基于數(shù)字圖像處理的課堂考勤系統(tǒng)研究

徐光明 翟鋒霖

摘要：高校課堂考勤一直是學(xué)生管理的難題。本文提出了基于校園無線網(wǎng)絡(luò)的B/S模式，手機拍照上傳考勤照片，請假資料，并選擇請假理由等，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)進行圖像分析，人臉檢測識別，自動進行考勤的系統(tǒng)架構(gòu)，通過局域限制訪問，一定程度保證個人生物信息安全，代考勤，網(wǎng)絡(luò)通信不暢等問題，改善了高校自動考勤的難題。

關(guān)鍵詞：考勤;數(shù)字圖像處理;B/S;人臉識別;Python;深度學(xué)習(xí)

中圖分類號：TP391.41 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）12-0141-02

0 引言

高等學(xué)?？记谝恢笔菍W(xué)生管理，教學(xué)質(zhì)量保證的主要工作之一。雖然有各種規(guī)定，但是仍有同學(xué)故意缺勤?？记谝渤蔀槿握n教師的重要任務(wù)。隨著計算機相關(guān)硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，智慧校園建設(shè)在高校中已經(jīng)展開建設(shè)。課堂考勤作為智慧校園的一部分，利用人工智能，互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)無感考勤，可以提高管理水平，促進教學(xué)質(zhì)量提高，讓教師專注教學(xué)，又可以各部門及時掌控學(xué)生出勤情況，做出管理制度調(diào)整，進行公平公正的全面考核。

1 高校課堂考勤管理的現(xiàn)狀與分析

學(xué)生考勤制約著高校學(xué)風(fēng)建設(shè)的健康發(fā)展，是保障高校正常教學(xué)秩序的重要舉措，也是體現(xiàn)學(xué)生個體的組織性和紀律性，彰顯學(xué)校學(xué)風(fēng)、校風(fēng)的一面旗幟。

1.1 研究現(xiàn)狀

文獻[1]使用企業(yè)微信，利用第三方應(yīng)用進行考勤，需要導(dǎo)入學(xué)生基本信息，設(shè)置詳細參數(shù)。另外，該微信考勤方式對手機定位準確度及網(wǎng)絡(luò)信號強度有較大依賴性，人數(shù)超過適用范圍，需要不菲的費用，并且材料保存在第三方，安全性方面需要考慮。文獻[2]設(shè)計移動應(yīng)用軟件（APP）讓學(xué)生安裝，實現(xiàn)考勤打卡，請假，信息推送服務(wù)，可以實現(xiàn)時時考勤，但是必須針對不同系統(tǒng)進行應(yīng)用開發(fā)及維護，每位同學(xué)安裝APP，存在限制和代考勤。也有課前大合影課后大合影方式考勤，雖然可以解決考勤問題，也帶來各類不便，如文獻[3][4]。

1.2 目前考勤方式及產(chǎn)品

目前市場上考勤設(shè)備有指紋，專用人臉識別考勤系統(tǒng)，手機app考勤等，雖具有強大功能，但存在購買設(shè)備及維護費用高，無法考勤（如指紋損壞，手機信號不好等）等現(xiàn)象。

1.3 B/S模式應(yīng)用分析

B/S模式是一種輕客戶端的系統(tǒng)開發(fā)模式?？记谙到y(tǒng)把學(xué)生考勤圖像信息采集，個人請假證明采集在客戶端進行，人臉檢測和識別，考情記錄等大量的數(shù)據(jù)處理在服務(wù)器端進行，可以在保護數(shù)據(jù)安全的情況下，進行及時的數(shù)據(jù)處理，完成考勤信息登記和公布，是一種較APP，指紋打卡，人臉識別專用設(shè)備更方便，經(jīng)濟的考勤方式。

1.4 安全性

隨著4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，5G技術(shù)的推廣，數(shù)據(jù)安全備受關(guān)注。并且個人生物信息采集是目前非常敏感的隱私安全保護內(nèi)容。應(yīng)避免個人信息過度采集。針對學(xué)?？记橄到y(tǒng)信息使用應(yīng)該制定相應(yīng)的保護使用條例，規(guī)范數(shù)據(jù)采集使用。使用學(xué)校覆蓋的無線局域網(wǎng)，可以限定用戶訪問地址，防止校外虛假考勤。保護學(xué)生圖片數(shù)據(jù)和個人信息數(shù)據(jù)安全。

1.5 可行性

目前智能機普及率幾乎是百分百。學(xué)校無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋所有區(qū)域為考勤系統(tǒng)提供了硬件和網(wǎng)絡(luò)通信支持。

手機掃碼登錄網(wǎng)站進行拍照，上傳請假證明，只需要學(xué)校配置服務(wù)器，設(shè)計考勤系統(tǒng)，減少了購買考勤硬件，硬件設(shè)備維護等費用。降低了考勤系統(tǒng)開發(fā)成本。并且可以作為自動化辦公系統(tǒng)的擴展功能，實現(xiàn)考勤數(shù)據(jù)匯總公布預(yù)警的功能擴展。作為智慧校園建設(shè)的一部分，為學(xué)校智慧校園建設(shè)服務(wù)。

2 考勤系統(tǒng)設(shè)計

2.1 功能模塊設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)功能，考勤系統(tǒng)劃分為：管理模塊包括系統(tǒng)管理員模塊和教師端管理模塊，實現(xiàn)考勤基本資料導(dǎo)入，瀏覽考勤信息，動態(tài)二維碼生成，管理員管理等功能;學(xué)生考勤信息登記模塊包括人臉拍照，請假事由選擇和請假材料拍照;人臉檢測和識別模塊包括人臉檢測和人臉識別，實現(xiàn)學(xué)生信息人臉信息處理;場景識別模塊實現(xiàn)學(xué)生自拍照場景識別，實現(xiàn)偽造考勤控制;考勤登記管理模塊包括全勤登記，請假登記，實現(xiàn)登記人臉識別結(jié)果和請假材料登記功能。具體設(shè)計如圖1所示。

2.2 學(xué)生圖像數(shù)據(jù)獲取

由于學(xué)生上課地點固定，人數(shù)固定，因此采集學(xué)生人臉生物信息進行訓(xùn)練只需要在第一次上課時，由學(xué)生連接學(xué)校無線網(wǎng)絡(luò)掃碼登錄考勤網(wǎng)站，手機拍攝有正面，轉(zhuǎn)頭，抬頭，低頭等視頻，錄入個人學(xué)號姓名信息與教師導(dǎo)入的信息進行匹配，訓(xùn)練后記錄驗證碼，刪除個人驗證視頻信息（保證信息安全）即可。

2.3 教室場景采集和訓(xùn)練

由于學(xué)校教室類型多有：階梯教室，多媒體教室，語音室，口語室，繪畫室，計算機實驗室。類型多樣，需要管理部門提前獲取教室類型視頻資料，進行訓(xùn)練，以便在學(xué)生自拍圖片中匹配教室。防止偽造考勤的情況出現(xiàn)。

2.4 系統(tǒng)實現(xiàn)

本文使用Python，TensorFlow，dlib進行建模，訓(xùn)練，檢測，信息記錄。使用HTML5，Node.js實現(xiàn)視頻和圖像拍攝并上傳保存到指定位置。數(shù)據(jù)管理使用MySQL。大部分采用開源，免費資源實現(xiàn)，最大限度降低系統(tǒng)建設(shè)費用。

系統(tǒng)需要主要解決的問題有：

（1）用戶端調(diào)用設(shè)備攝像頭實現(xiàn)拍照;（2）調(diào)用用戶端攝像頭拍攝低分辨率（112*112），低幀頻（12-15幀/秒）視頻;（3）用戶瀏覽器訪問系統(tǒng)影響;（4）圖片，視頻傳輸服務(wù)器技術(shù);（5）人臉檢測和識別訓(xùn)練模型搭建技術(shù)。

系統(tǒng)用戶運行環(huán)境多種多樣，雖然使用B/S模式開發(fā)，但是還需要限定用戶使用瀏覽器，目前支持Chrome核心的瀏覽器，可以保障系統(tǒng)安全流暢運行。

3 結(jié)語

高效考勤是保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段，但是不是唯一手段，還需要提高教學(xué)質(zhì)量，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，用專業(yè)知識吸引學(xué)生，提高全勤率。考勤系統(tǒng)只是一種手段。在降低教師考勤任務(wù)強度的同時，為學(xué)校智慧校園建設(shè)服務(wù)。高?？记谙到y(tǒng)一直是學(xué)校教學(xué)管理的重點工作，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，考勤系統(tǒng)會更智能化，人性化，為高校管理工作帶了便利。

參考文獻

[1] 李湘勤，黃晨華，門戈陽.微信考勤管理系統(tǒng)在高校課堂中的應(yīng)用——以韶關(guān)學(xué)院為例[J].教育教學(xué)論壇，2018（17）：8-11.

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[3] 吳美香，鄧園園，裴楓華，等.基于人臉識別的移動課堂考勤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件，2018，39（01）：5-8.

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Study on Class Attendance System based with Digital Image Processing

XU Guang-ming，zhai feng-lin

（Guangdong Peizheng College， Guangzhou? Guangdong? 510830）

Abstract：College classroom attendance management has always been a difficult problem.Based on campus wireless network，this paper proposed attendance system with a B/S model，students take and upload attendance photos and with mobile phone，absence permission，and meantime select the leave options and so on.The system analyse images with digital image processing technology，detect and recognize the face，and? finally record the attendance information automatically. By restricting access，the security of personal biological information can be guaranteed to some extent， and solve the problems of attendance checking and network communication.

Key words：checking;digital image processing;B/S;face recognition;Python;deep learning