智能教室考勤系統(tǒng)設計與技術分析

閆璽峰

摘要：文章從智能教室考勤系統(tǒng)的功能需求及設計原則分析入手，基于先進的人臉識別技術，對智能教室考勤系統(tǒng)進行設計。期望通過本文的研究能夠對學校考勤工作水平的提升有所幫助。

關鍵詞：智能教室考勤系統(tǒng)人臉識別技術

傳統(tǒng)的考勤模式是以教師點名和學生簽到為主，由此形成的考勤數(shù)據很難實現(xiàn)數(shù)字化，不利于統(tǒng)計歸檔，也不利于大數(shù)據管理目標的實現(xiàn)。不僅如此，這種考勤方式還存在代簽的情況，教師無法掌握學生的實際出勤率。為了解決這一問題，很多學校采用了電子化考勤，即學生以刷卡的方式進行簽到，但也存在代簽和學生早退等現(xiàn)象。為此，在智慧校園的背景下，有必要開發(fā)一種更加完善的教室考勤系統(tǒng)，從而提高教學管理效率。借此，下面依托先進的人臉識別技術，對智能教室考勤系統(tǒng)進行設計。

1智能教室考勤系統(tǒng)的功能需求及設計原則

1.1功能需求

本次設計開發(fā)的考勤系統(tǒng)除了要滿足學校對學生考勤的需求之外，還應為師生提供便捷的服務。為實現(xiàn)這一目標考勤系統(tǒng)采用當前先進的人臉識別技術，以學生的面部特征作為識別對象，解決傳統(tǒng)考勤方式存在的各種問題。設計的考勤系統(tǒng)要具備友好的考勤方式，以免引起學生的反感;避免考勤過程對教學造成影響;保證考勤過程快速、結果準確;識別率需要達到99%以上，最大誤差不得超過1%;考勤結果可實現(xiàn)數(shù)字化存儲。

1.2系統(tǒng)設計原則

本次設計的基于人臉識別的智能教室考勤系統(tǒng)主要是為了解決學校傳統(tǒng)考勤方式存在的問題，在提高考勤工作效率的同時，降低相應的管理成本。基于這一前提，在對考勤系統(tǒng)進行設計時，應當遵循如下幾點原則：

1. 2.1可靠性原則。由于考聘系統(tǒng)的運行直接關系到考勤工作的開展成效，所以需要確保設計出來的系統(tǒng)能夠保持長時間的穩(wěn)定、可靠運行。只有這樣，才能使考勤系統(tǒng)的作用得以最大限度地發(fā)揮。

1. 2.2安全性原則。因設計開發(fā)的考勤系統(tǒng)將會取代原本的考勤方式，因此，系統(tǒng)在考勤工作中的重要程度與原本的考勤方式應當保持一致。同時，系統(tǒng)生成的考勤數(shù)據，是教師對學生出勤率考核的關鍵指標，所以必須保證系統(tǒng)的安全性，避免重要數(shù)據信息泄露或是被篡改。

1. 2.3實用性原則。本次設計開發(fā)的考勤系統(tǒng)需要在Windows操作系統(tǒng)中運行，除了要保證考勤系統(tǒng)的界面友好之外，還要使系統(tǒng)具備操作提醒以及錯誤管理等功能，這樣能夠降低用戶的學習成本。

2智能教室考勤系統(tǒng)設計與關鍵技術

2.1系統(tǒng)總體架構

在對基于人臉識別技術的智能教室考勤系統(tǒng)進行設計時，采用當前較為流行的分層式架構體系將整個系統(tǒng)劃分為四個層次具體如下用戶界面層位于系統(tǒng)的最頂層，用戶可在該層中對系統(tǒng)的各項功能進行調用;組件層處于用戶界面層之下，由多個獨立的組件構成，如圖像采集、人臉識別、考勤管理等;數(shù)據庫層位于組件層之下，其最主要的作用是為考勤系統(tǒng)提供數(shù)據存儲與管理環(huán)境，可對考勤數(shù)據信息進行保存;硬件層位于考勤系統(tǒng)的最底部，由相關的硬件設備構成，如服務器、攝像頭以及網絡傳輸設備等等。

2.2硬件設計

在本次設計的考勤系統(tǒng)中，硬件主要是圖像采集設備、網絡傳輸設備以及服務器等，其中圖像采集設備為攝像頭，可以按照實際情況進行選擇;網絡傳輸設備可以直接使用已有的校園網，不需要進行重新建設;服務器既可以選用虛擬服務器，也可以選擇實體服務器。攝像頭會將采集到的圖像，經校園網傳給服務器，并由服務器上的考勤模塊來完成學生的考勤工作。在系統(tǒng)硬件設計中，圖像采集方式的設計以及相關設備的選擇是關鍵環(huán)節(jié)。

2.2.1采集方式。本次設計的考勤系統(tǒng)采用的是人臉識別技術，而圖像采集則是人臉識別的重點，采集到圖像質量優(yōu)劣，對識別的準確率具有直接影響。為最大限度地降低考勤過程對教學工作的影響，可根據教室的規(guī)格對攝像頭進行布設，要求攝像頭能夠覆蓋整個學生區(qū)域，一般的教室布設兩個攝像頭即可，特殊教室可以適當增加。學生進入教室坐好之后，攝像頭會自動進行拍攝，從而完成圖像采集。

2.2.2選擇采集設備。由于攝像頭需要對圖像進行自動采集，并且還要將采集達到的圖像經網絡傳輸給服務器，因此，必須確保所選的攝像頭具有較高的像素，能夠拍攝到足夠清晰的圖像，基于這一前提所選的攝像頭至少要有1300萬以上的像素;因教室考勤系統(tǒng)要保持長時間的工作，所以攝像頭也必須要連續(xù)運行，可用于人臉識別的時間為整堂課，且每個學生只需要成功識別一次即可。故此，選擇的攝像頭并不需要過高的幀率，基本上10FPS即可。

2.3功能模塊設計

在整個系統(tǒng)設計中，功能模塊的設計是重中之重，具體包括圖像采集模塊、標識模塊以及考勤模塊。

2.3.1圖像采集模塊的設計。為確保采集到的圖像質量能夠滿足人臉識別的需要，可對圖像進行預處理，具體包括均衡化和平滑處理，經過處理之后的圖像對比度可以顯著提高，圖像噪聲也能得到有效抑制，為人臉識別的準確率提供了保障。圖像采集模塊具有人臉提取功能，主要是通過人臉識別器來實現(xiàn)，采用的是輪詢機制進行定時檢測。

2.3.2標識模塊的設計。該模塊的主要作用是對人臉信息進行標識，經標識后的人臉信息可以被訓練成特征庫。通過標識模塊的設計，能夠建立待考勤學生的人臉特征庫，當學生擁有人臉識別信息之后，智能教室考勤系統(tǒng)便可按照該信息完成識別。

2.3.3考勤模塊的設計。該模塊由兩個部分組成，即學生身份信息識別和教室考勤。其中學生身份信息識別是整個考勤系統(tǒng)的核心部分，當系統(tǒng)載人人臉特征庫之后，會將待識別的人臉與特征庫存儲的人臉信息進行對比，此時系統(tǒng)會自行判斷是否為同一個人，若是成功識別，則可獲得與該人臉對應的標識信息，即學生的學號，從而完成識別過程。而成功識別的結果，會被自動更新至考勤表當中，識別成功的學生會在考勤表中被標識為“已到”，未能成功識別的學生則會在考勤表中顯示“未到”。同時，考勤系統(tǒng)會按照課程的時間，自動終止考勤，并生成考勤結果。

2.4系統(tǒng)的關鍵技術

本次設計開發(fā)的智能教室考勤系統(tǒng)，采用的是人臉識別技術，該技術包含檢測與識別兩個方面。考勤系統(tǒng)可以利用訓練好的分類器完成人臉檢測，系統(tǒng)通過對分類器中人臉的信息進行調用，可以實現(xiàn)人臉的檢測功能。在對人臉進行檢測的過程中，由于彩色圖像會影響檢測結果，所以需要對圖像進行灰度化處理。同時，攝像頭在采集圖像時，教室內學生基本上處于無意識狀態(tài)，也就是說并不能保證學生每次都是正臉面對攝像頭，這樣可能會導致準確率降低，所以需要通過幾何校正的方法，對圖像進行校正。除此之外，拍攝到的圖像中，人臉的大小也存在不一致的情況。因此，需要通過大小校正，來完成規(guī)整化的人臉收集。

3結論

綜上所述，為解決傳統(tǒng)考勤方式存在的弊端，依托先進的人臉識別技術，設計開發(fā)了智能教室考勤系統(tǒng)。該系統(tǒng)在考勤過程無需學生或教師的干預，不會影響教學工作的進行，可以滿足教室考勤需要。經測試，該系統(tǒng)的運行穩(wěn)定可靠，識別率能夠達到99%以上，具有良好的推廣使用價值。

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