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 THÔNG

VŨ VĂN DƯƠNG

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên, 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VŨ VĂN DƯƠNG

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

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 công tác quản lý học sinh nội trú của Trường Phổ Thông DTNT

tỉnh Quảng Ninh.” do PGS TS. Đỗ Năng Toàn hướng dẫn là công trình nghiên

cứu của riêng tôi. 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 tôi hoàn toàn

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

công tác quản lý học sinh nội trú của Trường Phổ Thông DTNT tỉnh Quảng Ninh”.

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS. Đỗ Năng Toàn đã tận

tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.

Phòng đào tạo Sau đại học Trường Đại học CNTT và Truyền thông đã

giúp đỡ tôi trong quá 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 tôi thực hiện khóa học này.

Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên,

khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá 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

iii

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 TOÁN 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 toán 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

iv

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 yêu cầu bài toán..................................................................... 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

v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ

viết tắt

Tiếng Anh

CGA Color Graphic Adaptor

CNN Convolutional Neural Network

HOG Histogram of Oriented Gradient

LBP Local Binary Pattern

LDA Linear Discriminant Analysis

LQP Local Phase Quantization

PCA Principal Components Analysis