基于人臉識別的實驗教學管理系統研究與開發

羅婷 沈陽廣播電視大學

引言

出勤率是影響教學活動開展、教學效果的一個重要因素，而部分高校仍采用人工考核方式確認學生出勤率，即：教學過程中教師依據名單進行點名。然而此種方式主要存在可能冒名頂替上課、退補選課可能導致班級名單變化、點名耗費時間較多等。為避免這些問題、保證教學效果，高校嘗試利用人臉識別技術研發實驗教學管理系統。

1 基于人臉識別的實驗教學管理系統研究與開發

1.1 基于人臉識別的實驗教學管理系統的設計

1.1 .1 系統設計

(1）系統構架設計

現階段，應用程序設計中大多采用C/S與B/S結構這兩類。

C/S結構即客戶端與服務器端結構。現階段，采用此種結構的應用軟件數量較多。此結構可充分發揮客戶端、服務器端的優勢，保證任務分配的合理性，且對降低通訊壓力有效。基于C/S結構的軟件，客戶端可獨立完成任務處理工作，處理完畢后將結果輸入服務器，這對降低服務器壓力有利。但是，此結果的維護成本較高，對系統依賴性較高。

B/S結構即瀏覽器與服務器結構。此結構是由C/S結構發展而來的。利用此B/S結構需利用網絡與服務器連接起來，并完成事務的處理。B/S結構客戶端工作壓力較低、維護成本也比較低，但是其運行速度受網速影響較大。

1.1 .2 總功能模塊

依據實驗教學管理系統工作要求、用戶，可將此系統功能模塊分為以下幾個：

(1）人臉驗證模塊。此模塊的主要功能是檢測、識別人臉。

(2）管理員模塊。此模塊主要功能是維護管理系統、管理用戶、管理實驗數據等。

(3）教師模塊。此模塊的主要功能是管理實驗數據、維護個人信息、管理學生人臉信息等。

(4）學生模塊。此模塊的主要功能是管理個人實驗數據、管理個人信息等。

1.1 .3 功能模塊設計

(1）人臉驗證模塊設計

此系統中人臉驗證模塊是由人臉檢測、圖像預處理、人臉識別這三個部分組成的。第一，人臉檢測。系統將自動檢測采集的圖像中是否包含人臉。第二，圖像預處理。系統為保證可迅速識別圖像中的人臉，應對圖像進行合理樹立。第三，人臉識別。系統將提取人臉圖像中的特點，對數據庫中的信息進行分析，確定用戶身份。

(2）管理員模塊設計

管理員模塊是由以下功能模塊組成的：第一，實驗數據管理。教師可利用此模塊增加、刪除、更改、查看實驗數據，了解實驗課程進行情況，總結實驗狀況等。第二，用戶信息管理。管理員將管理所有用戶的信息，比如：增加用戶、刪除用戶、設置用戶權限等。另外，也可查看、拍攝用戶人臉圖像。第三，個人信息管理。通過此模塊，可實現個人信息的維護及管理功能。第四，課程信息管理。通過此模塊，可了解教師的課程信息、相關公告。

(3）教師操作模塊

此模塊主要由以下模塊構成：第一，實驗數據管理。教師可增加、刪除、更改、查看學生的試驗數據，了解實驗課程開展情況，審核試驗報告等。第二，用戶信息管理。教師可管理學生的個人信息，查看、拍攝學生人臉圖像。第三，個人信息管理。教師可通過此功能管理自己的個人信息。第四，課程信息管理。教師可通過此功能管理自己的課程信息、發布或更改公告。

(4）學生操作模塊

此模塊主要由以下功能模塊構成：第一，實驗數據管理。學生可通過此功能查詢、提交、刪除自己的實驗報告，同時可查看自己的實驗成績。第二，個人信息管理。學生可通過此功能管理、維護自己的信息。第三，課程信息管理。學生可通過此功能了解教師安排的實驗任務、發布的公告。

1.2 數據庫設計

軟件設計、軟件運行的基礎是數據庫設計，因而為保證軟件可正常、穩定運行需合理規劃數據庫。因而為保證實驗教學管理系統可正常運行，應建立數據庫模型，以保證數據可存儲、管理。

1.2 .1 概念結構設計

通過部分特殊綜合方式，總結功能需求并形成一個獨立的概念模型即概念結構設計。采用此種方式，研究人員將重視信息的組織結構。實驗教學管理系統設計過程中，將依據E_R模型圖進行數據庫設計。為保證實驗教學管理系統可穩定運行，對其進行了以下設計：

(1）管理員。其主要涉及賬號、姓名、登錄密碼等。

(2）教師。其主要涉及教師工號、教師姓名、教師登錄密碼、教師性別等。

(3）學生。其主要涉及學生學號、學生姓名、學生登錄密碼、學生班級等。

(4）實驗任務。其主要涉及實驗題目、實驗要求等。

(5）實驗報告。其主要涉及實驗報告題目、實驗報告分數、實驗課任課教師等。

(6）公告。其主要涉及公告標題、公告內容、公告發布時間等。

1.2 .2 邏輯結構設計

設計人員在明確實驗教學管理系統數據庫概念結構之后，應將其轉變為邏輯結構，進而完成數據庫的設計工作。

1.2 .3 數據表設計

設計人員在明確系統實體之后，應進行下一步設計工作。為保證數據可快速、順利處理，應設置數據表。數據表中同一列的數據屬于同一類型，行則表示一條記錄。實驗教學管理系統中，數據可表主要包含以下幾類：管理員表、教師表、學生表、課程表、實驗任務表、實驗報告表、公告表。通過這些表格存儲、管理相關信息。

2 基于人臉識別的實驗教學管理系統的實現

此系統的實現需要人臉驗證模塊、用戶登錄模塊、教師操作模塊、學生操作模塊、管理員操作模塊的支持。

(1）人臉驗證模塊實現。此模塊是由人臉驗證、圖像預處理、人臉識別這幾個部分組成。基于Adaboost算法、圖像預處理技術、主成分分析算法可實現人臉驗證功能。

(2）用戶登錄模塊實現。用戶將通過統一界面登錄系統，用戶輸入自己的用戶名、密碼，經過驗證用戶名、密碼、人臉，才可進入系統界面。

(3）教師操作模塊實現。教師在經過上述驗證方式后，順利進行教師操作系統，其主要包含報告管理、個人信息管理、學生管理、課程信息幾個菜單。每個菜單均有其各自功能，教師可依據自己的需求點擊不同菜單完成后續操作。

(4）學生操作模塊實現。學生在經過一系列驗證之后，將登陸學生操作系統。此系統主要包含報告管理、個人信息管理、課程信息幾個菜單。學生可依據自己的需要點擊不同菜單，依據提示進行后續操作。

(5）管理員操作模塊實現。管理員通過用驗證用戶名、密碼、人臉之后登錄管理員系統。此系統擁有報告管理、個人信息管理、用戶管理、課程信息幾個菜單。管理員可依據工作要求，點擊不同菜單。

目前，此系統已在某高校進行試運行，且本系統可滿足學校對實驗室教學管理系統的要求。系統操作方式簡單、安全性較高，可滿足用戶要求。

3 結語

基于人臉識別技術的實驗教學管理系統，對推動教育事業穩定發展、提高教學效果具有重要意義。此管理系統可實時識別實驗室人員出入時間，提高高校教務管理效率及管理質量。同時，此管理系統的應用可降低實驗室管理難度，提高實驗室管理效率、實驗設備使用率，且對提高實驗室管理工作智能化水平具有重要意義。