行設(shè)計與研發(fā)，Android平臺具有高度靈活性、極易移植性等特點，方便系統(tǒng)進(jìn)行Wi-Fi直連的相關(guān)設(shè)計實現(xiàn)，同時結(jié)合人臉圖像識別算法的相關(guān)研究，可達(dá)到綜合各個學(xué)科技術(shù)，研究發(fā)掘新的應(yīng)用模式的目的。該模式將告別C/S（客戶端/服務(wù)器）模式，而是建立在對等的基礎(chǔ)之上，即兩端都是平等相同的，都可以選擇是作為人臉識別服務(wù)器端還是人臉圖像采集端。

1.1? 人臉識別服務(wù)器端的系統(tǒng)分析

該系統(tǒng)服務(wù)器端一方面為另一端的人臉圖像采集端的操作提供接口服務(wù)，另一方面為程序的運行及系統(tǒng)資源管理提供各項服務(wù)。相對于人臉圖像采集端，該服務(wù)器端是一個基于Wi-Fi直連的為采集端提供各項服務(wù)后臺的服務(wù)端。人臉識別服務(wù)器端主要包含Wi-Fi AP直連熱點建立、算法測試、訓(xùn)練圖像采集、判斷識別等功能。服務(wù)器端的主要功能分析如表1所示。

1.2? 人臉采集端的系統(tǒng)分析

人臉采集端中的功能模塊相對比較少。其中為了防止其他用戶隨意使用該采集端進(jìn)行非法操作，所以設(shè)置了用戶名和密鑰來核對用戶的合法性。當(dāng)驗證通過才會進(jìn)入服務(wù)頁面，人臉采集端需求分析如表2所示。

2? 系統(tǒng)設(shè)計

Android系統(tǒng)采用了Java的運行虛擬機(jī)技術(shù)，使得Android系統(tǒng)在跨平臺上有著極大的優(yōu)越性。本章節(jié)就是利用了Android平臺設(shè)計了一個基于Wi-Fi直連的人臉識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成到一個獨立的APP應(yīng)用上，只要安裝上就可以實現(xiàn)對遠(yuǎn)程范圍內(nèi)的人臉進(jìn)行識別和驗證。其原理是：一臺設(shè)備用來采集和發(fā)送圖像，另一臺Android設(shè)備用來接收圖像數(shù)據(jù)及進(jìn)行訓(xùn)練識別等操作。結(jié)合本節(jié)研究的Wi-Fi直連的AP直連方式，實現(xiàn)兩臺Android設(shè)備之間的直接通信，而不需要額外的無線介質(zhì)。當(dāng)然圖像數(shù)據(jù)采集端也可以是小型的單片機(jī)或者Linux系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備等。

本部分利用Android平臺所具有的優(yōu)勢來完成圖像數(shù)據(jù)采集。提出一種人臉識別系統(tǒng)的新思路，可以根據(jù)該對等模式來進(jìn)行實際的應(yīng)用研究，例如小型智能化移動人臉識別系統(tǒng)、臨時的安全人臉檢測系統(tǒng)等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1? 人臉圖像采集端設(shè)計

本文所設(shè)計的采集端是基于Android平臺開發(fā)的，該系統(tǒng)除了基礎(chǔ)模塊外，還包括圖像采集模塊、裁剪模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、登錄驗證模塊等[3]。該采集端是基于Wi-Fi AP接入點與人臉識別服務(wù)器端進(jìn)行直連通信。其運行流程如下：

1）系統(tǒng)啟動首先會進(jìn)入開始頁面，隨后跳轉(zhuǎn)到登錄界面，登錄界面會要求輸入用戶名和密碼，點擊登錄會執(zhí)行checkLogin（）函數(shù)驗證手機(jī)號和密鑰是否正確，正確后函數(shù)返回boolean值True并依次執(zhí)行下一服務(wù)。

2）通過上述的驗證服務(wù)后，進(jìn)入主服務(wù)界面。在驗證之前要首先調(diào)用攝像頭采集人臉圖像，當(dāng)成功返回完攝像頭采集的圖像后，還需要對該圖像進(jìn)行裁剪。裁剪成81×81大小的圖像，裁剪完成后，該圖像會顯示在該頁面的ImageView控件上，讓用戶去選擇是否使用該圖片，還是選擇重新采集人臉圖像。

3）確定好要識別的人臉圖像后，點擊驗證按鈕，圖像數(shù)據(jù)會通過Wi-Fi直接傳送到人臉識別服務(wù)器端，等待服務(wù)器端返回的識別結(jié)果。如果返回結(jié)果為1，表示圖像發(fā)送成功，且已得到服務(wù)器端識別響應(yīng)；其余情況則表示未正確得到服務(wù)器端的響應(yīng)。

4）以上為一張人臉圖像識別的完整過程，如果需要再次識別，則只需從第2步驟執(zhí)行即可。

以下為人臉系統(tǒng)采集端的具體設(shè)計與實現(xiàn)：

1）啟動該系統(tǒng)，首先進(jìn)入啟動頁面，隨后進(jìn)入到登錄頁面，需要校驗手機(jī)號和密鑰，校驗通過之后，跳轉(zhuǎn)到采集端的主要服務(wù)頁面。分別如圖2所示。

2）人臉圖像的采集主要依靠該系統(tǒng)的圖像采集模塊。點擊采集圖像按鈕會調(diào)用Android系統(tǒng)的攝像頭進(jìn)行圖像采集，圖像采集結(jié)束后，返回的圖像數(shù)據(jù)，并不是所需要的最終圖像數(shù)據(jù)。

3）采集的圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)Android系統(tǒng)的不一致以及硬件的不同，所以圖像數(shù)據(jù)也不同，還需要進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)化裁剪等工作。系統(tǒng)調(diào)用圖像裁剪模塊，裁剪出標(biāo)準(zhǔn)的81×81大小的圖像。當(dāng)裁剪成功后，會將人臉圖像顯示到該頁面的ImageView控件上。

4）經(jīng)過圖像的采集、標(biāo)準(zhǔn)化工作后，使得這些圖像達(dá)到正常識別的圖像標(biāo)準(zhǔn)。點擊驗證按鈕后，系統(tǒng)首先會把圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到移動服務(wù)器端，等待返回數(shù)據(jù)，根據(jù)返回不同的數(shù)據(jù)來判斷驗證的結(jié)果。移動Android系統(tǒng)采集端的流程圖如圖3所示。

2.2? 移動人臉識別服務(wù)器端設(shè)計

服務(wù)器端充分利用Android平臺來開發(fā)，所有的Android設(shè)備都可以集成該功能。服務(wù)器端主要包含有Wi-Fi模塊（保證網(wǎng)絡(luò)通信）、測試模塊（測試是否可以正常識別）、采集人臉圖像模塊、數(shù)據(jù)處理模塊（執(zhí)行圖像的裁剪等功能）、網(wǎng)絡(luò)模塊（保證圖像數(shù)據(jù)的接收以及結(jié)果的返回）等。該服務(wù)器端開啟某個端口，實時接收采集端發(fā)送過來需要識別的人臉圖像數(shù)據(jù)，一旦接收到需要識別的圖像數(shù)據(jù)之后，顯示在服務(wù)器的ImageView圖片控件上，同時進(jìn)行識別，當(dāng)服務(wù)器完成這一過程之后返回值1，其他情況返回非1值。系統(tǒng)的各個模塊做如下介紹。

2.2.1? Wi-Fi AP直連模塊

系統(tǒng)啟動后首先會進(jìn)入這個頁面，需要設(shè)置Wi-Fi AP直連的SSID和密鑰。點擊開啟后就可以正常的啟用Wi-Fi AP，成功開啟后人臉圖像采集端就可與該服務(wù)器直接進(jìn)行連接，實現(xiàn)通信。只有當(dāng)AP直連成功開啟后才能進(jìn)入下一功能頁面。Wi-Fi AP直連的設(shè)置頁面如圖4所示。

2.2.2? 功能選擇與測試模塊

在上一步成功開啟Wi-Fi AP熱點后，進(jìn)入下一服務(wù)。該服務(wù)頁面主要包括五個選項，分別是開啟服務(wù)、測試服務(wù)、設(shè)備信息、幫助、退出系統(tǒng)。進(jìn)入系統(tǒng)后可以首先測試該系統(tǒng)的訓(xùn)練和識別算法是否可以正常運行。圖5為測試服務(wù)頁面。

測試功能首先對SD卡特定路徑下的圖片進(jìn)行訓(xùn)練，得到各個圖像的特征。然后可以選擇SD卡下特定的測試路徑的某張圖片來進(jìn)行識別。例如選擇測試庫的第1張圖像來測試，如圖5將識別的人臉圖片和測試圖片顯示出來。

2.2.3? 訓(xùn)練模塊等相關(guān)頁面

該模塊一方面啟動訓(xùn)練操作，另一方面開啟網(wǎng)絡(luò)端口的監(jiān)聽等功能。其部分擁有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的通信功能、圖像訓(xùn)練及識別部分、增加人臉識別訓(xùn)練庫部分功能。為了讓某個人臉能夠通過識別，就需要使用增加該人臉圖像到庫的功能。當(dāng)增加人臉到訓(xùn)練人臉庫后，首先需要對該庫進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)束后才能開啟識別服務(wù)。如圖6（a）為主要服務(wù)界面，圖6（b）為正在對訓(xùn)練庫進(jìn)行訓(xùn)練。

3? 系統(tǒng)測試

在系統(tǒng)進(jìn)入實際使用之前，系統(tǒng)測試是必不可少的工作。通過系統(tǒng)測試可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的功能缺陷、系統(tǒng)漏洞、系統(tǒng)性能不足等問題。系統(tǒng)測試主要從功能測試和性能測試上進(jìn)行[4]，下面首先對人臉采集端的功能進(jìn)行測試。

人臉采集端通過一系列步驟或用戶的輸入，與輸出結(jié)果和預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比，以測試所設(shè)計應(yīng)用程序是否達(dá)到要求。測試用例及結(jié)果如表3所示。

通過以上測試來檢驗該應(yīng)用的性能及各項指標(biāo)，通過表3可得程序測試通過。以下將對人臉識別服務(wù)器端進(jìn)行測試，測試用例及結(jié)果如表4所示。

經(jīng)過上面的步驟及測試工作已經(jīng)做好了充足的準(zhǔn)備。以下將對主要實現(xiàn)及成果進(jìn)行展示。為了能從移動采集端接收到識別圖片，需要開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來不停監(jiān)聽某一個端口，當(dāng)有采集端發(fā)送圖片流時，服務(wù)器端讀取到該流后生成圖像，然后調(diào)用識別函數(shù)，等待識別結(jié)果，得出結(jié)果后，把該圖像得到的正確地識別反饋到人臉圖像采集端。

首先，在人臉識別服務(wù)器端采集多張人臉，作為人臉訓(xùn)練集。每個人可以采集多張圖像，這樣在進(jìn)行圖像識別時有更多特征臉來進(jìn)行比對，使識別結(jié)果更加準(zhǔn)確。

然后，服務(wù)器端對采集的圖像進(jìn)行訓(xùn)練，為下一步的識別做好準(zhǔn)備。訓(xùn)練結(jié)束后，系統(tǒng)首先會提示訓(xùn)練的時長。最后，開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接收測試人臉圖像樣本。

圖7為采集的一張人臉圖像，以及服務(wù)器端接收到圖像后進(jìn)行顯示，并且對是否得到正常識別的結(jié)果進(jìn)行返回。

圖8顯示，采集端得到了從服務(wù)器端返回的圖片且可以正常被服務(wù)器端接收，并且得到了正確識別的結(jié)果。

同時針對四種機(jī)型（不同的數(shù)據(jù)處理能力，不同的運行內(nèi)存）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的實驗，該實驗分別在500張人臉圖像和1 000張圖像下的人臉庫上進(jìn)行訓(xùn)練，并且分別對所耗時間進(jìn)行記錄。通過分析，基本配置的設(shè)備都可以滿足圖像訓(xùn)練的需要。

通過以上測試，已經(jīng)初步達(dá)到了本章所設(shè)計與研發(fā)要求。同時可以對該系統(tǒng)進(jìn)行另外的擴(kuò)展工作，例如會場人員檢測、門禁控制系統(tǒng)等場景的應(yīng)用[5，6]。

4? 結(jié)? 論

設(shè)計與實現(xiàn)了基于Wi-Fi直連的移動圖像識別系統(tǒng)，在兩臺Android手機(jī)設(shè)備上實現(xiàn)直連通信，并且結(jié)合人臉識別的相關(guān)理論基礎(chǔ)，提出了NIB2DPCA過完整特征提取方法，并將此方法與Wi-Fi直連技術(shù)相結(jié)合，最終在移動Android平臺上實現(xiàn)了該系統(tǒng)的應(yīng)用研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李博.計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)應(yīng)用分析 [J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2020（9）：142-143.

[2] 王賀霏，蔣云云，傅博.基于CiteSpace的人臉識別研究文獻(xiàn)可視化圖譜分析 [J].吉林大學(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版，2022，40（5）：710-719.

[3] 田浩兵.具有摔倒報警與跟蹤定位功能的腕表式智能系統(tǒng)研究 [D].無錫：江南大學(xué)，2015.

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[5] 費宏昱.自然場景下幼兒的身份識別與行為分析研究 [D].杭州：浙江大學(xué)，2021.

[6] 馮宗越，徐媛媛.物聯(lián)網(wǎng)的Wi-Fi直連技術(shù)概述與分析 [J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2017，17（6）：47-50.

作者簡介：馮宗越（1990—），男，漢族，山東臨清人，高級工程師，碩士研究生，研究方向：計算機(jī)技術(shù)。