多人臉識別在高校學生考勤中的應用研究

李小麗

(泉州經貿職業技術學院 信息技術系，福建 泉州362000)

如何有效對學生考勤情況進行統計是所有高等院校的一項重要教學管理工作，考勤工作能有效地從時間和空間上約束學生，保證其參與到學校安排的各項教育教學活動。高校最重要的工作是教學工作，其最基本、最重要的途徑之一就是課堂教學的展開，因此，加強對高校學生上課出勤的管理，已成為高校教學與管理迫切需要解決的一個重要問題[1]。

在我國大多數高校中，主要采用的學生考勤方式有以下幾種[2]：通過上課教師上課點名的方式進行；通過教學管理部門抽查學生出勤情況；通過學生干部進行出勤跟蹤點名。這幾種考勤方式存在的主要問題如下：教師人工點名，會占用正常教學時間，影響教學進度，如進行抽點，常有替點現象出現；教學管理部門按班級抽查學生出勤情況，一是可能無法每天堅持，二是對上課教師課堂教學造成影響，打斷學生聽課，同時也加大了管理層的工作任務，實施難度較大；由于高校通常將班級出勤率與班級及個人評優掛鉤，學生干部對自己班級進行點名可能有人為因素存在。目前，考勤系統的考勤方式主要有刷卡考勤，指紋考勤與人臉識別考勤。刷卡考勤如用于高校，則要求每一位高校學生帶卡上課，但這種方式明顯不適合學生，一方面人數多，另一方面代打卡的情況無法避免，同時卡片不易保存易丟失。指紋考勤識別結果受紋路清晰問題影響，季節變化對皮膚的影響，手指磨損的影響較大，高校學生人數多，在短時間內排隊進行多人指紋識別考勤所需考勤時間過長同樣不適用。單人臉識別考勤方式較前兩種方式有所提高，但學生排隊使用考勤機進行人臉識別同樣會受室外光線，面容姿態，身高等因素影響，同樣所消耗時間也過長[3]。

如何能有效對針對高校考勤的特點，對學生出勤率進行準確統計避免目前存在的各種問題迫在眉睫，同時這也是保障高校教學工作及其他相關工作順利進行的重要前提。

1 系統簡介

采用人臉識別考勤方法,其突出特點就是既克服了刷卡類考勤機的代打卡弊端，又因為其非接觸式的考勤方式避免了指紋類考勤機指紋采集設備磨損需更換的弱點[4]。

引入視頻監控與多人臉識別技術，通過采用膚色信息檢測視頻監控圖像中的人臉，進行人臉定位后提取圖像中全部人臉特征信息與預先采集的學生人臉圖像進行比對，構建高校學生自動考勤系統。由于在人臉識別過程中，采用膚色檢測快速進行人臉定位，其速度將大大提高，同時配合流形學習算法與SVM分類器進行多人臉識別，其識別率也將大大提高，本項目通過對采用流形學習算法的研究與改進，其準確率有望達到99%[5]。與傳統考勤方式相比，由于人臉定位完以后，提取人臉特征根據定位的特征點，擴展其特征區域，主要選定眉毛，眼睛，鼻子，嘴巴特征進行識別，因此存儲人臉特征的數據量相對少很多，故識別比對過程中所用時間也將大大縮短，完全滿足實際應用中對識別時間的要求。原理如圖1所示。

該系統在人臉認別考勤整個過程中無需人工干預，不影響教師教學與學生聽課，節省了相關管理人員的時間與精力。該系統可設置自動考勤時間，在考勤時間到時，自動提交考勤報表到相關部門，實現完全無人工操作考勤，其得出的學生出勤數據，對高校其它工作的開展提供了有效的保障，使學生能從這種考勤方式中大大受益[6]。

圖1 系統原理圖

2 系統組成

多人臉高校識別考勤系統以高校需求為導向，針對高校考勤管理業務進行計算機管理開發的考勤管理系統。通過對高校學生考勤的需求分析，系統采用B/S模式，將網站分成3個層次：數據庫、應用程序邏輯層、客戶端（包括手機端）進行設計。系統架構如圖2所示：

圖2 系統架構圖

3 系統功能模塊設計

系統主要實現了多臺考勤機遠距離與PC軟件通訊連接，考勤機與攝像頭相連接，自動捕獲上課教室中人臉數據，進行相關后臺數據計算，考勤機自動進行考勤數據定時下載，自動上傳，系統查詢，考勤匯總與計算等功能，同時系統功能的備份功能保證了數據不會丟失，可及時更新恢復。具體功能模塊有：班級管理、考勤規則設置、修改密碼、記錄處理與報表以及下載、考勤記錄查詢、自動上傳考勤結果、備份及還原數據庫。

系統的管理人員可以查看相關班級及個人的出勤情況，包括遲到、早退、曠課；可查看并審核學生的請假情況。

相關班級的學習委員可在系統中自助添加各種請假等情況；學習委員可單個或批量登記一天或半天及相關時間段的請假情況，能顯示每位同學上下課時間等出勤情況。系統的功能模塊如圖3所示：

班級管理：模塊主要功能中包括班級基本信息的建立，主要是專業、班級、課表等設置。當相關管理人員進入系統后，可進行多方式查詢，并提供導出主流報表文檔格式的功能。

圖3 系統功能模塊圖

規則管理：本模塊主要用于設置考勤規則的管理。相關管理類用戶人員可就學生請假情況進行審核與批準。

權限管理：本系統模塊采用分角色賦權限的方式對所有用戶進行管理，方便用戶本身的管理與角色權限的管理。權限主要分為三大類，普通用戶的瀏覽查看定制信息功能，一般管理員的部分管理功能，高級管理用戶的系統管理功能。

報表管理：在此功能中，提供對相關班級及學生請假情況的統計查詢打印，可根據查詢條件檢索班級在一段時間內的出勤情況，這些內容可以為以后進行班級考核提供依據。

消息管理：系統和用戶進行交流過程中，通過消息機制來實現，為保證系統傳遞消息的可靠性、高效性、穩定性、實時性，系統對消息的管理同樣按用戶角色分類機制進行。為了防止消息發送后，用戶遺漏閱讀消息，將對是否閱讀進行標記，對未閱讀消息，將采用手機短信形式進行再次推送。同時相關用戶可以根據各自權限定制相關班級出勤情況消息。

備份管理：保存考勤時間、地點、照片，以備后期查證及有爭議時進行使用。

4 App手機端設計

手機是目前人們日常生活中必不可少的移動端，手機APP的開發勢在必行，這可以滿足客戶隨時隨地實時接受消息，查看考勤信息的需求。為保證界面一致性，手機APP端的主要功能與PC系統端保持一致，主要功能模塊如圖3所示。手機APP端與系統服務器端的通信方式采用JSON數據封裝,利用HTTP請求，將消息傳送給手機客戶端。

5 結語

本文引入視頻監控與多人臉識別技術，通過采用膚色信息檢測視頻監控圖像中的人臉，進行人臉定位后提取圖像中全部人臉特征信息與預先采集的學生人臉圖像進行比對，構建高校學生自動考勤系統。在該學生考勤系統中，可設置自動考勤時間，在考勤時間到時，自動提交考勤報表到相關部門，實現完全無人工操作考勤，其得出的學生出勤數據，對高校其它工作的開展提供了有效的保障，使學校與學生都能從這種考勤方式中大大受益。