張正旺

【摘 要】傳統(tǒng)考勤系統(tǒng)耗時(shí)耗力，且易出代考勤現(xiàn)象?；谌四樧R(shí)別的課堂自動(dòng)考勤系統(tǒng)借助深度學(xué)習(xí)技術(shù)和有攝像頭的計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)考勤，依據(jù)人臉自動(dòng)生成標(biāo)記好的考勤表，既省時(shí)又省力，并可有效防范代課現(xiàn)象。

【關(guān)鍵詞】人臉識(shí)別;深度學(xué)習(xí);自動(dòng)考勤系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TP183 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）27-0017-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.007

0 引言

出勤率是實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)預(yù)期效果的基礎(chǔ)和前提，學(xué)生末出席，教學(xué)效果自然無從談起。對(duì)大多數(shù)教師而言，考勤是保證學(xué)生出勤率的一種必要手段。傳統(tǒng)的考勤方法是教師借用上課時(shí)間一一點(diǎn)名，并對(duì)出席或缺勤的在考勤表上作出標(biāo)記，這種方法既耗時(shí)耗力，又效果不佳。一些學(xué)生為了應(yīng)付老師點(diǎn)名，甚至?xí)ㄥX請(qǐng)人代課，部分高校內(nèi)還出現(xiàn)了專門的有償代課簇。由于學(xué)生人數(shù)眾多，教師一般無法準(zhǔn)確識(shí)別代課學(xué)生，對(duì)于代課這種現(xiàn)象，課堂點(diǎn)名方式有點(diǎn)束手無策。隨著深度學(xué)習(xí)等計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，人臉識(shí)別的準(zhǔn)確率大大提高，其實(shí)現(xiàn)成本也大為降低，借助人臉識(shí)別進(jìn)行課堂考勤，可有效防止代課現(xiàn)象。為了減少課堂點(diǎn)名時(shí)間，提高考勤效果，作者開發(fā)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于人臉識(shí)別的課堂自動(dòng)考勤系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)框架

如圖1所示，基于人臉識(shí)別的課堂自動(dòng)考勤系統(tǒng)的由三大模塊構(gòu)成：照片采集模塊、人臉識(shí)別模塊與考勤記錄模塊。照片采集模塊負(fù)責(zé)采集學(xué)生的人臉信息;人臉識(shí)別模塊將攝像頭當(dāng)前捕捉到的人像與數(shù)據(jù)庫(kù)中的人臉進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別出學(xué)生姓名;考勤記錄模塊實(shí)現(xiàn)讀取與自動(dòng)記錄考勤表（EXCEL表格）。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

系統(tǒng)所采用的編程語言為Python。Python是一種強(qiáng)大的、面向?qū)ο蟮母呒?jí)程序設(shè)計(jì)語言，由于它的簡(jiǎn)潔和穩(wěn)健性，被廣泛應(yīng)用于軟件開發(fā)、網(wǎng)頁開發(fā)、數(shù)據(jù)科學(xué)等方面，在IEEE于2017年與2018年發(fā)布的編程語言排行榜上，連續(xù)兩年高居榜首[1]。如圖1所示，照片采集模塊采用Python接口的OpenCV計(jì)算機(jī)視覺庫(kù);人臉識(shí)別模塊需要用OpenCV、dlib、face recognition等Python庫(kù)，dlib庫(kù)[2]提供了非常優(yōu)秀的人臉檢測(cè)與人臉識(shí)別算法，face recognition是一個(gè)基于dlib的深度學(xué)習(xí)人臉識(shí)別庫(kù)，其號(hào)稱為全球最簡(jiǎn)單的Pyhton人臉識(shí)別API，使用該庫(kù)可以輕易且準(zhǔn)確地識(shí)別出各種人臉;考勤記錄模塊利用Openyxl庫(kù)實(shí)現(xiàn)。所需硬件為帶內(nèi)置或外置攝像頭的計(jì)算機(jī)。

2.2 實(shí)現(xiàn)過程

從學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)下載EXCEL格式的考勤表，以班級(jí)名稱命名，保存在以班級(jí)名稱命名的目錄下。自動(dòng)考勤系統(tǒng)首先利用Openyxl庫(kù)的load_workbook函數(shù)載入考勤表，讀取班級(jí)學(xué)生名單，班級(jí)名稱與當(dāng)前考勤次數(shù)由教師手工輸入。首次上課時(shí)，要求學(xué)生面對(duì)攝像頭進(jìn)行人臉圖像采集，使用Opencv庫(kù)中的VideoCapture函數(shù)實(shí)時(shí)捕捉攝像頭，將捕獲的圖像幀以學(xué)生名稱命名并保存到當(dāng)前班級(jí)目錄，保存格式為jpg或png。采集好學(xué)生人臉信息后，系統(tǒng)即可正式開始自動(dòng)考勤。上課前要求學(xué)生經(jīng)過攝像頭，系統(tǒng)讀取到人像信息后，調(diào)用face recognition庫(kù)中的face_locations函數(shù)識(shí)別當(dāng)前圖像中的人臉，并使用該庫(kù)中的face_encodings函數(shù)對(duì)識(shí)別出的人臉編碼，然后調(diào)用compare_faces函數(shù)將識(shí)別出人臉編碼與采集到的人臉編碼進(jìn)行對(duì)比，判斷當(dāng)前人臉是否為班級(jí)中的某位學(xué)生，如是班上學(xué)生，在視頻上提示學(xué)生名稱，利用Openyxl庫(kù)標(biāo)記考勤表并保存，如與采集的人臉信息都對(duì)不上，則提示“您非本班學(xué)生或尚未采集照片，如需采集照片請(qǐng)按鍵盤上的X”。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

實(shí)例所采用操作系統(tǒng)為Ubuntu（Python為跨操作系統(tǒng)的編程語言，因此本系統(tǒng)在其他的操作系統(tǒng)下亦可無縫應(yīng)用），考勤系統(tǒng)的源代碼文件為autoattendence.py。假設(shè)被考勤班級(jí)名稱為1811，則下載的考勤表應(yīng)命名為1811.xlsx。首先建立一個(gè)名為autoattendence的目錄 ，將1811.xlsx和autoattendence.py置于該目錄下。在終端進(jìn)入這個(gè)目錄并輸入命令;python autoattendence.py運(yùn)行自動(dòng)考勤系統(tǒng)?？记谶^程如圖2所示，最終得到的考勤表如圖3所示，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)出現(xiàn)在攝像頭前的學(xué)生在考勤表中用大寫的“O”作出標(biāo)識(shí)。

4 結(jié)論

基于人臉識(shí)別的課堂自動(dòng)考勤系統(tǒng)在設(shè)置好一些考勤信息后，無需人工干預(yù)，學(xué)生只需上課前經(jīng)過攝像頭，即可自動(dòng)完成考勤工作并生成標(biāo)記好的考勤表。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的考勤系統(tǒng)相比，省時(shí)省力，并可有效防止代課現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)成本也不高，部署容易，人臉識(shí)別準(zhǔn)確率高。由于此系統(tǒng)未進(jìn)行“活體”檢測(cè)（判斷人像信息是一個(gè)真正的人還僅僅是一張照片或視頻），手持照片亦可欺騙該系統(tǒng)，即某人拿上班級(jí)上某學(xué)生的照片，也可替該學(xué)生代考勤，但考勤時(shí)任課教師通常在教室，此現(xiàn)象一般難以出現(xiàn)。后續(xù)系統(tǒng)可增加“活體”檢測(cè)模塊，徹底避免代考勤現(xiàn)象。

【參考文獻(xiàn)】

[1]https：//spectrum.ieee.org/static/interactive-the-top-programming-languages-2018.

[2]Davis E. King. Dlib-ml：A Machine Learning Toolkit. Journal of Machine Learning Research，2009，10，1755-1758.