基于人臉識別的高校考勤系統的設計

王伯槐

摘 要：目前，大多數高校教師的考勤方式依然采用手工操作，該方式效率低下。針對這一問題，文中提出一種高效、實時的考勤系統，利用“平安校園”平臺設備，實現基于人臉標識的學生考勤管理系統。該系統具有自動簽到、查詢簽到記錄功能，可通過校園網絡將學生端考勤數據實時上傳至服務器，并使用管理帳號實現考勤數據的動態管理和查看。仿真實驗表明，系統能實時、宏觀地掌握學生出勤信息，為高校學生管理提供有力的支持。

關鍵詞：學生考勤；人臉識別；高校；平安校園

中圖分類號：TP39；TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）10-00-02

0 引 言

為加強課堂管理，高校老師需要在課堂上對學生進行考勤統計。當前一般采用紙制點名冊，任課老師通過點名統計出勤情況并記錄在點名冊上。這種考勤記錄方式在管理中暴露出許多弊端：每次點名需要浪費大量時間，而大課堂時間浪費尤其嚴重；班主任很難掌握學生上課的實時情況，不便與學生及時溝通；不便學生了解自己的出勤情況。

目前全國高校的信息化發展迅速，校園網已基本完善，“平安校園”亦已基本完善，在極大地方便師生的同時，如何充分利用現有資源，方便快捷地工作學習是需要討論的一個話題。

本文提出一種新的考勤方法，即利用現有“平安校園”部署在教室中的攝像頭，對進入課堂人員進行人臉識別統計，以實現自動考勤統計的目的。統計數據既可以實現實時查詢，也可以長期保存。該項工作既實現了自動化統計，又使資源得到了充分利用。

基于人臉識別技術的高?？记谙到y主要分為人臉數據采集、身份識別和數據記錄三部分[1]。

人臉數據采集以人臉識別為前提，即獲取圖像數據后，識別出圖像中的人臉部分，然后進行數據采集。在大多數情況下，因為天氣、光照等客觀因素復雜，再加之人臉部所在位置不固定，而“平安校園”部署在教室中的攝像頭位置相對固定，所以應檢測圖像是否包含面部，若包含，則檢測其在圖像中所處位置。人臉檢測的目的是為了在監控的大幅畫面中搜尋面部位置，為后續的身份識別提供條件。

身份識別的關鍵在于人臉識別，人臉識別技術是圖形構造、計算機圖像處理、人體生理學、模式識別和認知科學等多個領域和技術的復合技術[1-4]。該系統的難點在于人臉數據采集的準確性和身份識別的可靠性[5]。面部比對是一種較為普遍的方法，對被檢測到的人臉在面部庫中進行目標搜索，得到對比結果。該操作的關鍵是采取合適的面部表征模式和匹配方法，系統的結構和面部表征特點緊密聯系。本系統采用基于BSD許可（開源）發行的跨平臺計算機視覺庫——OpenCV，應用其中的圖像分割、面部識別函數庫完成人臉的數據采集和身份識別。

1 系統設計

隨著智能手機的廣泛應用，系統對智能手機的支持更加方便師生查看相關信息，其主要用戶是學生、代課老師和班主任，可以進行學生、成績、考勤和課程等的管理；PC前臺可方便查看各類信息的結果，但不能進行管理操作；系統后臺主要用于基礎信息的導入和管理，其主要用戶是老師和管理員。系統總體功能模塊如圖1所示。

1.1 系統數據庫設計

本系統主要圍繞學生、代課老師、班主任、管理員四類用戶進行設計。學生主要查看信息；代課老師主要進行學生點名管理和成績信息錄入；班主任主要查看和修改部分不合理信息；管理員主要導入系統所需信息。系統頂層數據流圖如圖2所示。

為了更加清楚地描述系統信息流向，進一步對系統進行劃分，將其分為客戶端、PC后臺管理和數據庫信息存儲。第一層數據流圖如圖3所示。

數據庫概念設計階段主要將需求分析階段得到的用戶需求抽象為信息結構（概念模型），它是整個數據庫設計的基礎和關鍵。數據庫概念設計主要進行各實體的描述和各實體之間聯系的描述。系統E-R圖如圖4所示。

1.2 系統交互流程

通過圖5簡單描述本系統的用戶如何同Android客戶端、PC服務端、數據庫之間進行操作交互過程。

圖2簡單描述了用戶與系統的交互關系，沒有涉及用戶與系統交互的時間關系。系統時序圖如圖6所示，是對用戶操作時間的描述。用戶登錄后通過界面操作實現不同的功能，利用內部邏輯操作數據庫返回操作結果，并通過界面顯示。

上述系統總體交互圖只是一個簡單的概述，不能詳細描述各模塊內部的交互過程，現進一步對系統總體交互過程中所涉及的各部分進行細致描述。Android客戶端和PC后臺的功能模塊功能一致，簡單描述其部分核心的模塊交互過程。

代課老師利用學生考勤管理模塊對學生上課出勤情況進行記錄，代課老師可逐一進行點名記錄、單獨添加某一個學生出勤信息、修改已記錄的出勤信息和刪除已記錄的出勤信息。

代課老師利用學生成績管理模塊對學生成績進行記錄，同時也可以添加某學生的成績、修改已記錄的成績信息和刪除已記錄的成績信息。

2 系統測試

本系統所用的測試方法主要為單元測試、集成測試和系統測試。表1所列為系統登錄測試用例。

3 結 語

本文對基于人臉識別的考勤系統進行整體設計，提高了老師點名效率，為學生出勤管理提供了便捷方法，亦有效提高了設備使用率。經實驗統計，由于教室環境光線的明暗變化以及人臉角度等影響都會給識別帶來不同的影響，因此在人臉識別考勤系統中結合了人臉識別的二值化、模板匹配等方法，以減小識別誤差。

但該方案仍存在一定問題，如教室光照度仍然是限制系統識別準確度進一步提高的關鍵因素，并將在以后工作中進一步改進完善。

參考文獻

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