第一節 智慧型教室
近年來，智慧型教室 [1]是個熱門的研究領域，許多學者期望能透過諸如攝 影機、投影機…等設備，來營造一個與傳統不同的教室環境。並透過諸多的智慧 型資訊系統，輔助老師進行授課，讓師生都能有著與過往截然不同的課堂體驗。
在過去，師生間一叫一答的點名方式，往往需要花費相當長的時間。因此，
有許多研究希望能以別種方式來進行課堂的點名工作。如RFID裝置 [2]或影像處 理技術中的人臉辨識 [3]。透過這些點名系統，讓老師不再需要自己進行點名，
在節省時間之餘，甚至可以避免老師忘記學生姓名的尷尬情況。
除了以學生為對象之研究外，也有其他以老師為對象之研究。在 [4] [5]中，
提出了許多老師因採用投影片授課，站位被侷限在電腦前，無法適時於投影幕前 進行解說的問題。他們提出了以人體姿勢辨識的技術來操作投影片的概念，利用 這種方式，使用者不再被侷限於電腦前，而可以於講台上任意走動。
在過往的這些研究中，因其研究過程各自獨立，故開發出的系統亦各自獨立 無法互通有無。同時，我們亦發現許多研究都有著相同的前置作業，如在 [3] [5]
中，雖然研究項目完全不同，卻同樣需要採用人臉偵測之結果。
雖然，對於部分前置作業(如人臉偵測)，也有許多現成的影像處理或電腦視 覺相關的函式庫來提供對應的功能。但透過本論文提出的整合系統架構，除了提 供與這些函式庫類似的功能同時，隨著單一系統的更新，其他系統無需任何變更 亦能獲得新的資料。這在過往透過函式庫來提供相關功能的開發方式中是完全無 法想像的。
第二節 人臉偵測
人臉偵測一直是相當熱門的研究領域之一，但隨著各種人臉偵測演算法的產 生，人們也漸漸的將研究的重心移向複雜背景、低解析度影像與即時的偵測。但 不論方法如何演進，依舊可歸類於特徵基礎與影像基礎兩種類別 [6]。
其中特徵基礎類型的方法較常被應用在即時系統之中，特別是在膚色能順利 偵測到的環境之下更是經常被人拿來使用。此外，也有些特徵基礎類型的方法常 被應用在灰階的靜態影像上。其中，於 [7]所提出的演算便能得到不錯的人臉偵 測結果。
相較於特徵基礎類型的方法，影像基礎類型的方法在灰階的靜態影像上能提 供更為可靠的結果。於此類型的研究中，通常採用一個可變動大小的浮動視窗去 對整張影像進行掃描比對，但此種作法將造成龐大的計算量，對於即時系統而言 是相當不利的。因此，也有部分研究結合了兩種類型的方法，利用較快速的特徵 基礎方法進行前處理，篩選出可能有人臉的候選區域，在利用較為可靠的影像基 礎類型方法進行確認。
第三節 人臉辨識
人臉的辨識屬於人類視覺的一項重要訊息，且人臉的訊息屬於一種生物特 徵，與一般的鍵盤、滑鼠等裝置截然不同。正因如此，許多的學者紛紛投入時間、
精力加以研究，希望能讓電子裝置也擁有人臉辨識的能力，長久以來也提出了許 多不同的解決方法 [8] [9]。
人臉辨識時，往往會先以訓練資料的平均值作為此人臉的特徵，但以原始影 像進行辨識由於維度過高，不僅計算量大、花費的時間長，往往也因為過多的雜 訊干擾，使得辨識率低落。
因此，眾多學者也出了各式不同的降維方式，希望能從原始影像中取出最有 用的資訊，來增進人臉辨識的成效。其中較常見的降維方式有主要成分分析法 (Principle Component Analysis ， PCA) 、 線 性 鑑 別 分 析 法 (Linear Discriminant Analysis，LDA)及保留局部關係之投影(Locality Preserving Projections，LPP)。
上述的降維方法，無一例外地將二維影像資訊轉換至一維後再做運算，這便 失去了原有的一些空間資訊，近年來的研究則針對這點發展出了二維主要成份分 析法(2DPCA)、二維線性鑑別分析法(2DLDA)及二維局部關係之投影(2DLPP)。
在 [10] [11] [12]中，也分別透過實驗證明了二維的辨識效果較一維的辨識效 果要好，同時可降低時間及空間複雜度，可謂是準確度與速度兼具，導致後續的 研究往往起始於這些方法，再設法加以改良。
在上述的三種二維方法中，因二維線性鑑別分析法相較於其他兩者，最能兼 顧準確率與效能，故在本系統中亦以二維線性鑑別分析法進行人臉辨識系統的實 作。
圖二-1 人臉辨識自動點名系統
第四節 系統開發
自動點名系統開發由來已久，如圖二-2即是一套自動點名系統 [2]，但此系 統依靠RFID去進行點名的動作。此方法與刷卡、簽到並無差異，雖減少了老師唱 名的時間，卻大大增加了代點名的可能性。反之，本系統透過人臉辨識技術進行 點名動作，幾乎不可能有代點名的情形發生。
台灣科技大學的史朝龍同學開發了一個可調適智慧型架構如圖二-3 [13]。如 同本系統般，透過整合許多不同的元件，來提供服務給使用者。但在此研究中，
其系統架構大大仰賴JADE這個開發平台，雖加速了開發的過程，但同時亦限制了 其發展性。
在本論文中，我們自行建立了一個平台。雖功能無法與JADE開發平台相比，
但尚足以滿足目前的系統需求。未來如有任何新增的需求，亦能透過修改平台去 滿足，同時無需擔心授權的問題。
圖二-2 點名系統流程示意圖 圖二-3 可調適智慧型架構示意圖
於 [14]一書中，針對資料的儲存方式、系統的控制方式…等，介紹了數種常 見的系統架構。其中，儲存庫模型(Repository Model)適用於分享資料，同時具有 各系統無須明瞭資料的產生方式及如何被使用的優點，恰與本系統的目標相符。
而對於控制的方式，此書將其分為兩大類。第一類為集中式控制(centralized
control)，第二類則是以事件為主的控制方式(event-based control)。對於集中式控 制又介紹了兩種常見的系統控制模型，分別是管理者模型(manager model)與呼叫/
返回模型(call-return model)。
於本論文中，將針對整合系統之目標，以上述的各種模型為基礎進行修改。
期望在利用各模型的優點之餘，避免各模型原有之缺點，使整合系統的運作能更 有效率。同時，對於我們欲達成之各項目標，亦能有良好的表現。