一种轻量级人脸识别在线测试平台的设计

张景文

（东莞理工学校，广东东莞523000）

近年来，人工智能应用得到各国的重视，其发展迅速。深度学习、人机交互、智能识别、学习分析等人工智能技术正持续不断地融入教育领域的各个方面[1]。人脸识别技术是AI的重要组成，具有高精度、识别速度快，技术具备高并发、高吞吐、低时延等优势，成效得到许多应用考验，例如在软件登录、手机解锁、门禁进出、移动支付等各种场景。建设基于人脸识别和互联网+的在线教学平台，使用稳定和准确技术手段的人脸识别用于人员识别管理，通过人脸识别功能保证学员身份真实性，避免远程教学平台监管不严而导致顶替现象，有利于维护线上教学与测试公平性。

1 技术原理与特点

1.1 主要原理

人脸识别是人工智能技术中的关键技术之一，它的技术原理是对来源于图片或视频的人脸信息的收集和比对，包括人脸检测定位、人脸特征提取和人脸识别比对3 个过程。可应用人脸识别和认证、人脸检索、人脸美化、脸部特效、照片管理等应用[2]。

为了实现人脸识别功能，本研究选用了“腾讯云”人工智能接口中人脸识别功能，基于腾讯优图领先的面部分析技术，它提供分析技术包括人脸检测与分析、人员查重、活体检测等多种功能，支持API 和离线SDK 两种接入方式。人脸识别可应用于智慧零售、智慧楼宇等多种应用场景，为开发者和企业提供高性能实用性强人脸识别服务[3]。腾讯云的人工智能API 接入方式具有使用简易、直接调用，响应迅速等优势，考虑线上教学和考试的特点和人工智能API优势，本开发采取“腾讯云”API 接口的方式进行调用，充分发挥其API接口使用简单和方便的特点，可快速及准确实现线上考试的身份核实。

微信小程序是在微信框架环境中经扫码或分享就能使用的轻量级APP，具有免下载和免安装，即时使用的特点。经过将近两年的发展，微信小程序框架已经构造了自身较完整的开发环境和开发者生态[4]。小程序开发有赖于成熟的微信平台为支撑，开发相对简易，具有成本低，效率高等优势。现在有许多的政府和商业性质的网络与平台均另外开发了微信小程序平台应用版本，可在移动平台上完成政府办事、购物、信息获取、娱乐等功能。例如“粤省事”政府办事小程序还有京东购物小程序等等。基于微信小程序可框架开发在线考试平台，可通过扫码进入或者分享链接的形式接入，不用另外安装布置，具有使用方便和快捷等优势。

本平台构建于小程序的结合腾讯云人工智能人脸识别的API接口，充分地实现容易布置和人员识别精准快速的功能。应用端采用微信小程序，学生通过微信通道进入，不用安装，随时在线学习和考试。为方便管理对数据和人员管理，本台的数据和人员管理端用WEB 形式供管理员和老师在线使用。

1.2 平台的人脸识别机制

图1 是平台调用腾讯云的人脸识别API 并返回结果的完整过程，程序远程发送某个学员人脸数据给腾讯云API，其接口即时处理后，将识别结果以特定的数据形式返回给调用者，再调用程序对返回的数据分析处理，即完成人脸识别验证全过程。在具体过程中，平台程序通过前置摄影头拍摄学员头像，后台将图像（base64 压缩格式）和学员编号发送到平台服务器，平台调取出对应学员的faceid（人像编号）结合图像重新发送至腾讯人脸识别API，API 将识别结果以Json数组形式返回APP 中，其中【Score】值表示相似度，【IsLiveness】值表示是否通过人脸检测。Score 值越高表示人像匹配度高，APP 读取Score值判断人员的对比结果，如果数值超过85，表示通过识别，否则不能通过检测，平台根据结果继续或停止学生的考试（见表1）。

图1 人脸识别流程

表1 有效返回值分析

2 主体框架

平台的分类按功能需要分为学生使用的小程序应用端和老师使用的管理端，管理端包括有学员管理、题目上传、试卷管理、成绩分析等功能。应用端有登录、在线学习、在线考试及人脸抓拍和身份核实（通过人脸识别方式）等功能，见图2。

图2 平台的功能框架与数据流

2.1 WEB管理端的功能说明

2.1.1 学员信息管理

学员信息有班级、学号、姓名、人像编号（原图存放于腾讯云中）等信息。管理员对学员信息管理进行录入、修改和删除，并核查学员上传的头像，剔除不合格的头像提醒学员重新上传等。

2.1.2 题目管理

教师按科目分类在线上传和维护题库内容，可对题目进行添加、修改、删除等操作。

2.1.3 试卷管理

学生考试前，教师按一定比例从题库中随机抽题并生成试卷，生成的试卷内容还可以再进行编辑和优化，并可对考试时间、题量、分数值进行管理。

2.1.4 成绩管理

管理端自动完成对学生整体成绩的管理汇总、个别学科或题目的分析。例如，对考试中的易错题、难题进行统计分析，为教师今后教学提供资料。

2.2 小程序应用端的功能说明

2.2.1 登录

账号和人脸识别方式验证登录，为防止顶替的行为，使用账号登录后，还有对登录者身份进行人脸识别的二次核实，此过程APP通过调用摄影头拍摄人像信息后，经腾讯人工智能API接口检测完成验证过程。

2.2.2 在线考试

在考试时间内，学员根据老师发布科目试卷进行在线考试，为保证公平，考试过程中同时会对人脸抓取及识别，并根据返回结果继续或中止考试。

2.2.3 成绩查询

学员通过应用端了解自己的学习成绩，并根据成绩分析而生成反馈进行对个人学习情况进行总结和反思。

3 学员信息表设计

从平台的功能需求出发，基于腾讯云人工智能API 与小程序的技术特点对学员表（见表2）设计如下：学员表的主键是注册学号，小程序在用户使用时会产生具有唯一性openid编号，用于学员登录小程序身份检验，腾讯云保存人脸编号存放表中faceid 字段，并保存在腾讯云后台和平台数据库中，人脸识别时腾讯云API 根据faceid编号和图像再进行对比和返回结果。

表2 会员数据

4 应用案例与分析

以作者所在学校的某班50位学生数据作为测试对象，平台对学员手机端进行人脸识别实验，学员通过APP上传接口录入自身头像到腾讯云后台，40位学生作为正常使用者录入自己头像，为了做顶替测试，其他10位学生不录入头像。

4.1 人像的上传与审核

学生先用密码登录平台的应用后，在个人信息头像资料中调用手机前置镜头拍摄半身相并上传到腾讯云人工智能管理后台，管理员将学员不合格头像如闭眼、角度不正确、过度美颜或顶替等不合格剔除，保留合适图像，如图3 所示。

图3 学员人脸图像采集

4.2 人像核对过程

应用端验证人像真实性：调用学员手机摄头像，后台压缩为base64 数据以网页的POST 方式到平台服务器，以一定格式发送到腾讯云接口分析，腾讯云API再将识别的结果返回应用端。

腾讯AI 人像识别的接口响应迅速，精确度高，本研究测试该班同学的人像在多种不同情景包括正面光、逆光、侧光、戴眼镜、挡住嘴部等情况都能准确返回Score 值在85 以上，如果是他人顶替的头像，Score 值很少超过35，因此认为腾讯云AI 人像识别接口高效和精准，适合作为考试平台学员身份检测，见表3。

表3 AI人像识别返回结果

5 结语

2020 年伊始，全国经历了一个特殊的时期，学校加快了线上教学的应用，在线教育代替日常的教学，实现了停课不停学的目标。线上教育一般采用网络考试形式对学员的学习状态摸底，但如果缺乏对学员真实身份有效核实，造成线上教学考核方式的真实性与权威性得不到认可，影响线上教学的进一步发展，使用人脸识别对线上测试的学员真实性检测有高精准和难于假冒的优点，有助于维护网络考试公平性，让线上教学更好走向体制化和正规化，更好地促进在线教育的发展。构建基于微信小程序轻应用和腾讯云人脸识别API的线上考试方案，具有响应迅速、易于布置、非接触识别、人员难以仿冒等优势，在构建的平台还可以增加腾讯云AI 情绪识别、语音识别、手写答案分析等API模块，具有良好的拓展性，是一种可行线上考试的方案。