Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) nhận diện khuôn mặt và thử nghiệm, tích hợp vào phần mềm quản lý nhân sự tự động phục vụ đào tạo (11/11/2024)

Quản lý giáo dục là một bài toán lớn bao gồm nhiều bước, nhiều đối tượng khác nhau với người học là nhân tố trung tâm. Hiệu quả tiếp thu kiến thức của người học luôn là thước đo đánh giá hiệu quả của một hệ thống giáo dục. Việc ứng dụng các công nghệ thông minh trong việc quản lý lớp học, trường học đang trở thành xu hướng ở các nước tiên tiến. Tuy vậy tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ vào trong quản lý lớp học chỉ dừng lại ở mức triển khai các phần mềm quản lý mà chưa có hệ thống thiết bị thông minh để đưa việc quản lý lên một mức độ sâu rộng hơn. Cũng đã có nhiều trường trong cả nước triển khai lắp đặt hệ thống camera giám sát, nhưng hệ thống camera này chưa được tích hợp các tính năng thông minh phục vụ cho việc đào tạo. Việc xây dựng và triển khai một hệ thống đồng bộ bao gồm cả phần cứng và phần mềm quản lý phục vụ đào tạo vẫn đang dùng lại ở phạm vi thí điểm hẹp ở một số trường học.

Năm 2023, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông được phê duyệt triển khai thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp Bộ: ““Nghiên cứu ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) nhận diện khuôn mặt và thử nghiệm, tích hợp vào phần mềm quản lý nhân sự tự động phục vụ đào tạo”. Nhiệm vụ nghiên cứu hướng tới việc xây dựng một hệ thống hoàn thiện bao gồm cả phần cứng và phần mềm cho việc quản lý đào tạo. Dữ liệu được quản lý tập trung nhưng sẽ được truy cập tại nhiều nơi với nhiều vai trò khác nhau giúp cho việc quản lý đào tạo trở nên rõ ràng và hiệu quả hơn. Nội dung nghiên cứu gồm 04 chương: Chương 1: Nghiên cứu đánh giá nhu cầu về các hệ thống quản lý đào tạo tại các cơ sở giáo dục; Chương 2: Nhận dạng khuôn mặt sử dụng mạng nơ – ron tích chập; Chương 3: Xây dựng hệ thống phần mềm nhận dạng khuôn mặt;Chương 4: Thử nghiệm và đánh giá hệ thống tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông.

Kết quả nghiên cứu, trong Chương 1 nhóm nghiên cứu đã trình bày tổng quan về hiện trạng các hệ thống quản lý đào tạo tại các cơ sở giáo dục trong và ngoài nước. Đồng thời, nhóm nghiên cứu cũng trình bày về việc ứng dụng công nghệ thông tin và AI để xây dựng hệ thống quản lý đào tạo; Chương 2 đã trình bày chi tiết kiến trúc mạng Nơ-ron sử dụng trong bài toán nhận dạng khuôn mặt, ưu điểm của mạng so với phương pháp khác về mặt lý thuyết cũng đã được trình bày. Làm rõ các bước tạo ra một hệ thống nhận dạng khuôn mặt, các thành phần chính cấu thành hệ thống cũng đã được trình bày một cách chi tiết; Chương 3 đã trình bày về cách tiền xử lý dữ liệu để đưa vào hệ thống nhận dạng khuôn mặt. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng trình bày về hệ thống nhận dạng cũng như quản trị dữ liệu phục vụ cho quá trình phân tích dữ liệu, đánh giá chất lượng giáo dục. Báo cáo trình bày giao diện quản trị hệ thống nhận dạng khuôn mặt; Chương 4 đã trình bày về các tập dữ liệu mà đề tài sử dụng, các bộ dữ liệu rất đa dạng và phần lớn là không có dữ liệu khuôn mặt đeo khẩu trang. Các bước tạo và xử lý dữ liệu cũng đã được làm rõ. Phần này cũng đã chỉ ra rằng với kiến trúc mạng CNN dùng cho trích chọn đặc trưng, việc fine tuninglại mạng với dữ liệu đạt được độ chính xác cao nhất ~99.80% trên tập ảnh khi triển khai thực tế trong trường hợp không đeo khẩu trang và 94% trong trường hợp đeo khẩu trang để đánh giá mô hình. Về kết quả sử dụng mạng ResNet dùng để trích chọn đặc trưng khuôn mặt phục vụ cho nhận diện với các tập dữ liệu ảnh được làm rõ. Những hình ảnh nhận diện khuôn mặt thực tế triển khai cũng được trình bày trong chương.

Tổng quan hệ thống quản lý nhân sự phục vụ công tác đào tạo trong các cơ sở giáo dục.

Kế thừa các nghiên cứu trong và ngoài nước, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một hệ thống nhận dạng khuôn mặt – sự kết hợp của các công nghệ hiện đại bao gồm: Hệ thống thiết bị camera thu dữ liệu khuôn mặt; hệ thống phần mềm kết hợp mô hình học sâu nhằm phát hiện, nhận dạng khuôn mặt đưa ra định danh người dùng. Tính mới của đề tàiđược thể hiện ở việc nhóm nghiên cứu đã xây dựng được một hệ thống đồng bộ bao gồm cả phần cứng và phần mềm quản lý phục vụ đào tạo, khắc phục sự hạn chế về tính rời rạc trong ứng dụng công nghệ vào quản lý đào tạo tại nhiều cơ sở giáo dục hiện nay.

Về mặt công nghệ, đề tài xây dựng một hệ thống đồng bộ bao gồm cả phần cứng và phần mềm cho việc quản lý đào tạo. Dữ liệu được quản lý tập trung nhưng sẽ được truy cập tại nhiều nơi với nhiều vai trò khác nhau giúp cho việc quản lý đào tạo trở nên rõ ràng và hiệu quả hơn. Việc kết hợp các thiết bị phần cứng nhận dạng, máy chủ phần mềm và các mô hình AI học sâu về nhận dạng khuôn mặt đề tài đã khắc phục sự hạn chế về tính rời rạc trong ứng dụng công nghệ vào quản lý đào tạo tại nhiều cơ sở giáo dục hiện nay.

Về mặt học thuật,đề tài xây dựng thành công bộ cơ sở dữ liệu khuôn mặt với khẩu trang COMASK20 với dữ liệu của 300 người và được public tại trang https://github.com/ để phục vụ cộng đồng nghiên cứu. Bên cạnh đó đề tài đã ứng dụng thuật toán xây dựng mô hình khuôn mặt 3D từ ảnh 2D kết hợp với thuật toán tự xây dựng ghép khẩu trang cho khuôn mặt để làm giàu dữ liệu phục vụ cho việc huấn luyến mô hình học sâu. Kết quả nghiên cứu của đề tài cũng đã đề xuất thuật toán chống giả mạo khuôn mặt và đạt kết quả tốt trên các bộ dữ liệu thử nghiệm và được công bố trong bài báo khoa học sản phẩm của đề tài. Kết quả này cho phép xây dựng tính năng chống giả mạo khi điểm danh.

Cụ thể hơn, trong nghiên cứu này, nhóm đề tài đã thực hiện được các công việc như sau. Thứ nhất, xây dựng được hệ thống phần cứng và phần mềm thực hiện được các tác vụ: Nhận dạng, điểm danh học sinh, tổng hợp sĩ số lớp trong từng buổi học; nhận dạng, điểm danh giáo viên phục vụ công tác quản lý đào tạo trong từng buổi học; các mô đun nhận dạng được tích hợp công nghệ chống giả mạo nhằm tránh những gian lận có thể xảy ra trong thực tế; giao tiếp thông suốt với phần mềm quản lý trường phục vụ công tác đào tạo. Thứ hai, xây dựng được hệ thống phần mềm giám sát, quản lý chung kết nối với hệ thống phần cứng tích hợp: Tổng hợp, hiển thị các thông tin phân tích về tình hình điểm danh của sinh viên trên giao diện quản lý giáo viên; đưa ra các lưu ý và cảnh báo ứng với cấp quản lý về tình hình học tập của học sinh.

Sau khi xây dựng hệ thống, nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm hệ thống tại Học viện. Kết quả thử nghiệm cho thấy, thiết bị điểm danh được thiết kế gọn nhẹ, hỗ trợ kết nối mạng LAN, Wifi giúp việc lắp đặt trở nên dễ dàng hơn. Để kiểm tra tính hiệu quả của mô đun phần mềm nhận diện khuôn mặt, nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm nhận dạng đối với nhóm dữ liệu gồm 100 giảng viên vào 100 sinh viên và nhận được kết quả có độ chính xác 99% trong trường hợp không đeo khẩu trang và 94% trong trường hợp đeo khẩu trang. Các kết quả nhận diện này được lưu trữ trong phần mềm quản lý nhân sự tự động giúp người quản lý nắm bắt được tình hình và đưa ra các phương án điều chỉnh trong hoạt động quản lý đào tạo. Phần mềm này được phát triển trên nền tảng Web tương thích với đa số thiết bị và có giao diện quản trị trực quan, thân thiện với người dùng.

Xây dựng hệ thống ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) nhận diện khuôn mặt và thử nghiệp, tích hợp vào phần mềm quản lý nhân sự tự động phục vụ đào tạo có ý nghĩa quan trọng và đóng góp thực tiễn trong việc ứng dụng giải pháp công nghệ thông tin đối với lĩnh vực giáo dục tại Việt Nam. Hệ thống được xây dựng dựa trên công nghệ trí tuệ nhân tạo, thông qua nền tảng Web để tương tác với người dùng. Bên cạnh đó, các giải pháp công nghệ cốt lõi như xử lý hình ảnh, xử lý âm thanh, xử lý văn bản, phát hiện bất thường…, có thể làm nền tảng đánh giá tốt, tối ưu cũng như giúp cho cộng đồng khoa học có thêm một tham chiếu để so sánh nhằm hoàn thiện hơn các nghiên cứu, có thêm lựa chọn công nghệ khi ứng dụng vào thực tiễn.

Với việc xây dựng một bộ API cho cho mô hình nhận dạng khuôn mặt, các kết quả và sản phẩm của đề tài có tiềm năng lớn trong việc tích hợp vào các nền tảng (platform) của các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ số, đặc biệt là dịch vụ về giáo dục, đào tạo trên nền tảng số. Việc áp dụng công nghệ tại các cơ sở giáo dục hiện nay còn khá rời rạc. Điều này phần lớn là do các cơ sở không đủ nguồn lực về cả tài chính và nhân lực.

Sản phẩm đề tài mang lại một giải pháp tích hợp tổng thể phần cứng và phần mềm, được thiết kế phục vụ tập trung cho các các cơ sở giáo dục với chi phí tương đối thấp và khả năng triển khai, vận hành đơn giản. Do vậy, kết quả của đề tài đã thể hiện được khả năng ứng dụng cũng như khả năng thương mại hoá là rất khả quan. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu dự án tại Trung tâm Thông tin, Thống kê khoa học và công nghệ Hải Phòng hoặc Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia./.