基于人脸识别的智能混排考试管理系统的设计与实现

陈斌 吴小香 付铭 孙宇航

摘要：为了解决考试人工二次混排问题以及人脸识别甄别学生身份信息， 提出了基于人脸识别智能混排考试管理系统，从而提高入场考试效率，给考试管理人员、监考教师减轻工作量。该系统采用Java开发，以MySQL进行设计，并通过系统总体设计、硬件组件和设计简述了人脸识别系统相关功能，简化了考试管理流程，确保考生的公平、公正性。

关键词：考试管理系统;人脸识别;混排考试

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）13-0043-02

考试是一项严肃的事情，2015年11月刑法规定“在国家级考试作弊将入刑”[1]，为了验证考生身份，大部分监考教师还是采用传统人工来完成识别工作，精准识别考生存在一定的漏洞。另外，学校还需单独二次编排考生座位，如全国计算机等级考试在考试前，考务管理人员对考生进行二次人工编排;然后进入考场，监考教师需要对考生身份再次人工识别，从而影响了考试秩序，也容易影响考生的公平与公正性。笔者通过知网检索发现，利用人脸识别在考试系统中的应用文章有139条，利用人脸识别在考试混排系统中的应用文章暂无。基于以上问题和调查，本文以人脸识别和混合算法[2]编排座位技术，设计一种新的智能考试管理系统，为考试管理系统带来新的应用价值。

1 人脸识别技术

人脸识别（Face Recognition）技术是一种依据人的面部特征进行身份鉴别的生物识别技术[3]，人脸识别技术起步于20世纪60年代，后期迅速发展，逐步在安防、签到、门禁系统等各个应用领域得以广泛应用。

2 系统总体设计

该系统通过HTML5技术实现终端加载的基础页面，以Java+跨平台计算机视觉库Open CV[4]的专用接口实现智能识别终端平台和平台服务器的数据交互;调用人脸识别API接口，识别考生身份，提高考试工作效率和服务能力，使用 Tomcat 作为 Web 应用服务器，使用MySQL 作为网站数据库，实现业务逻辑，满足智能考场管理编排功能。

智能混排考试管理系统通过考务管理员及考生登录，再进行用户功能选择，可以实现考试管理相关操作（如图1所示）。考生进行考前报名、考试识别、考后查询，及时查询全国计算机等级考试的考试信息;考务管理员将做好准考证制作以及考试成绩录入等考试管理工作，同时实现各种信息的查询和修改业务。

3 系统设计

根据工作需要，本系统的方案包括硬件设计和软件设计，通过硬软件和人交互，不仅验证学生身份，也达到考试座位的混排效果，考务相关人员也操作简单、方便。

1）硬件组件

为实现智能混排功能的需求，本系统包括人脸图像采集相关设备，比如采用高清摄像头收集人脸图像，还有人脸采集大屏和主机，将软件系统和MySQL数据库安装在主机中，通过采集大屏实现交互信息，如人脸处理后的反馈或提示。

2）设计思路

在系统中，首先对考生人脸数据进行采集，通过录入考生基本信息、导入考生照片，然后利用对考生照片的面部特征提取并存储在系统数据库中，采集完毕，将考生信息反馈导出（如图2所示）;随后，在考生考试进入考场前，直接在一体机上进行考试人脸考勤登录，系统将弹性图匹配法[5]自动对人脸数据和系统考生信息数据匹配校对，若匹配成功，系统通过混合算法对考生进行随机排序，自动产生考试考场和座位信息，考试可打印这些信息;若匹配不成功，将显示“请确认是考生”重新进入识别流程，或显示“非考生本人”（如图3所示），考生必须离开考试区。

在此系统中，关键技术为人脸识别，识别的过程从人脸数据采集、数据特征提取、数据匹配校对（定位检测及图像数据库对比）、反馈采集结果等体现。

在人脸数据采集阶段，根据系统硬件外部摄像头对动态的人脸不同角度的抓拍，将抓拍图片通过图像特征、颜色以及表象等典型要点，识别出最佳人脸的图片，将此图片进行初期处理。

在图像数据特征提取阶段，有效调整图片的大小、面部丰富的特征等，使图片预先处理，然后与系统中原有数据库的图像进行图像形状、纹理、颜色[6]等视觉特征的外观提取识别检测，提取面部五官的各个特征状态，从而作为关键特征进入下一步的匹配工作。

在图像数据匹配校对阶段，由于人脸会根据面部的表情、面部的发须、拍摄的光线及时间的推移等因素产生不稳定性，建立算法根据人脸面部尺寸比例、人脸结构等相似度的对比，进行有效校对和识别，若通过验证，将会进入考生打印准考证阶段，否则将不通过验证，提醒“不得进入考场”。

在反馈采集结果阶段，通过图像反馈识别，若数据相似度高，则产生对应的等级考试数据信息，随机产生学生考试考场座位，打印考生考场信息，学生可直接进考场。

4 考试管理员和考生在系统中的应用

1）考生的系统应用

考生登录一体机，通过系统人脸识别直接身份验证，读取信息是否与数据库系统数据一致，若确认一致，考生自行打印考场号、座位号信息，并携带身份证、准考证，供监考教师检查，简化了流程（如图4所示）。

2）考试管理员的系统应用

首先，该系统减轻了对考生身份查验识别工作量，考生只需要自行在一体机上刷脸，凭考场座位号进入，有效地提高了入场速度，将非合法考生限制进入考场，提高了监考教师的识别考生身份压力;

其次，考试管理混排系统将根据考生人脸识别自动进行二次混排，降低了作弊异常情况，有效地优化考场编排，最大限度地提高考场排座率;

最后，考试管理员也可以通过系统查找，实时导出考生入场相关信息（如图5所示），解决了考生考试出勤数据导出功能，为后续回查数据带来了便利。

5 结束语

该系统主要采用Java开发环境设计跨平台计算机视觉库Open CV智能排考系统与一体化终端之间的专用接口，实现智能识别终端平台和平台服务器的数据交互;采用网络技术，调动百度的人脸识别API接口，有效识别考试身份，提高考试工作效率和服务能力。该系统在江苏农牧科技职业学院内部已经开始试点应用，在计算机试点考试中取得了良好的效果，系统大大减少了考试管理员查验的压力、缩短学生识别座位号的时间、优化考场编排能力。当然，在考试过程中，如何对学生作弊行为以及保护隐私等数据监控与该系统联合，还是一个有待解决的问题。

参考文献：

[1] 李江.考试身份验证系统在高校考试管理中的应用研究[J].电脑与电信，2017（4）：54-55，60.

[2] 高昊.基于混合算法的研究生招生考试考场座位编排系统研究及应用[D].长沙：中南大学，2011.

[3] 张洁，王春.人脸识别技术异军突起[N].科技日报，2005-12-26（8）.

[4] 吴福祥.高性能3D物体识别研究[D].天津：中国民航大学，2010.

[5] 张翠平，苏光大.人脸识别技术综述[J].中国图象图形学报，2000，5（11）：885-894.

[6] 刘东，王生生.精細拓扑结构表示与深度特征融合在多目标图像检索中的应用[J].重庆大学学报，2021，44（3）：132-143.

【通联编辑：唐一东】