閆璽峰

摘要：文章從智能教室考勤系統(tǒng)的功能需求及設(shè)計(jì)原則分析入手，基于先進(jìn)的人臉識(shí)別技術(shù)，對(duì)智能教室考勤系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。期望通過本文的研究能夠?qū)W(xué)?？记诠ぷ魉降奶嵘兴鶐椭?。

關(guān)鍵詞：智能教室考勤系統(tǒng)人臉識(shí)別技術(shù)

傳統(tǒng)的考勤模式是以教師點(diǎn)名和學(xué)生簽到為主，由此形成的考勤數(shù)據(jù)很難實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，不利于統(tǒng)計(jì)歸檔，也不利于大數(shù)據(jù)管理目標(biāo)的實(shí)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(xué)生的實(shí)際出勤率。為了解決這一問題，很多學(xué)校采用了電子化考勤，即學(xué)生以刷卡的方式進(jìn)行簽到，但也存在代簽和學(xué)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(xué)管理效率。借此，下面依托先進(jìn)的人臉識(shí)別技術(shù)，對(duì)智能教室考勤系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1智能教室考勤系統(tǒng)的功能需求及設(shè)計(jì)原則

1.1功能需求

本次設(shè)計(jì)開發(fā)的考勤系統(tǒng)除了要滿足學(xué)校對(duì)學(xué)生考勤的需求之外，還應(yīng)為師生提供便捷的服務(wù)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)考勤系統(tǒng)采用當(dāng)前先進(jìn)的人臉識(shí)別技術(shù)，以學(xué)生的面部特征作為識(shí)別對(duì)象，解決傳統(tǒng)考勤方式存在的各種問題。設(shè)計(jì)的考勤系統(tǒng)要具備友好的考勤方式，以免引起學(xué)生的反感;避免考勤過程對(duì)教學(xué)造成影響;保證考勤過程快速、結(jié)果準(zhǔn)確;識(shí)別率需要達(dá)到99%以上，最大誤差不得超過1%;考勤結(jié)果可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化存儲(chǔ)。

1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

本次設(shè)計(jì)的基于人臉識(shí)別的智能教室考勤系統(tǒng)主要是為了解決學(xué)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(shí)，降低相應(yīng)的管理成本?；谶@一前提，在對(duì)考勤系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循如下幾點(diǎn)原則：

1. 2.1可靠性原則。由于考聘系統(tǒng)的運(yùn)行直接關(guān)系到考勤工作的開展成效，所以需要確保設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)能夠保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定、可靠運(yùn)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(shè)計(jì)開發(fā)的考勤系統(tǒng)將會(huì)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(yīng)當(dāng)保持一致。同時(shí)，系統(tǒng)生成的考勤數(shù)據(jù)，是教師對(duì)學(xué)生出勤率考核的關(guān)鍵指標(biāo)，所以必須保證系統(tǒng)的安全性，避免重要數(shù)據(jù)信息泄露或是被篡改。

1. 2.3實(shí)用性原則。本次設(shè)計(jì)開發(fā)的考勤系統(tǒng)需要在Windows操作系統(tǒng)中運(yùn)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(cuò)誤管理等功能，這樣能夠降低用戶的學(xué)習(xí)成本。

2智能教室考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)

2.1系統(tǒng)總體架構(gòu)

在對(duì)基于人臉識(shí)別技術(shù)的智能教室考勤系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用當(dāng)前較為流行的分層式架構(gòu)體系將整個(gè)系統(tǒng)劃分為四個(gè)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(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行調(diào)用;組件層處于用戶界面層之下，由多個(gè)獨(dú)立的組件構(gòu)成，如圖像采集、人臉識(shí)別、考勤管理等;數(shù)據(jù)庫(kù)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(jù)存儲(chǔ)與管理環(huán)境，可對(duì)考勤數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存;硬件層位于考勤系統(tǒng)的最底部，由相關(guān)的硬件設(shè)備構(gòu)成，如服務(wù)器、攝像頭以及網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備等等。

2.2硬件設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)的考勤系統(tǒng)中，硬件主要是圖像采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備以及服務(wù)器等，其中圖像采集設(shè)備為攝像頭，可以按照實(shí)際情況進(jìn)行選擇;網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備可以直接使用已有的校園網(wǎng)，不需要進(jìn)行重新建設(shè);服務(wù)器既可以選用虛擬服務(wù)器，也可以選擇實(shí)體服務(wù)器。攝像頭會(huì)將采集到的圖像，經(jīng)校園網(wǎng)傳給服務(wù)器，并由服務(wù)器上的考勤模塊來完成學(xué)生的考勤工作。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，圖像采集方式的設(shè)計(jì)以及相關(guān)設(shè)備的選擇是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.2.1采集方式。本次設(shè)計(jì)的考勤系統(tǒng)采用的是人臉識(shí)別技術(shù)，而圖像采集則是人臉識(shí)別的重點(diǎn)，采集到圖像質(zhì)量?jī)?yōu)劣，對(duì)識(shí)別的準(zhǔn)確率具有直接影響。為最大限度地降低考勤過程對(duì)教學(xué)工作的影響，可根據(jù)教室的規(guī)格對(duì)攝像頭進(jìn)行布設(shè)，要求攝像頭能夠覆蓋整個(gè)學(xué)生區(qū)域，一般的教室布設(shè)兩個(gè)攝像頭即可，特殊教室可以適當(dāng)增加。學(xué)生進(jìn)入教室坐好之后，攝像頭會(huì)自動(dòng)進(jìn)行拍攝，從而完成圖像采集。

2.2.2選擇采集設(shè)備。由于攝像頭需要對(duì)圖像進(jìn)行自動(dòng)采集，并且還要將采集達(dá)到的圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸給服務(wù)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(zhǎng)時(shí)間的工作，所以攝像頭也必須要連續(xù)運(yùn)行，可用于人臉識(shí)別的時(shí)間為整堂課，且每個(gè)學(xué)生只需要成功識(shí)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(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，功能模塊的設(shè)計(jì)是重中之重，具體包括圖像采集模塊、標(biāo)識(shí)模塊以及考勤模塊。

2.3.1圖像采集模塊的設(shè)計(jì)。為確保采集到的圖像質(zhì)量能夠滿足人臉識(shí)別的需要，可對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，具體包括均衡化和平滑處理，經(jīng)過處理之后的圖像對(duì)比度可以顯著提高，圖像噪聲也能得到有效抑制，為人臉識(shí)別的準(zhǔn)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(shí)別器來實(shí)現(xiàn)，采用的是輪詢機(jī)制進(jìn)行定時(shí)檢測(cè)。

2.3.2標(biāo)識(shí)模塊的設(shè)計(jì)。該模塊的主要作用是對(duì)人臉信息進(jìn)行標(biāo)識(shí)，經(jīng)標(biāo)識(shí)后的人臉信息可以被訓(xùn)練成特征庫(kù)。通過標(biāo)識(shí)模塊的設(shè)計(jì)，能夠建立待考勤學(xué)生的人臉特征庫(kù)，當(dāng)學(xué)生擁有人臉識(shí)別信息之后，智能教室考勤系統(tǒng)便可按照該信息完成識(shí)別。

2.3.3考勤模塊的設(shè)計(jì)。該模塊由兩個(gè)部分組成，即學(xué)生身份信息識(shí)別和教室考勤。其中學(xué)生身份信息識(shí)別是整個(gè)考勤系統(tǒng)的核心部分，當(dāng)系統(tǒng)載人人臉特征庫(kù)之后，會(huì)將待識(shí)別的人臉與特征庫(kù)存儲(chǔ)的人臉信息進(jìn)行對(duì)比，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自行判斷是否為同一個(gè)人，若是成功識(shí)別，則可獲得與該人臉對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)信息，即學(xué)生的學(xué)號(hào)，從而完成識(shí)別過程。而成功識(shí)別的結(jié)果，會(huì)被自動(dòng)更新至考勤表當(dāng)中，識(shí)別成功的學(xué)生會(huì)在考勤表中被標(biāo)識(shí)為“已到”，未能成功識(shí)別的學(xué)生則會(huì)在考勤表中顯示“未到”。同時(shí)，考勤系統(tǒng)會(huì)按照課程的時(shí)間，自動(dòng)終止考勤，并生成考勤結(jié)果。

2.4系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

本次設(shè)計(jì)開發(fā)的智能教室考勤系統(tǒng)，采用的是人臉識(shí)別技術(shù)，該技術(shù)包含檢測(cè)與識(shí)別兩個(gè)方面?？记谙到y(tǒng)可以利用訓(xùn)練好的分類器完成人臉檢測(cè)，系統(tǒng)通過對(duì)分類器中人臉的信息進(jìn)行調(diào)用，可以實(shí)現(xiàn)人臉的檢測(cè)功能。在對(duì)人臉進(jìn)行檢測(cè)的過程中，由于彩色圖像會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，所以需要對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理。同時(shí)，攝像頭在采集圖像時(shí)，教室內(nèi)學(xué)生基本上處于無意識(shí)狀態(tài)，也就是說并不能保證學(xué)生每次都是正臉面對(duì)攝像頭，這樣可能會(huì)導(dǎo)致準(zhǔn)確率降低，所以需要通過幾何校正的方法，對(duì)圖像進(jìn)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(jié)論

綜上所述，為解決傳統(tǒng)考勤方式存在的弊端，依托先進(jìn)的人臉識(shí)別技術(shù)，設(shè)計(jì)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(xué)生或教師的干預(yù)，不會(huì)影響教學(xué)工作的進(jìn)行，可以滿足教室考勤需要。經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定可靠，識(shí)別率能夠達(dá)到99%以上，具有良好的推廣使用價(jià)值。

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