CN110110620A - 一种基于人脸识别的学生行为管理***及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于人脸识别的学生行为管理***及设计方法,本***采用人脸识别技术,设计人脸识别流程,实现人脸识别引擎模块,搭建智慧校园学生行为管理平台,实现学生晚间归寝、晨练、上课出勤情况的学生行为统计与管理,为智慧校园建设提供有效的管理方式。
Description
技术领域
本发明涉及信息化领域,具体涉及一种基于人脸识别的学生行为管理***及设计方法。
背景技术
随着科技的发展,人脸识别已经成为身份验证的快捷有效的方法之一,被广泛应用于公安、银行、安检等各行各业中。在高校校园管理中,学生管理工作是一项非常重要的工作,包含了课堂学习、课外学习、校园生活、娱乐等多维度管理。其中,学生晚间归寝情况、晨练情况、上课出勤情况的统计与管理又是学生管理工作中的一个重要部分,既是维护学校正常秩序,也涉及到学生人身安全。目前,学校对学生晚间归寝情况、晨练情况、上课出勤情况的统计基本上都是依靠人工去查询。随着学校学生规模的扩大,学生晚间归寝、晨练、上课出勤的管理工作所涉及的数据量越来越大,任务也越来越重。采用人工点名这种方式存在着效率低、易出错、统计繁琐、对学校的管理提供决策信息较为困难等缺点。将人脸识别技术结合智慧校园建设,建立基于人脸识别的智慧校园学生行为管理***成为解决以上问题的可行途径。
发明专利内容
本***采用人脸识别技术,设计人脸识别流程,实现人脸识别引擎模块,搭建智慧校园学生行为管理平台,实现学生晚间归寝、晨练、上课出勤情况的学生行为统计与管理,为智慧校园建设提供有效的管理方式。
具体实施方式
本***采用人脸识别技术,设计人脸识别流程,实现人脸识别引擎模块,搭建智慧校园学生行为管理平台,实现学生晚间归寝、晨练、上课出勤情况的学生行为统计与管理,为智慧校园建设提供有效的管理方式。
进一步的,本***包括人脸识别功能、轨迹管理功能、业务管理功能、***对接功能、角色管理功能。
进一步的,人脸识别功能是通过开发两种识别终端,一种是带显示屏反馈信息的签到机,另一种是枪式或球式的视频监控摄像机,签到机内置人脸识别引擎仅将识别结果传回,摄像机将视频流传回后端利用云平台的识别节点识别。轨迹管理功能是实现教学楼、宿舍楼、校园主干道的视频监控的人脸识别,通过将识别结果反馈到***,***通过每个视频监控地址所绑定的地址信息形成学生行为轨迹。业务管理功能是实现可查询每个学生当前的轨迹情况、每个宿舍楼的当前宿舍人数、每个学生的归寝、晨练、上课考勤情况等,实现异常情况自动报警。***对接功能包括与教务***、学工***对接,包括学生的基本信息、学生的宿舍安排信息、上课安排信息、考勤信息等,能实现数据交换共享。角色管理包括形成多维度的角色:按宿舍楼分的宿舍管理员角色,按学院和班级分的辅导员、班主任角色,按区域分的保卫处管理员角色,按数据分的***管理员角色。
进一步的,本***性能需求包括:监控识别速度小于1s,达到无障碍识别;同时识别目标达到一个画面内最多12个,效果最优为1-3个;识别准确率达到在一人多图库包支持下准确率大于95%,样本人数支持20 000人。人脸识别需要保证准确率和实时性,基本达到无感知、无障碍识别。
进一步的,本***为云架构模式,所有计算节点、服务节点在中心机房架设,摄像头、摄像枪和前置机通过校园网专网进行连接。前端终端包括了采集设备的摄像头、摄像枪和前置机摄像头,通过POE供电交换机直接连到各楼层交换机,经核心交换机、机房交换机到服务器群中。所有计算节点、服务节点架设在服务器和存储的虚拟集群上,根据计算需求不同可以扩展配置。这种物理架构拓扑可扩展性强,可以分期分批进行实施上线。
进一步的,本***通过顶层设计构建应用于全校的人脸识别管理平台,统一进行人脸库、识别结果和设备的管理,便于数据的收集、分析和应用。
进一步的,本***的硬件层:包括骨干网络、POE网络完成组网,连接后端的云平台和前端的摄像头和物联网设备。
进一步的,本***的接口层:主要是不同设备、不同***的数据传输接口,既包括了硬件设备的调用的协议接口,如RTSP协议接口等,也包括了计算数据所规划的接口,还包括了一些外部应用调用接口等。目标主要接口包括空间定位、网络传输、计算节点、物联网设备、视频传输。
进一步的,本***的平台层:包括虚拟集群、操作***等***平台、应用环境等应用平台和计算节点等。
进一步的,本***的数据层:为了方便后期开发,将所有数据进行汇总,包括应用***所涉及的应用数据、计算节点输出的相关计算数据、以及空间定位数据等。
进一步的,本***的应用层:通过对数据进行应用管理,主要包括事务管理、识别计算、报警管理、人员管理和权限管理等。
进一步的,本***的呈现层:按照不同需求分别包括了Web端、APP端、大屏展示、地图展示等。
进一步的,本***的安全体系:网络信息安全相关事项包括软件层面的权限管理、密码加密管理等和硬件层面的网络安全管理、链路路由管理等。
进一步的,本***的标准体系:本***需要与数字化校园对接,相关接口规划、数据规划都应符合数字化校园建设相关标准体系。
进一步的,人脸识别流程设计的流程如下:
(1)进行人脸侦测采集。识别开始后***通过调取监控设备获取到图像进行初步分析,侦测当前帧画面图像中是否有人脸,若存在人脸则定位到较为清晰的位置抓取带有人脸部分图像;
(2)进行检测人脸。对于当前帧画面图像,设定相关策略搜索分析是否有存在人脸,若检测到存在人脸则识别人脸轮廓、五官和位置等关键位置,将这些关键位置信息按设定的算法策略进行提取,通过算法策略提取出如结构特征、直方图特征、模板特征及Haar-Lik;
(3)进行图像预处理。将人脸检测的特征数据进行预处理,消除监控画面中环境光线、角度、姿态等干扰因素影响,降低噪声并将人脸特征明显地表现出来,常用的算法有光线补偿、平滑滤波、图像二值化、均衡直方图等;
(4)进行特征信息提取。在预处理强化特征后,提取人脸位置、轮廓形状等信息,标记图像中的五官特征信息,将这些特征信息描述为数值和向量;
(5)进行人脸识别与验证。将特征数值和向量与原有人脸特征库中模板匹配对比,设定I值确定其相似度,达到或者超过了设定I值,则匹配成功完成识别。
进一步的,人脸识别引擎模块实现:根据以上人脸识别流程,设计的平台人脸识别引擎功能模块包括了图像预处理模块、人脸检测与跟踪模块、特征码提取与人脸比对模块。
进一步的,图像预处理模块:这种“无障碍”识别的监控摄像捕捉画面多数为运动中的画面,画面图像可能出现较模糊或者姿态变化幅度较大的问题。通过小波降噪建立人脸图像的几何模型,通过Gabo,小波变换对像素集进行滤波处理,获取底层数据分布实现降噪,进行姿态调整和模糊检索,由此得到较高质量的人脸图像。
进一步的,人脸检测与跟踪模块:人脸检测是指在视频监控的每一帧图像中确定人脸位置,并识别人脸图像区域大小。人脸跟踪的视频监控的是跟踪连续图像中被捕获人脸的运动。该模块主要由人脸检测和人脸跟踪两部分组成,采用当前比较热门的积分图特征计算Adaboost级联检测方法。该方法中,积分图特征计算较其他算法高效,其算法核心是将监控图像的每个像素遍历一次形成积分图,以此快速计算识别人脸特征;Adaboost算法可以将许多弱特征组合成更强的分类器;级联可以快速过滤掉多余的背景困。首先,模块开始检测视频监控第一帧中的人脸图像,定位人脸后锁定信号发送到跟踪模块。跟踪模块从锁定的人脸中提取参考特征,开始人脸跟踪。如果跟踪失锁,则向检测模块发出失锁信号,重新启动检测模块,启动新的检测跟踪过程,增加特征提取的效率,可提高识别的速度和准确率。
进一步的,特征码提取与人脸比对模块:在人脸检测与跟踪后,模块采用深度学习进行正面人脸重构。算法含三个卷积层,其中前两层采取最大池化,最后一层采用全连接,不同通道采用不同权值,由此分类辨识出更好的特征。通过提取5个人脸中的面部关键特征点生成人脸区域特征,利用人脸区域特征进行训练,将多个人脸区域特征级联形成整体特征,使用PCA降维和利用SVM进行分类,以此来重构正脸。
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已,并不用以限制本发明专利,凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明专利的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于人脸识别的学生行为管理***及设计方法,其特征在于,本***采用人脸识别技术,设计人脸识别流程,实现人脸识别引擎模块,搭建智慧校园学生行为管理平台,实现学生晚间归寝、晨练、上课出勤情况的学生行为统计与管理,为智慧校园建设提供有效的管理方式。
2.根据权利要求1所述的一种基于人脸识别的学生行为管理***及设计方法,其特征在于,本***包括人脸识别功能、轨迹管理功能、业务管理功能、***对接功能、角色管理功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于人脸识别的学生行为管理***及设计方法,其特征在于,本***性能需求包括:监控识别速度小于1s,达到无障碍识别;同时识别目标达到一个画面内最多12个,效果最优为1-3个;识别准确率达到在一人多图库包支持下准确率大于95%,样本人数支持20 000人。
4.根据权利要求1所述的一种基于人脸识别的学生行为管理***及设计方法,其特征在于,本***通过顶层设计构建应用于全校的人脸识别管理平台,统一进行人脸库、识别结果和设备的管理,便于数据的收集、分析和应用。
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Cited By (2)
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CN111738884A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-02 | 北京航空航天大学云南创新研究院 | 基于智慧校园学生位置信息的学生行为诊断和管理方法 |
CN113344756A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-09-03 | 福州微时刻信息技术有限公司 | 一种基于社工介入的青少年行为管理*** |
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2019
- 2019-04-23 CN CN201910325764.0A patent/CN110110620A/zh not_active Withdrawn
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