基于人臉識別技術的課堂考勤系統設計與實現

張欣蓓 劉旭 王浩博 劉克楠

摘 要：本系統利用了人臉識別技術，針對當前考勤方式存在的他人代簽到，數據反饋實時性差，人工管理效率低等問題展開研究，設計并實現了一套完整的基于人臉識別技術的移動課堂考勤管理系統，可以極大地提高課堂考勤效率，節省考勤時間，具有較強的使用性和可操作性，大大節省了考勤所占用的課堂時間，具有較高的效率和可實用性。

關鍵詞：人臉識別；特征臉；課堂考勤系統

課堂是學生汲取知識、豐富思想、培養品格、樹立正確價值觀的重要場所，作為學生，應當按時到達教室參于課堂活動，學生考勤工作是高校建設優良班風學風，維持正常教學秩序的重要途徑，對于增強學生紀律觀念具有重要的作用[1]。但目前高校在校人數眾多，教室具有流動性，學生沒有固定的上課教室和座位，使得考勤管理存在著工作量大，人工管理效率低，實時性差，數據難以統計和再次利用等諸多問題。不完善的考勤機制給學生缺勤創造了機會，嚴重違背了課堂的教學理念。同時隨著社會的發展，越來越多的行業需要更多更高效的考勤管理機制，現存的考勤管理手段中人工考勤，是通過口頭點名、手工登記的方法實現的。該方法雖然靈活性強，但無法杜絕他人代考勤的事項，且需要有專門的考勤人員進行實時記錄，浪費人力成本。同樣對于考勤鐘，是通過吞吐卡的方式實現考勤管理，雖無需專人進行實時的監督，但速度慢且不能實時反映考勤結果，無法滿足高校大量學生在短時間內完成考勤并立刻匯總結果的需求。基于指紋識別技術的考勤，雖然杜絕了代考勤的事項，但不衛生且對于手指指紋破損，指紋打卡方式不正確等情況，不能準確便捷地識別。相較以上幾種現存的考勤方式，基于人臉識別技術的課堂考勤便顯著地突出了，具有效率高，實時性強，準確度高，方便快捷，易于被用戶所接受等諸多優勢。

綜上，本文設計了一種考勤系統來解決目前高校考勤機制中存在的問題。本系統以人臉識別技術為基礎，學生不需要攜帶任何設備即可完成考勤，能滿足較短的時間內對學生考勤情況進行準確核查，有效杜絕他人代簽代答的情況，提高了考勤結果的準確性，使考勤工作的效率和可靠性得到大大提升。

1 基于人臉識別課堂考勤系統的設計與實現

1.1 系統總體設計

本系統分為兩個模塊：用戶簽到模塊和管理員信息管理模塊。用戶簽到界面設計有相應的圖形界面程序，根據功能按鈕的不同可選擇不同的方式完成簽到，并將結果錄入數據庫中，方便管理員管理。管理員信息管理，通過Navicat工具進行數據庫數據管理，以及數據統計和修改。

1.2 學生簽到模塊功能的實現

在數據庫中建立學生表、專業表、班級表，錄入所有需要考勤學生的姓名、專業、班級信息、教師表、課程表，課程安排表錄入課程信息，簽到表用來保存考勤簽到結果。學生進行考勤簽到時，面向攝像頭，點擊簽到按鈕后，軟件將攝像頭從視頻流中捕獲的圖像傳到人臉識別模塊，人臉識別系統分析人臉并得到人臉id，與數據庫中已經錄入的學生信息進行對比匹配。若標識碼信息匹配成功，則會在右側欄目中顯示從數據庫中讀取到的相關信息，其中，姓名和學號均是由人臉id匹配后在數據庫中讀取到的信息，而課程則是根據當前周、當前時間進行匹配而得到的數據。

根據對比的結果出現如下簽到結果情況：（1）若該生人臉匹配成功，且尚未簽到，則會顯示“success”表示簽到成功。簽到信息將保存在數據庫的簽到表中。（2）若該生已經簽到完成，再次進行簽到時，則會顯示“failed，簽到失敗可能是該學生已經簽到”表明數據庫中已經錄入該生本節課的簽到信息，故不能再次簽到。（3）若學生沒有預先在數據庫中錄入信息，當進行簽到時，考勤結果界面將出現“failed，未找到該學生”的字樣表示非考勤人員。（4）除了從攝像頭中獲取人臉圖片，該系統還支持從本地圖庫中選取照片進行簽到，若點擊選擇本地圖片的方式進行考勤，則會出現對本地文件的選取界面，選擇已經錄入數據庫中的人臉圖片做測試。同樣的，選擇本地圖片簽到的結果同使用攝像頭簽到模塊相同，并且也會出現簽到成功和簽到失敗兩種結果。

1.3 管理員信息管理功能的實現

管理員借助Navicat數據庫管理工具對考勤數據進行管理，學生的簽到信息存放在簽到表中，管理員可通過數據庫查看、添加、刪除、修改學生信息、課程信息、教師信息等。系統中長期留存每次考勤的信息，供教師在期末進行登記匯總工作，避免后期出現爭議。

2 人臉識別軟件的算法設計

2.1 人臉識別技術原理

社會工作對于快速有效的身份識別驗證的迫切需求，人臉識別技術取得了突破性的發展，且在各方面得到廣泛的運用，人臉作為人體的生物特征是與生俱來的，具有高度的非剛性、唯一性和不可復制性，這為身份鑒別提供了良好的基礎，指紋識別與其他的生物識別相比，具有非強制性和非接觸性的特性[2]，學生不需要與設備直接接觸，無需專門配合，在無意識的狀態下即可獲取人臉圖像。人臉識別技術是對輸入的人臉靜態圖像或視頻流中檢測出的人臉圖像進行判斷，如果檢測出人臉，則與數據庫中的圖像進行信息對比，從而達到身份識別和鑒定的目的。提取人臉特征便是人臉識別領域中最為重要的模塊，其基本流程如圖2所示。

人臉識別技術主要包括3個模塊。

（1）人臉檢測模塊：主要功能為針對現實中圖片的人臉進行檢測處理，在一張照片中定位出人臉所在的圖像區域和位置。

（2）面部特征點定位模塊：主要功能為在識別面部區域的基礎上，對人臉特征點進行提取和定位，為了解決現實場景下由于姿態、表情、光照和遮擋等因素造成的不利影響，該模塊通過級聯多個自編譯碼網絡得到在高分辨率圖像上人臉特征點的定位。

（3）人臉特征提取與對比模塊：在前兩個模塊計算的基礎上，將不同圖像中人臉特征點的特征值進行提取并進行對比，最終經過判定過程進行判定，給出不同圖像中的人臉相似度大小，相似度越高，則說明是同一個人的可能性越大[3]。

2.2 系統的算法實現

本系統整體采用Java語言，該語言功能強大，簡單易用，跨平臺性高，調用靈活，可移植性強，作為靜態面向對象編程語言的代表，極好地實現了面向對象理論[4]。數據庫的設計使用MySQL數據庫，建立學生表、教師表、簽到表、課程表、專業表。在學生表中設置一個標志信息，每個學生對應一個，表示當前時間對應的課程是否已經簽到。該標識符在每節課結束之前10 min會由服務器置零，且在這10 min里禁止學生進行簽到。

整體算法分為3個步驟：（1）預先在數據庫中保存由學生的照片采集出的特征碼。（2）首先調用face++平臺提供的Search API函數進行人臉識別[5]，根據提供的圖片的網絡地址，本地格式或圖片的base64編碼，調用不同的API函數，得到不同的返回值，將其用JSON格式展示。（3）在進行簽到時，根據當前攝像頭獲取照片并經過計算得到的返回值，從數據庫保存的圖片合集中進行遍歷對比尋找最相近的標識碼，最后將尋得的標識碼對應的學生信息顯示在簽到界面上。

3 結語

本文介紹了基于人臉識別的課堂考勤系統的原理及軟件設計，本軟件運行在PC以及兼容機上，借助該系統可快速完成移動課堂的考勤，解決了當前課堂考勤過程中存在的工作量大，人工管理效率低，實時性差，數據難以統計和再次利用等諸多問題，極大程度地節約了課堂時間，提高了課堂效率。同時，目前的人臉識別算法較為成熟，可以保證該系統具有較高的可靠性。經過反復的實驗與調試，本系統能準確地實現移動課堂的考勤功能，基于人臉識別的課堂考勤系統將會在日常的教學生活中得到廣泛運用。

[參考文獻]

[1]吳美香，鄧園園，裴楓華，等.基于人臉識別的移動課堂考勤系統的設計與實現[J].軟件，2018（1）：5-8.

[2]楊巨成，劉娜，房珊珊，等.基于深度學習的人臉識別方法研究綜述[J].天津科技大學學報，2016（6）：1-10.

[3]LUO H，ELEFTHERIADIS A.On face detection in the compressed domain[C].Los Angeles：Proceedings of the 8th ACM International Conference on Multimedia，2000.

[4]周哲韞.基于JAVA語言的數據庫訪問技術[J].電子技術與軟件工程，2017（8）：199.

[5]官瑞坤，王千秋，羅顯松.基于Face++的“刷臉”課堂考勤系統[J].信息系統工程，2017（3）：99-100.