Nghiên cứu phát hiện giới tính qua hình ảnh ứng dụng cho công tác quản lý học sinh nội trú của trường phổ thông dân tộc nội trú tỉnh quảng ninh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG

VŨ VĂN DƯƠNG

NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN GIỚI TÍNH QUA HÌNH ẢNH ỨNG
DỤNG CHO CƠNG TÁC QUẢN LÝ HỌC SINH NỘI TRÚ CỦA
TRƯỜNG PHỔ THÔNG DÂN TỘC NỘI TRÚ
TỈNH QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên, 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG

VŨ VĂN DƯƠNG

NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN GIỚI TÍNH QUA HÌNH ẢNH ỨNG
DỤNG CHO CƠNG TÁC QUẢN LÝ HỌC SINH NỘI TRÚ CỦA
TRƯỜNG PHỔ THÔNG DÂN TỘC NỘI TRÚ
TỈNH QUẢNG NINH
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 8 48 0101

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH
Người hướng dẫn khoa học: PGS TS. Đỗ Năng Toàn

Thái Nguyên, 2020

i

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Vũ Văn Dương
Sinh ngày: 10/01/1985
Học viên lớp cao học CK17B - Trường Đại học Công nghệ Thông tin và
Truyền thông - Đại học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Quảng Ninh.
Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu phát hiện giới tính qua hình ảnh Ứng dụng cho cơng tác quản lý học sinh nội trú của Trường Phổ Thơng DTNT
tỉnh Quảng Ninh.” do PGS TS. Đỗ Năng Tồn hướng dẫn là cơng trình
nghiên cứu của riêng tơi. Tất cả tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ
rõ ràng.
Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như
nội dung trong đề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn. Nếu sai tơi hồn
tồn chịu trách nhiệm trước hội đồng khoa học và trước pháp luật.
Thái Nguyên, ngày 16 tháng 9 năm 2020
Tác giả luận văn

Vũ Văn Dương


ii

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, được sự động
viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy giáo hướng dẫn PGS TS. Đỗ
Năng Toàn, luận văn với Đề tài “Nghiên cứu phát hiện giới tính qua hình ảnh Ứng dụng cho cơng tác quản lý học sinh nội trú của Trường Phổ Thơng DTNT
tỉnh Quảng Ninh”.

Xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS. Đỗ Năng Tồn đã tận
tình chỉ dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.
Phịng đào tạo Sau đại học Trường Đại học CNTT và Truyền thơng đã
giúp đỡ tơi trong q trình học tập cũng như thực hiện luận văn.
Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Quảng Ninh nơi tôi công tác đã tạo điều
kiện tối đa cho tơi thực hiện khóa học này.
Tơi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động
viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập, thực hiện
và hoàn thành luận văn này.
Thái Nguyên, ngày 16 tháng 9 năm 2020
Tác giả luận văn

Vũ Văn Dương


3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................ii
MỤC LỤC .......................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................ v
DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................. vi
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1
Chương 1:......................................................................................................... 4
KHÁI QUÁT VỀ QUẢN LÝ HỌC SINH NỘI TRÚ VÀ BÀI TỐN
PHÁT

HIỆN

GIỚI

TÍNH

HỌC

SINH

...................................................................... 4
1.1 Khái quát về quản lý học sinh nội trú; .................................................... 4
1.1.1 Khái niệm về quản lý giáo dục ..............................................................4
1.1.2 Những đặc trưng của quản lý giáo dục .................................................6
1.1.3 Quản lý nhà trường. ................................................................................7
1.1.4 Biện pháp quản lý học sinh nội trú. ......................................................8
1.2 Bài tốn phát hiện giới tính học sinh;.................................................... 11
1.2.1 Giới tính..................................................................................................11
1.2.2 Phát hiện giới tính học sinh: ................................................................11
Chương 2:....................................................................................................... 13
NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI VÀ PHÁT HIỆN GIỚI TÍNH TỪ HÌNH
ẢNH MẶT NGƯỜI....................................................................................... 13
2.1 Cơ sở lý thuyết của bài toán nhận dạng mặt người;.............................. 13
2.1.1 Bài toán nhận dạng mặt người .............................................................13
2.1.2 Hệ thống nhận dạng mặt tự động ........................................................14


4

2.1.3 Những thách thức trong nhận dạng mặt người ..................................15
2.1.4 Các cách tiếp cận cho bài toán nhận dạng mặt người. ......................16

2.2 Phát hiện giới tính từ ảnh mặt người..................................................... 17
2.1.1 Chuẩn hóa ánh sáng với bộ lọc Retinal filter .....................................20
2.2.2 Đặc trưng HOG trong phát hiện mặt người. ......................................23
2.2.3 Trích chọn đặc trưng LPQ....................................................................30
2.2.4 Bộ phân lớp k-NN .................................................................................33
2.3 Kỹ thuật phát hiện giới tính tự động sử dụng mạng CNN .................... 35
2.3.1 Thuật toán CNN - Convolutional Neural Network ...........................35
2.3.2 Cấu trúc của mạng CNN ......................................................................35
2.3.3 Các lớp trong mạng CNN.....................................................................36
Chương 3:....................................................................................................... 42
CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM ............................................................ 42
3.1 Phân tích u cầu bài tốn..................................................................... 42
3.2 Phân tích lựa chọn công cụ.................................................................... 43
3.2.1 Ngôn ngữ Python ..................................................................................43
3.2.2 Thư viện Tensorflow ............................................................................44
3.2.3 Thư viện Skearn ....................................................................................45
3.3 Quá trình phát triển và xây dựng chương trình ..................................... 46
3.3.1 Chương trình huấn luyện ......................................................................46
3.3.2 Chương trình phát hiện giới tính .........................................................47
3.3.3 Kết quả sau khi chạy dữ liệu thử nghiệm. ..........................................48
PHẦN KẾT LUẬN........................................................................................ 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 53
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 54
1. Chương trình huấn luyện......................................................................... 54
2. Chương trình phát hiện giới tính ............................................................. 60


5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ
v
C
ol
C
o
H
ist
L
oc
Li
ne
L
oc
Pr
in


6

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Mơ hình tổng quan bài tốn Face recognition ................................. 14
Hình 2.2 Sơ đồ tổng quan của một hệ thống nhận dạng giới tính .................. 18
Hình 2.3 Các bước trong hệ thống phát hiện mặt tự động LPQ ..................... 19
Hình 2.4 Các bước trong bộ lọc Retinal filter................................................. 20
Hình 2.5 Kết quả của việc tiền xử lý với bộ lọc Retina filter. ........................ 22
Hình 2.7 Một số ảnh LPQ thu được từ tốn tử LPQ....................................... 32
Hình 2.8 Các bước của tính vector LPQ trong một ảnh mặt người. ............... 33
Hình 2.9 Minh họa bộ phân lớp kNN ............................................................. 34

Hình 2.10 Minh họa cấu trúc của mạng CNN ................................................ 35
Hình 2.11 Minh họa filter trong tầng convolutonal ........................................ 37
Hình 2.12 Minh họa thơng số Padding ........................................................... 37
Hình 2.13 Minh họa phát hiện đặc trưng feature detector .............................. 38
Hình 2.14 Hàm ReLU ..................................................................................... 39
Hình 2.15 Max Pooling ................................................................................... 39
Hình 2.16 Average Pooling............................................................................. 40
Hình 2.17 Hình minh họa lớp Fully connected............................................... 40
Hình 2.18 Hình minh kết quả sau tầng Fully connected................................. 41
Hình 3.1 Trường phổ thơng dân tộc nội trú tỉnh Quảng Ninh ........................ 42
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn các giá trị loss, train .............................................. 46
Hình 3.3 Bảng số liệu kết quả thử nghiệm...................................................... 48
Hình 3.4 Hình ảnh kết quả chạy thử nghiệm trong thực tế............................. 49
Hình 3.5 Hình ảnh kết quả chạy thử nghiệm trong thực tế............................ 50


vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Hình 3.1: Bảng số liệu kết quả thử nghiệm .........................................................50


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính khoa học và cấp thiết của đề tài
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học cơng nghệ, phần
cứng máy tính và các thiết bị liên quan đã có sự tiến bộ vượt bậc về tốc độ
tính tốn, dung lượng chứa, khả năng xử lý, công nghệ xử lý, nhận dạng ảnh
số đã trở nên thông dụng với hầu hết các lĩnh vực trong xã hội.

Việc phân tích và trích xuất các thơng tin có thể có từ các ảnh đã được
các nhà khoa học nghiên cứu từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước. Điều này
là do có rất nhiều các thơng tin có ích có thể khai thác từ một bức ảnh khn
mặt, ví dụ như danh tính, giới tính, cảm xúc, cử chỉ tương tác, dân tộc, tình
trạng sức khỏe,… Trong số các thơng tin có thể suy ra từ ảnh, giới tính là một
thuộc tính quan trọng vì nó có khá nhiều ứng dụng trong thực tế, ví dụ như
trong quảng cáo có định hướng, trong thống kê dân số, công tác quản lý dân
cư, quản lý học sinh tại các khu nội trú của các trường học…
Công tác quản lý con người luôn là một trong những công việc phức tạp
trong công tác quản lý. Đối với Trường phổ thông dân tộc nội trú tỉnh Quảng
Ninh, công tác quản lý học sinh nội trú ln địi hỏi rất nhiều thời gian công
sức. Đối tượng học sinh nhà trường sinh hoạt và học tập 100% nội trú tại
trường, khu nội trú của nhà trường được chia làm hai khu riêng biệt được
phân cách bằng rào ngăn cách. Nhà trường xây dựng nội quy riêng cho các
khu vực nam nữ khác nhau, học sinh nam thì khơng được sang khu vực học
sinh nữ và ngược lại. Để quản lý học sinh tại các khu vực này ngoài việc xây
dựng nội qui, qui định phổ biến tới học sinh thì cần nguồn nhân lực kiểm tra
việc thực hiện các nội qui này, việc kiểm tra phải diễn ra thường xuyên, liên
tục là một khó khăn rất lớn cho cơng tác quản lý.


2

Hệ thống phát hiện giới tính qua hình ảnh sẽ liên tục tập nhật hình ảnh
học sinh tại các khu vực, sử dụng các thuật toán để phân biệt được giới tính
thơng báo cho người quản lý nếu phát hiện có học sinh nam bên khu vực.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài tập trung tìm hiểu về:
- Tìm hiểu về cơng tác quản lý học sinh tại khu nội trú;
- Các kỹ thuật phát hiện giới tính thơng qua hình ảnh;

- Cài đặt thuật tốn, thử nghiệm tại Trường phổ thơng dân tộc nội trú tỉnh
Quảng Ninh.
3. Phương pháp luận nghiên cứu.
- Nghiên cứu, thu thập các tài liệu đã xuất bản, các bài báo trên các tạp
chí khoa học và các tài liệu trên mạng Internet có liên quan đến vấn đề đang
nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước. Từ đó chọn lọc và sắp xếp lại
theo ý tưởng của mình
- Tìm hiểu, vận dụng và kế thừa một số thuật tốn về phân biệt giới tính.
- Nghiên cứu thư viện mã nguồn mở OpenCV, Tensoflow, Keras…, khai
thác, xây dựng một ứng dụng demo phát hiện giới tính từ hình ảnh tại Trường
phổ thông dân tộc nội trú tỉnh Quảng Ninh.


3

4. Nội dung và bố cục của luận văn
Chương 1. Khái quát về quản lý học sinh nội trú và bài tốn phát hiện
giới tính học sinh.
Chương này tập trung trình bày những tìm hiểu về cơng tác quản lý học
sinh tại khu nội trú của trường phổ thơng, tìm hiểu về bài tốn phát hiện giới
tính của học sinh và cơ sở lý thuyết xử lý ảnh.
Chương 2: Nhận dạng hình ảnh và phát hiện giới tính từ hình ảnh mặt
người.
Chương này tập trung tìm hiểu về cơ sở lý thuyết của bài tốn nhận dạng
mặt người; tìm hiểu về kỹ thuật nhận dạng giới tính tự động sử dụng LPQ và
kỹ thuật nhận dạng giới tính tự động sử dụng thuật tốn CNN.
Chương 3. Chương trình thử nghiệm
Từ các kết quả phân tích lý thuyết ở các chương trước, chương này sẽ lựa
chọn kỹ thuật nhận dạng giới tính tự động sử dụng thuật tốn CNN, thử
nghiệm kết quả tại Trường phổ thông dân tộc nội trú tỉnh Quảng Ninh.

4

Chương 1:
KHÁI QUÁT VỀ QUẢN LÝ HỌC SINH NỘI TRÚ VÀ BÀI TỐN
PHÁT HIỆN GIỚI TÍNH HỌC SINH
1.1 Khái qt về quản lý học sinh nội trú;
1.1.1 Khái niệm về quản lý giáo dục
Quản lý là một hoạt động xuất hiện từ rất lâu trong xã hội loài người và
hoạt động ngày càng phát triển trong xã hội. Trong quá trình lãnh đạo, đấu
tranh với thiên nhiên để sinh tồn và phát triển con người cần phải hợp sức
nhau để tự bảo vệ và kiếm kế sinh sống. Những hoạt động tổ chức, chỉ đạo,
điều khiển, các hoạt động của con người nhằm thực hiện những mục tiêu
chung là những dấu hiệu đầu tiên của quản lý.
Như vậy, hoạt động quản lý xuất hiện từ rất sớm và trải qua tiến trình
phát triển từ xã hội lạc hậu đến xã hội văn minh, thì hoạt động quản lý cũng
ngày càng phát triển, hoàn thiện và trở thành một hoạt động phổ biến.
Mặc du có nhiều các hiểu khác nhau, cách diễn đạt khác nhau về quản lý,
song một cách tổng quát nhất có thể khái quát: Quản lý là cách thức tác động
(sự tác động có tổ chức, có mục đích…) của chủ thể quản lý lên chủ thể bị
quản lý bằng các chế định xã hội, bằng tổ chức nguồn nhân lực, tài lực và vật
lực, phẩm chất uy tín của cơ quan quản lý hoặc người quản lý nhằm sử dụng
có hiệu quả nhất các tiềm năng, các cơ hội của tổ chức để đạt được mục đích
trong điều kiện môi trường luôn biến động.
Quản lý giáo dục là hoạt động điều hành, phối hợp các lực lượng giáo
dục nhằm đẩy mạnh công tác giáo dục và đào tạo thế hệ trẻ theo yêu cầu phát
triển xã hội. Trong hệ thống giáo dục, con người giữ vai trò trung tâm của mọi
hoạt

5

động. Con người vừa là chủ thể vừa là khách thể quản lý. Mọi hoạt động giáo
dục và quản lý giáo dục đều hướng vào việc đào tạo và phát triển nhân cách
thế hệ trẻ, bởi vậy con người là nhân tố quan trọng nhất trong quản lý giáo
dục.
Quản lý giáo dục là một hiện tượng xã hội, đồng thời là một dạng lao
động đặc biệt, mà những nét đặc trưng của nó là tính tích cực, sáng tạo, năng
lực vận dụng những tri thức đã để đạt mục đích đặt ra có kết quả là sử cải
biến hiện thực. Do đó chủ thể quản lý phải biết sử dụng khơng chỉ những
chuẩn mực pháp quyền, mà cịn sử dụng cả những chuẩn mực đạo đức, xã hội,
tâm lý,... nhằm đảm bảo sự thống nhất và những mối quan hệ trong q trình
quản lý. Là hệ thống tác động có mục đích, có kế hoạch, hợp qui luật của chủ
thể quản lý nhà trường làm cho nhà trường vận hành theo đường lối, quan
điểm giáo dục của đảng, thực hiện được các tính chất của nhà trường, mà tiêu
điểm hội tụ là quá trình dạy học - giáo dục, đưa nhà trường tới mục tiêu dự
kiến, tiến lên trạng thái mới về chất, góp phần thực hiện mục tiêu chung của
giáo dục: nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài phục vụ sự
nghiệp cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
- Mục đích của quản lý giáo dục:
Thứ nhất, bảo đảm thực hiện tốt các kế hoạch phát triển và hoàn chỉnh hệ
thống giáo dục;
Thứ hai, bảo đảm thực hiện tốt mục tiêu đào tạo của nhà trường/ cơ sở
giáo dục theo quan điểm, đường lối giáo dục của Đảng, thực hiện đầy đủ kế
hoạch đào tạo, chương trình, nội dung và phương pháp giáo dục trên cơ sở
phát huy vai trò định hướng, dẫn dắt, cố vấn của người dạy, tính tích cực chủ
động sáng tạo của người học;
Thứ ba, bảo đảm việc huy động các nguồn lực để phát triển giáo dục;

6

Thứ tư, tạo nên và đảm bảo sự cân đối giữa nhiệm vụ giáo dục và các
điều kiện vật chất cho việc thực hiện.
1.1.2 Những đặc trưng của quản lý giáo dục
Sản phẩm giáo dục là nhân cách, là sản phẩm có tính đặc thu nên quản lý
giáo dục khơng phải là dập khn, máy móc trong việc tạo ra sản phẩm, cũng
như không được tạo ra phế phẩm.
Quản lý giáo dục được gắn liền với quyền lực nhà nước trong việc điều
hành, điều chỉnh các hoạt động giáo dục, thông qua việc xây dựng, ban hành
và chấp hành các văn bản như luật, điều lệ và các qui định, qui chế chuyên
môn sư phạm
Quản lý giáo dục chú ý đến sự khác biệt giữa đặc điểm sư phạm với lao
động xã hội nói chung.
Quản lý giáo dục địi hỏi những yêu cầu cao về tính toàn diện, tính thống
nhất, tính liên tục, tính kế thừa, tính phát triển.
Giáo dục là sự nghiệp quần chúng, quản lý giáo dục phải quán triệt quan
điểm vì quần chúng.
Quản lý giáo dục là dạng lao động xã hội đặc biệt trong lĩnh vực GD
nhằm gây ảnh hưởng, điều khiển hệ thống giáo dục và các thành tố của nó,
định hướng và phối hợp lao động của những người tham gia công tác giáo dục
để đạt được mục tiêu giáo dục và mục tiêu phát triển giáo dục dựa trên thể chế
giáo dục và các nguồn lực giáo dục.
Theo đó bản chất của quản lý trường học là gây ảnh hưởng, định hướng
và phát triển tổ chức trường theo mục tiêu và giá trị đã định, dựa trên việc xác


7

định tầm nhìn, sứ mạng, nhiệm vụ chiến lực, huy động và sử dụng các nguồn
lực, tạo dựng tên tuổi, uy tín và quản lý văn hóa nhà trường.
Tùy theo việc xác định đối tượng quản lý mà quản lý giáo dục có nhiều
cấp độ khác nhau cả về tầm vĩ mô và tầm vi mô. Ơ tầm vĩ mô, người ta
thường nói đến quản lý hệ thống giáo dục quốc dân ở tầm quốc gia, trong
phạm vi một cơ sở giáo dục, người ta thường nói đến quản lý nhà trường hay
gọi là quản lý trường học.
1.1.3 Quản lý nhà trường.
Nhà trường là thiết chế xã hội, là một tổ chức chuyên biệt trong xã hội
thực hiện chức năng tái tạo nguồn nhân lực phụ vụ cho sự duy trì và phát triển
của xã hội bằng các con đường giáo dục cơ bản.
Quản lý nhà trường thực chất là quản lý giáo dục trên tất cả các mặt liên
quan đến hoạt động giáo dục trong phạm vi Nhà trường. Đó là một hệ thống
những hoạt động có mục đích, có kế hoạch hợp quy luật của chủ thể quản lý
giáo dục để đạt tới mục tiêu giáo dục đặt ra trong từng giai đoạn phát triển của
đất nước.
Trường Dân tộc Nội trú tỉnh Quảng Ninh tổ chức hoạt động theo thông tư
01/2016/BGDĐT ngày 15/1/2016 của Bộ GDĐT[4]:
a. Mục tiêu, vai trị, tính chất của trường phổ thơng dân tộc nội trú.
Trường PTDTNT được Nhà nước thành lập cho con em dân tộc thiểu số,
con em gia đình các dân tộc định cư lâu dài tại vùng có điều kiện kinh tế - xã
hội đặc biệt khó khăn nhằm góp phần tạo nguồn đào tạo cán bộ và nguồn nhân
lực có chất lượng cho vung này[4].
Trường PTDTNT có vai trị quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế
- xã hội và củng cố an ninh, quốc phòng ở miền núi, vung dân tộc thiểu số.


8

b. Nhiệm vụ của trường phổ thông dân tộc nội trú

Trường PTDTNT thực hiện các nhiệm vụ của trường trung học quy định
tại Điều lệ trường trung học hiện hành và các nhiệm vụ sau[4]:
- Tuyển sinh đúng đối tượng và chỉ tiêu được giao hằng năm.
- Giáo dục học sinh về chủ trương, chính sách dân tộc của Đảng và Nhà
nước; bản sắc văn hóa và truyền thống tốt đẹp của các dân tộc Việt Nam; ý
thức tham gia phục vụ phát triển kinh tế - xã hội ở vùng khó khăn sau khi tốt
nghiệp.
- Giáo dục kỹ năng sống và kỹ năng hoạt động xã hội phu hợp với học
sinh PTDTNT.
- Giáo dục lao động, hướng nghiệp và dạy nghề truyền thống phu hợp với
năng lực của học sinh và yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của địa phương.
- Tổ chức công tác nội trú cho học sinh, bảo đảm 100% học sinh của nhà
trường được ăn, ở nội trú.
- Theo dõi, thống kê số lượng học sinh đã tốt nghiệp hằng năm của nhà
trường tiếp tục học ở cấp học, trình độ cao hơn hoặc trở về địa phương tham
gia công tác, lao động sản xuất nhằm đề ra các giải pháp nâng cao chất lượng
và hiệu quả giáo dục.
- Trường PTDTNT là loại hình trường chun biệt mang tính chất phổ
thơng, dân tộc và nội trú.
1.1.4 Biện pháp quản lý học sinh nội trú.
Qua khảo sát thực tế, Trường phổ thông dân tộc nội trú tỉnh Quảng Ninh
năm học 2018 - 2019 có 305 học sinh trong đó có 2/3 số học sinh là nữ và
100% học sinh học tập vào sinh hoạt tại khu nội trú của nhà trường. Nhà
trường có có
36 phịng ở nội trú (trong đó 12 phịng dành cho các học sinh nam và 24
phòng dành cho các học sinh nữ), 11 phòng học và 6 phòng học bộ môn, với
cơ sở vật


9

chất như vậy nhà trường đã bố trí cố định phòng học theo lớp. Khu nhà ký túc
xá được bố trí thành hai khu nam, nữ riêng, để quản lý học sinh học tập tại
giảng đường theo lịch nhà trường sử dụng đội ngũ giáo viên, nhân viên quản
lý ghi chép lại số liệu học sinh để thống kê tổng hợp.
Qua tìm hiểu và nghiên cứu về học sinh Trường phổ thông dân tộc nội trú
tỉnh Quảng Ninh, các em học sinh có một số đặc điểm sau:
- Học sinh nhà trường 100% là học sinh người dân tộc thiểu số được
tuyển sinh từ các vung sâu, vung xa, vung biên giới, hải đảo, vùng có điều
kiện kinh tế đặc biệt khó khăn. Các em học sinh được tuyển vào đa số có các
chỉ số về thể chất như chiều cao, cân nặng hạn chế hơn với các bạn cung lứa
tuổi ở khu vực thành phố, ngoài các thiếu hụt về chỉ số thể chất thì các em
cũng thiếu nhiều kỹ năng sống, thường nhút nhát, kỹ năng sinh hoạt tập thể,
kỹ năng tự lập trong sinh hoạt hàng ngày cịn yếu, kiến thức các bộ mơn được
trang bị cịn “hổng”, nhiều em chưa có động cơ học tập, các thầy cô luôn cần
theo sát để hướng dẫn các em từng kỹ năng sống nhỏ đến phương pháp, cách
thức học tập có hiệu quả.
Một đặc điểm cũng hết sức quan trọng đó là các em học sinh của nhà
trường có xuất thân từ nhiều dân tộc khác nhau, có nền văn hóa khác nhau nên
việc cung chung sống trong một mơi trường cũng là những điểm khó khăn.
Bên cạnh những khó khăn hạn chế, các học sinh tại Trường phổ thơng dân tộc
nội trú tỉnh Quảng Ninh cũng có những ưu điểm nổi bật. Phần lớn các em học
sinh rất chăm ngoan, cần cu, chịu khó. Chính vì những đặc điểm rất riêng
biệt, nhà trường luôn phải xây dựng một kế hoạch giáo dục và quản lý học
sinh sao cho phu hợp với đối tượng.
Một trong những nhiệm vụ quan trọng để nhà trường thực hiện tốt mục
tiêu đào tạo của nhà trường đó là cơng tác quản lý các khu ký túc xá. Để quản
lý học sinh tại các khu nội trú, nhà trường sử dụng một số biện pháp sau:

10

- Về cơ sở vật chất: Nhà trường đã xây dựng các khu phịng ở khép kín,
mỗi phịng có từ 8 tới 10 học sinh, phân chia các khu phòng dành cho nam
giới và nữ giới.
- Các khu vực hành lang, cầu thang dẫn vào các khu vực nội trú dành cho
nam và cho nữ đều được nhà trường trang bị hệ thống camera giám sát 24/24
truyền hình ảnh về phòng quản lý nội trú và phòng bảo vệ.
- Về văn bản: Nhà trường xây dựng quy định về thực hiện nội qui dành
cho khu vực nội trú, trong đó hướng dẫn học sinh thực hiện nội quy nề nếp,
cũng như gắn với các quy chế thi đua, khen thưởng, kỷ luật.
- Về con người: Nhà trường thành lập Ban quản lý nội trú gồm thành
viên là một Phó hiệu trưởng phụ trách công tác nội trú, các giáo viên chủ
nhiệm, tổ trưởng các tổ giáo vụ, tổ quản trị đời sống. Ban quản lý nội trú có
nhiệm vụ xây dựng nội qui quản lý học sinh nội trú, điều hành
- Thành lập ban quản sinh, Ban quản sinh có nhiệm vụ quản lý học sinh
sinh hoạt tại ký túc xá.
- Phối hợp với Đoàn thanh niên tổ chức các đội thanh niên xung kích
hàng ngày phối hợp với các bộ phận đi kiểm tra, đôn đốc, nhắc nhở các bạn
học sinh thực hiện đúng nội quy nhà trường đề ra.
- Hàng ngày Ban quản lý nội trú phối hợp với Ban quản sinh các bộ phận
quản lý nhà trường theo dõi, đôn đốc học sinh ở tại các khu nội trú thực hiện
đúng nội qui, qui định của nhà trường.
Nhà trường cũng đã thực hiện rất nhiều giải pháp và hiệu quả đem lại khá
tốt, tuy nhiên việc thực hiện giám sát học sinh ở trong các khu kí túc xá theo
khu vực nam, nữ là hoàn toàn làm thủ công, mất rất nhiều công sức nhưng
hiệu quả thấp. Để giảm bớt công sức của các bộ phận tham gia quản lý một
giải pháp về hệ thống nhận diện và phân biệt giới tính tự động sẽ giúp
nâng cao chất

11

lượng công tác quản lý nội trú của nhà trường, từng bước tự động, nâng cao
chất lượng trong công tác quản lý của nhà trường.
1.2 Bài toán phát hiện giới tính học sinh;
1.2.1 Giới tính
Giới tính là khái niệm chỉ sự khác biệt giữa nam và nữ về phương diện
sinh học, có sẵn từ khi sinh ra, đồng nhất và khơng biến đổi (trừ trường hợp
có sự can thiệp của y học) và đồng nhất, nghĩa là giữa nam và nữ ở khắp mọi
nơi trên thế giới đều có những sự khác biệt như nhau về mặt sinh học, không
thể thay đổi được giữa nam và nữ do những yếu tố sinh học quyết định.
1.2.2 Phát hiện giới tính học sinh:
Giới tính nam và giới tính nữ có nhiều điểm tương đồng về mặt thể chất
nhưng cũng có những điểm khác nhau, dưới đây xin được liệt kê một số đặc
điểm khác nhau giữa giới tính nam và giới tính nữ:
Đ
ă
T
Krá
n
h
ca
uo
ơh
Râ
C
ó
đMD
ầa

uT-th
T
GiG

G
ư
ơ
n
g
m
K
h
ơM
ầu
da
T
G


12

- Ngồi ra cịn có thể phân biệt giới tính dựa trên các loại trang phục phổ
biến và đặc trưng dành cho từng giới, hoặc các đồ dùng đi kèm của mỗi giới.
Có nhiều phương pháp để phân biệt giới tính dựa vào các đặc điểm riêng
của từng của từng giới tính:
+ Phân biệt giới tính thơng qua giọng nói;
+ Phân biệt giới tính thơng qua hình ảnh khn mặt;
+ Phân biệt giới tính thông qua văn phong;
+ Phân biệt giới tính thơng qua biểu hiện trên khn mặt;
Trong bài toán quản lý học sinh tại các khu ký túc xá của trường nội trú

thì việc xác định tự động giới tính dựa vào hệ thống hình ảnh khn mặt thu
được qua các camera ghi hình được lắp đặt tại các khu vực phòng ở dành cho
nữ giới và phòng ở dành cho nam giới là phu hợp cho công tác quản lý của
nhà trường. Hệ thống sẽ phân biệt giới tính theo hình ảnh thu được hiển thị
thơng báo cho người quản lý giúp người quản lý có các giải pháp nâng cao
hiệu quả trong công tác quản lý.


13

Chương 2:
NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI VÀ PHÁT HIỆN GIỚI TÍNH TỪ HÌNH
ẢNH MẶT NGƯỜI
2.1 Cơ sở lý thuyết của bài toán nhận dạng mặt người;
2.1.1 Bài toán nhận dạng mặt người
Nhận dạng mặt người (face recognition) là một chủ đề được nghiên cứu
thuộc lĩnh vực thị giác máy tính (computer Vision) đã được phát triển từ đầu
những năm 90 của thế kỷ trước. Cho tới nay, đây vẫn là một chủ đề nghiên
cứu mở nhận được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu từ nhiều lĩnh vực
nghiên cứu khác nhau như nhận dạng mẫu (Pattern Recognition), học máy
(Machine Learning), thống kê (Statistics), sinh trắc học (Biometrics). Điều
này là do có rất nhiều ứng dụng thực tế cần tới một hệ thống nhận dạng mặt
người, từ các hệ thống quán lý đăng nhập đơn giản cho tới các ứng dụng giám
sát tại các địa điểm công cộng (public areas surveillance) hoặc quản lý dân số
(population management) và pháp lý (forsensics). Bên cạnh đó, so với hệ
thống nhận dạng dựa trên các đặc điểm sinh trắc học khác của con người như
nhận dạng mống mắt và vân tay (fingerprint and iris recogitions), dáng đi (gait
recognition), nhận dạng mặt có nhiều ưu điểm:
+ Một hệ thống nhận dạng mặt khơng địi hỏi có sự tương tác trực tiếp
giữa đối tượng được nhận dạng và hệ thống.

+ Việc thu nhận dữ liệu (ảnh mặt) cho quá trình nhận dạng một con
người dễ thực hiện hơn so với thu nhận các đặc điểm sinh trắc học khác (như
vân tay và mống mắt).


14

+ Dữ liệu về mặt người phổ biến hơn các đặc trưng khác do sự bùng nổ
mạng xã hội (facebook, twitter...), các dịch vụ chia sẻ dữ liệu đa phương tiện
(youtube, tiktok...) và sự phát triển mạnh mẽ của các thiết bị thu nhận hình
ảnh.
+ Từ ảnh khn mặt của một người tac có thể khai thác nhiều thơng tin
liên quan không chỉ là danh tính, chẳng hạn như giới tính (gender), mầu da,
hành vi, sức khỏe, độ tuổi,...
2.1.2 Hệ thống nhận dạng mặt tự động

Hình 2.1 Mơ hình tổng quan bài toán Face recognition

Một hệ thống nhận dạng mặt tự động thường gồm các bước: Face
detection, Face Alignment, Face Respresentation, Face Recognization.


15

2.1.3 Những thách thức trong nhận dạng mặt người
Việc xây dựng một hệ thống nhận dạng mặt người với độ chính xác
cao thực sự là một thách thức đối với các nhà nghiên cứu. Điều này là do các
yêu tố (chủ quan và khách quan) ảnh hưởng tới quá trình thu nhận và tạo ra
các bức ảnh có độ khác biệt rất lớn của cùng một khn mặt. Có thể liệt kê
ra đây các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới độ chính xác của một hệ thống nhận

dạng mặt:
+ Ánh sáng (light conditions). Các bức ảnh mặt thu nhận ở các điều
kiện sáng khác nhau sẽ rất khác nhau và làm giảm sự chính xác trong quá trình
nhận dạng.
+ Thay đổi về tuổi (aging changes). Khn mặt người có các sự thay
đổi lớn khi tuổi thay đổi và khó nhận dạng hơn ngay cả đối với hệ thống thị
giác của con người.
+ Các vấn đề về hướng (pose variations). Việc nhận dạng với các ảnh
có góc chụp thẳng (frontal) có kết quả tốt hơn rất nhiều so với các ảnh được
chụp ở góc nghiêng hơn 450. Giải pháp thường thấy đối với các ảnh có hướng
chụp lớn là sử dụng các thuật toán nội suy để bu đắp phần khuôn mặt bị che
khuất.
+ Cảm xúc (facial expresstion variations). Ơ trạng thái cảm xúc khác
nhau, các đặc điểm quan trọng cho nhận dạng mặt (như mắt, mũi, mồm) có thể
bị biến dạng (deformed) và dẫn tới các kết quả nhận dạng sai.
+ Che khuất (occlutions). Các ảnh mặt có thể bị che khuất bởi các yếu
tố khách quan như vật chắn ở trước mặt hoặc chủ quan như các phụ kiện trên
khuôn mặt (khăn, kính mắt) và làm cho quá trình nhận dạng bị sai.


16

+ Các hệ thống nhận dạng được chia thành hai loại: Xác định danh tính
(face identification) và xác thực (face verification). Bài tốn sác định danh
tính là bài tồn dạng 1-N trong đó hệ thống sẽ đưa ra kết quả là danh tính của
ảnh được nhận dạng dựa trên sự tương đồng của của ảnh input tìm ra các trích
chọn đặc trưng từ đó xác định được danh tính hoặc đặc điểm cần tìm một cách
chính xác. Trong khi đó bài toán xác thực (face verfication) hệ thống sẽ đưa ra
câu trả lời đúng sai dựa vào việc xác định 2 bức ảnh có thuộc về cùng một
người hay khơng.

2.1.4 Các cách tiếp cận cho bài toán nhận dạng mặt người.
Có hai phương pháp tiếp cận với nhận dạng khn mặt là: Nhận dạng
dựa trên đặc trưng của các phần tử trên khuôn mặt (Feature Based Face
Recognition), và nhận dạng dựa trên xét tổng thể tồn khn mặt (Appearance
Based Face Recognition).
Dựa vào việc sử dụng các đặc trưng của khuôn mặt trong khi nhận
dạng, các hệ thống nhận dạng khuôn mặt được chia thành hai hướng tiếp cần
tính: hướng tiếp cận toàn cục (global approaches) và hướng tiếp cận cục bộ
(local features based approaches). Các phương pháp theo hướng tiếp cận toàn
cục sẽ sử dụng các đặc điểm toàn cục của khn mặt (hình dạng, mầu sắc, các
đường nét chính...) trong khi các đặc điểm tồn cục của khn mặt (các điểm
ảnh, các chi tiết như mặt, mũi, mồm, lông mày...) để nhận dạng. Trong đó số
các hệ thống nhận dạng trên các đặc điểm toàn cục Eigengaces và Fisherfaces
là các hệ thống tiêu biểu nhất. Eigenfaces sử dụng phép phân tích thành phần
chính PCA (principal Components Analysis) để biểu diễn mỗi ảnh mặt như là
một tổ chợp tuyến tính các vector riêng thu được từ phép phân giải ma trận
hiệp phương sai được tính từ các ảnh mặt sau khi được chuẩn hóa. Do PCA là
một thuật tốn học khơng có giám sát nên khơng tận dụng được các thông tin
về lớp