基于OpenCV的“易趣阁”智慧校园服务小程序.pdf

众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 31 期基于 OpenCV 的“易趣阁”智慧校园服务小程序过如意，谢春丽*，张小林，沈盈盈（江苏师范大学 计算机科学与技术学院，江苏 徐州 221116）随着互联网的高速发展，基于微信宿主的微信小程序也应运而生，其服务轻量快捷的特点，已经成为手机使用的产品主流之一。高校校园内的信息更新迭代快，常有信息被重叠遮蔽，学生获取信息的渠道单一导致可能会错过某些重要信息等问题发生。并且大学生需求众多，为了更好地为在校教职工和学生提供便利，“易趣阁”小程序设计了多个模块，为高校校园人员提供代取快递、校园导航、二手闲置交易及论坛信息咨询等功能。其聚集多个功能于一体，分类集中处理，给广大学生和在校教职工提供便利1。1相关技术1.1微信小程序微信小程序是一种无需下载安装即可使用的应用，在 2017 年由腾讯计算机系统有限公司推出。这种新型应用形式大大减轻了用户的应用管理负担。小程序有线下扫码、对话分享、小程序切换和搜索查找等功能，用户能够获得良好的使用体验。小程序采用JavaScript 开发语言，其开发过程与普通网页开发非常相似，并只需要面向 IOS 和 Android 平台上的微信客户端以及专门的小程序开发工具进行开发，具有便携、轻量、安全及成本低廉等特点。1.2OpenCVOpenCV 是一个开源计算机视觉库，提供了许多用于图像和视频处理的函数和工具。其最初由英特尔公司开发，并以 BSD 授权方式发布，支持各种操作系统（如 Windows，Linux 和 macOS），可以使用多种编程语言（如 C+，Python 等）来访问其功能。OpenCV 广泛应用于计算机视觉领域。例如，通过OpenCV 我们可以实现目标检测、人脸识别、图像分割、运动跟踪和三维重建等任务。其还提供了与深度学习相关的功能，例如神经网络、卷积神经网络等，使得开发者能够轻松地将深度学习技术应用于计算机视觉任务中。1.3高德地图 API高德地图 API 是一套由高德公司推出的互联网地摘要：为了满足在校大学生多样化服务的需求，该文设计并开发“易趣阁”智能服务微信小程序，主要功能包括校园导航服务、生活资讯服务、二手交易服务和代取物品服务。采用基于 OpenCV 的人脸识别算法进行身份认证，保证系统的安全性和可靠性。该小程序可以帮助师生更便捷地熟悉校园环境，接收校园信息，处理日常生活中的各种问题，为在校教职工和学生提供更为便捷、高效、可靠的校园服务。关键词：微信小程序；智慧校园；OpenCV；人脸检测；人脸识别中图分类号院TP311.5文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤31-0059-04Abstract:In order to meet the diversified service needs of college students,this paper designs and develops the eBayintelligent service WeChat Mini Programs,whose main functions include campus navigation service,life information service,second-hand transaction service and goods collection service.The face recognition algorithm based on OpenCV is used for identityauthentication to ensure the security and reliability of the system.The Mini Program can help teachers and students to familiarizethemselves with the campus environment,receive campus information,and deal with various problems in daily life to provide moreconvenient,efficient and reliable campus services for staff and students.Keywords:WeChat Mini Programs;Smart Campus;OpenCV;face detection;face recognition基金项目：江苏省 2022 省级大学生创新创业训练计划项目（202210320192P）*通信作者：谢春丽（1979-），女，博士，副教授。研究方向为智能化软件开发等。DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.31.01459-2023 年 31 期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application图服务开发接口，使用多种编程语言，帮助开发者提供基于地图技术的应用程序接口。高德地图 API 是免费的，可以让开发者轻松地集成地图相关的功能（如地理编码、路径规划等）到自己的应用程序中。高德地图API 提供了多种地图展示方式和控件，支持多种交通方式路径规划（步行、驾车、骑行和公共交通等），以及关键词搜索和周边 POI 搜索功能，帮助用户找到附近的商家和门店。同时，高德地图 API 还支持定位和导航功能，适用于各类需要位置服务的应用场景，如出行、社交、物流等领域。此外，高德地图 API 还提供了微信小程序接口。通过微信小程序插件，开发者可以在地图中添加路线规划、地铁图加载等功能，使小程序地图功能更加全面。2系统设计2.1功能结构图“易趣阁”小程序旨在为师生提供一个便捷的信息交流和获取平台。该小程序用户端包括 4 个模块，分别是代取物品、校园导航、二手闲置交易和论坛信息咨询。在论坛模块中，用户可以提问和回答问题，查看活动信息等。在二手闲置交易模块中2，用户可以上传和删除闲置物品，进行交易。在代取物品模块中，用户可以发布代取订单，并完成配送。此外，该小程序还提供了一个管理端，管理员可以登录管理中心，对云端数据库进行增删查改操作，并管理实名认证用户（经过实名认证的用户才可以使用二手物品交易和代取物品模块）。该“易趣阁”小程序的功能结构如图 1 所示。2.2人脸识别认证模块人脸识别确认身份是二手交易模块和代取物品模块的支撑3，也是支持小程序安全的关键技术。本文重点介绍人脸识别功能的采用技术和实现。以下为人脸识别具体采用技术、框架。2.2.1人脸识别技术该系统的人脸识 别基于 Python+OpenCV 库。OpenCV 是计算机视觉中的一个常用的库4，包含了强大的功能和性能，并且支持其他多种语言，能够跨平台，是一个高性能的计算机视觉库。OpenCV-Python 是专门提供 Python 接口来使用 OpenCV 库，使得使用者在 Python 中能够使用 OpenCV，在保证可靠性和便利性的条件下保证运行效率，实现所需的功能。2.2.2OpenCV 实现人脸识别算法介绍OpenCV 库具有多种人脸识别的算法5，如 LBPH（局部二值模式直方图）方法、EigenFishfaces 方法、Fisherfaces 方法。本文采用 LBPH 方法。在 OpenCV 中，可以使用函数 cv.face.LBPHFaceRecognizer_create（）生成 LBPH 识别器，对于数据的训练可以调用 cv2.face_FaceRecognizerTrain（）函数完成，训练完成后运用cv.Face_FaceRecognizerPredict（）函数完成人脸识别检测。本系统使用 LBPH 的优势为 LBPH 将检测到的人脸分为小单元，并将其与模型中的对应单元进行比较，对每个区域的匹配值产生一个直方图。正因为这种方法的灵活性，LBPH 是唯一允许模型样本人脸和检测到的人脸可以对不同形状和大小进行识别的算图 1功能结构图“易趣阁”小程序用户模块管理员模块首页用户用户管理平台管理管理人脸识别认证管理论坛内容删除商品信息修改商品信息修改用户信息删除用户信息实名认证人脸识别认证注册登录界面代取物品接受订单发布订单商品交易其他二手交易浏览商品上传商品查看活动提问/解答校园导航生活资讯60-众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 31 期法，且LBPH 算法的计算速度较快，对光照有不错的鲁棒性6。2.2.3基本框架程序设计人脸识别的整体框架为录入人脸、训练数据、人脸识别。人脸识别模块整体框架如图 2 所示。图 2人脸识别整体框架2.3导航模块在校园导航模块中，微信小程序提供了地图组件map，在常规情况下，需要设置地图中的经纬度才能够合理地显示定位（显示的地图是平面二维的），如果传入的是起点经纬度 SrcLat 和 SrcLng，终点经纬度DstLat 和 DstLng，寻找确定中心坐标，可以通过计算获得，如下centerLat=（SrcLat+DstLat）2，centerlng=（SrcLng+DstLng）2。采用了高德 API 接口，基于高德地图 SDK 可以实现路线规划、地址转换等功能。随后设置 request 合法域名。给定起点和终点经纬度，即可计算出起点和终点之间的路线。2.4二手交易模块二手交易模块旨在为校园内的师生提供一个方便的二手物品交易平台。该模块允许用户上传自己的闲置物品，并在平台上进行交易。通过这种方式，用户可以更加方便地处理自己不需要的物品，同时也可以以更优惠的价格购买其他用户上传的二手物品。这不仅有助于节约资源，还可以帮助用户获得一些额外的收入。在校园二手交易模块中，用户可以浏览所有已上传的闲置物品，并筛选出自己感兴趣的物品。用户还可以通过与其他用户的私信沟通，了解物品的详细情况，并商量交易方式。在交易完成后，用户可以在平台上进行评价和反馈，以帮助其他用户更好地了解交易双方的情况。同时，为了保证交易的安全性，该模块还提供了一些安全性提示和建议，以帮助用户避免一些交易中可能出现的问题。3关键技术与系统实现3.1人脸识别技术实现过程在录入人脸过程中，首先启动摄像头来采集照片进行抓拍保存，保存的数量越多，越有利于训练，同样也更加耗时。获取到数据图片后再使用 CV 库中的cv2.cvtColor（img，cv2.COLOR_BGR2GRAY）将数据图片保存为灰度图片减少计算量，提高模型性能。再加载人脸分类器，将每一帧从摄像头中录入的数据导入OpenCV，让 Classifier 分类对人脸进行判别。多次训练后将训练的结果存入新标签，更改配置文件内容，标识新的样本。人脸面容录入及训练过程如图 3 所示。图 3人脸面容录入及其训练过程图3.2人脸识别功能展示首先是获取人脸信息和保存人脸信息，点击“录入面容”，调用摄像头，并进行保存截取人脸信息，并且在终端上打印进度条来获知采集信息的进度。如图 4 所示，录入面容，利用 cv2.rectangle 识别人脸并框上矩形。保存含有人脸的区域的数据，并显示保存的进度。图 4录入面容录入人脸的数据训练完成后进行人脸检测，点击人脸检测按钮，检测步骤为先加载一个识别器，从摄像头采集的照片进行对比识别，大于设定相似度的值则为检测成功，反之鉴定为不能识别，如图5 所示。识别时将摄影中的每一帧的内容实时显示出来，在脸部周围用框将人脸面容框出。3.3系统页面展示小程序界面设计遵循用户需求原则。小程序注册初始化阶段录入人脸识别人脸人脸识别模块从摄像头中提取每一帧的图片，便于 LBPH检测，并截取人脸部分图片转化灰度保存人脸采集识别器训练将读取到的图片和标签送入训练器训练保存训练内容录入面容读取图片退出训练数据开始刷脸录入人脸45.3%61-2023 年 31 期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application登录页面、主页面、导航页面如图 6 所示。渊a冤识别成功渊b冤识别失败图 6页面展示图4结束语本系统是基于 Python+OpenCV 库的人脸识别技术应用多功能的智慧校园微信小程序7，采用人脸识别技术相比较其他的系统增加了使用的安全性，降低了在交易等任务过程中的风险，实现了多功能一体化的代取物品、生活资讯、二手交易和校园导航等实用功能，真正地做到了为校园师生提供便利。但在技术层面，由于调用摄像头的环境不同，且摄像头本身存在差异，因此提取的某一帧像素会出现模糊等问题，加之采集人脸时大多采集的是正面照片，如果人脸检测时录入侧脸照片则可能验证失败，如何解决以上问题成为人脸识别安全性的重点。参考文献院1 锁冠侠，熊政力，王钰忠.“青客校园”服务平台建设与应用研究J.中国多媒体与网络教学学报（中旬刊），2022（6）：34-37.2 宇海萍，张渤洋.基于微信小程序的校园二手交易平台开发J.计算机时代，2020（4）：29-32.3 李颖聪，陈贝文，廖晓芳，等.基于 OpenCV 的人脸识别系统设计与实现J.电脑知识与技术，2022，18（18）：5355.4 肖阳.基于 OpenCV 的人脸识别的算法研究与实现D.武汉：湖北工业大学，2018.5 胡北辰.基于 OpenCV 的人脸图像识别系统设计与实现J.佳木斯大学学报（自然科学版），2022，40（2）：123-126.6 梁永霖.基于 OpenCV 的人脸图像预处理技术研究J.韶关学院学报，2012，33（8）：34-37.7 张绿云，韦肖雨，李琳.基于 Python 与 OpenCV 的人脸识别系统设计与实现J.电脑知识与技术，2022，18（10）：87-88.退出训练数据开始刷脸录入人脸最终结果：无法识别退出训练数据开始刷脸录入人脸最终结果：1 Guoruyi图 5识别效果图62-