基于SeetaFace2人臉識(shí)別智慧課堂簽到系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王世超 崔洪振 張偉 高靜 傅田

摘? 要：國(guó)家和家長(zhǎng)對(duì)學(xué)生教育的重視以及大學(xué)生數(shù)量的遞增，因此各學(xué)校需要施行更加方便、可靠的教學(xué)措施，來(lái)保證教育質(zhì)量。其中，學(xué)生的課堂考勤是保證教育質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。針對(duì)傳統(tǒng)簽到方式存在的缺點(diǎn)，該文設(shè)計(jì)基于SeetaFace2人臉識(shí)別智慧課堂簽到系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)用SeetaFace2人臉識(shí)別算法進(jìn)行人臉與照片的對(duì)比并得出相似度，通過(guò)比較相似度與閾值，實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別，更好的督促學(xué)生上課，保證簽到結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

關(guān)鍵詞：SeetaFace2;人臉識(shí)別;智慧課堂;簽到系統(tǒng);信息管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273.4? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）20-0001-06

Design and Implementation of Smart Class Sign-in System Based on

SeetaFace2 Face Recognition

WANG Shichao1，CUI Hongzhen1，ZHANG Wei1，GAO Jing1，F(xiàn)U Tian2

（1.School of Information Science and Engineering，Zaozhuang University，Zaozhuang? 277160，China;

2.College of Intelligence and Information Engineering，Shandong University of Traditional Chinese Medicine，Jinan? 250355，China）

Abstract：The state and parents attach importance to student education and the increasing number of college students. Therefore，schools need to implement more convenient and reliable teaching measures to ensure the quality of education. Among them，studentsattendance in class is the key step to ensure the quality of education. In view of the shortcomings of the traditional sign-in method，this paper designs a face recognition smart class sign-in system based on SeetaFace2，through calling the SeetaFace2 face recognition algorithm to compare the face and the photo，and get the similarity，by comparing the similarity and threshold，realize the face recognition，better supervise and urge students to attend class and ensure the accuracy and reliability of check-in results.

Keywords：SeetaFace2;face recognition;smart class;sign-in system;information management

0? 引? 言

目前，高校中存在多種課堂簽到的方式，其中就有課堂點(diǎn)名、打卡點(diǎn)名、指紋識(shí)別簽到等方式，但是這些方式存在著不同的問(wèn)題。課堂點(diǎn)名效率低下，存在代替簽到現(xiàn)象，占用大量課堂時(shí)間;考勤機(jī)打卡點(diǎn)名只認(rèn)卡不認(rèn)人，會(huì)有代替打卡現(xiàn)象;指紋識(shí)別考勤，由于干性皮膚、生理脫皮、指紋破損、假指紋等原因，造成很多人無(wú)法通過(guò)指紋驗(yàn)證和假冒指紋形成虛假考勤[1-4]。人臉考勤運(yùn)用了人體生物特征技術(shù)，不但具有標(biāo)記唯一的特點(diǎn)，而且易于管理，便于統(tǒng)計(jì)，并且準(zhǔn)確度、實(shí)時(shí)性和可操作性都具有一定保證，相對(duì)于傳統(tǒng)考勤方式，具有顯著的優(yōu)勢(shì)[5，6]?；赟eetaFace2人臉識(shí)別簽到系統(tǒng)是由作者設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)的，通過(guò)人臉識(shí)別的方式進(jìn)行考勤簽到的系統(tǒng)，解決了上述考勤方式的不足，實(shí)現(xiàn)了高效快速的課堂簽到工作，減少課堂時(shí)間的浪費(fèi)，提高學(xué)生的出勤率。該系統(tǒng)包括人臉識(shí)別考勤功能和學(xué)生、教師、課程等基本信息的管理功能，基于SeetaFace2算法完成人臉識(shí)別，結(jié)合Servlet、DbUtils、EasyUI、jQuery等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，具有運(yùn)行穩(wěn)定、使用簡(jiǎn)便、操作靈活等特點(diǎn)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試和修改，已經(jīng)處于比較完善的階段并具有投入實(shí)際使用的條件。

1? 系統(tǒng)概述

1.1? 開(kāi)發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)采用如表1所示的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

1.2? 開(kāi)發(fā)技術(shù)說(shuō)明

1.2.1? Ajax技術(shù)

與傳統(tǒng)的應(yīng)用不同，Ajax采用的是一種異步交互的處理方式。它相當(dāng)于在瀏覽器客戶(hù)端與服務(wù)器之間架設(shè)了一個(gè)橋梁、一個(gè)媒介，在它的幫助下可以消除網(wǎng)絡(luò)交互過(guò)程中的處理、等待等缺陷[7]。Ajax異步JavaScript和XML，是一種頁(yè)面與后臺(tái)動(dòng)態(tài)交互的網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)技術(shù)，該技術(shù)使用CSS和HTML、DOM模型、HttpRequest對(duì)象、JavaScript分別完成表示、交互、與服務(wù)器通信以及調(diào)用等工作[8，9]。通過(guò)該技術(shù)可以在不重新加載整個(gè)網(wǎng)頁(yè)的情況下，對(duì)網(wǎng)頁(yè)的某部分內(nèi)容進(jìn)行更新。

1.2.2? SeetaFace2

由中科院計(jì)算所的山世光帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的SeetaFace2人臉識(shí)別引擎是基于C++實(shí)現(xiàn)的，且不依賴(lài)于第三方庫(kù)函數(shù)的人臉識(shí)別系統(tǒng)[10]。其中人臉識(shí)別引擎最主要的模塊分為人臉檢測(cè)，人臉對(duì)齊，人臉特征提取三步[11]，如圖1所示。

人臉檢測(cè)（face detect）：在圖像中定位出人臉的位置，然后裁剪出包含人臉位置的矩形框，并進(jìn)行填充、縮放到指定尺寸，對(duì)人臉圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

人臉對(duì)齊（face alignment）：提取人臉關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，然后使用相似變換或放射變化等變換進(jìn)行人臉對(duì)齊。該步驟目的就是把所有的人臉圖片統(tǒng)一到一個(gè)固定的正臉姿態(tài)和大小，從而提高模型對(duì)人臉姿態(tài)變化的魯棒性。

人臉特征提?。╡xtract feature）：使用深度學(xué)習(xí)等方法提取人臉的特征。

2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1? 需求分析

開(kāi)發(fā)基于SeetaFace2人臉識(shí)別智慧課堂簽到系統(tǒng)的目的是提供一個(gè)供學(xué)生、老師、管理員進(jìn)行課堂簽到、請(qǐng)假、選課以及各種信息管理的平臺(tái)。因此，基于SeetaFace2人臉識(shí)別智慧課堂簽到系統(tǒng)最基本的功能首先是能夠進(jìn)行學(xué)生、教師、課程、班級(jí)、成績(jī)等信息的添加、修改、刪除，最重要的是進(jìn)行人臉識(shí)別簽到，最后是一些擴(kuò)展性的功能如：學(xué)生請(qǐng)假、學(xué)生選課、成績(jī)分析、成績(jī)單的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。而且只有擁有賬號(hào)的用戶(hù)才能登錄該系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的操作。系統(tǒng)功能模塊如圖2所示，系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息流如圖3所示，系統(tǒng)各功能模塊的功能描述如表2所示。

2.2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1? 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)需求及功能要求，本文將系統(tǒng)模塊劃分為管理員端，學(xué)生端，教師端三大部分以及學(xué)生、教師、管理員、班級(jí)、課程、考勤、請(qǐng)假、選課、成績(jī)信息管理和系統(tǒng)管理九大功能模塊，如圖4所示。

2.2.2? 簽到功能設(shè)計(jì)

對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行整體分析，學(xué)生端的考勤信息管理模塊才是核心和重點(diǎn)。該模塊具有的功能比較復(fù)雜，包含考勤列表的顯示、人臉識(shí)別簽到、搜索查詢(xún)功能。學(xué)生需要在系統(tǒng)上傳自己的證件照，系統(tǒng)在每次啟動(dòng)時(shí)都會(huì)將學(xué)生保存到系統(tǒng)的照片保存到人臉庫(kù)中，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入考勤信息管理界面點(diǎn)擊添加考勤信息按鈕后，將會(huì)跳轉(zhuǎn)到添加考勤信息的界面，系統(tǒng)調(diào)用攝像頭，學(xué)生點(diǎn)擊拍照按鈕后再點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕，系統(tǒng)會(huì)將拍攝所得到的照片與人臉庫(kù)的照片進(jìn)行對(duì)比，兩張照片的相似比大于90%，則識(shí)別成功，系統(tǒng)頁(yè)面跳轉(zhuǎn)到選擇考勤信息界面，學(xué)生選擇相應(yīng)的課程名稱(chēng)點(diǎn)擊確認(rèn)即可添加考勤信息，完成人臉識(shí)別簽到。若兩張照片的相似比小于90%，則識(shí)別失敗，頁(yè)面將顯示重新簽到和退出兩個(gè)按鈕，若選擇重新簽到，則將會(huì)再次跳轉(zhuǎn)到添加考勤信息的界面，并調(diào)用攝像頭進(jìn)行拍照，再次進(jìn)行人臉識(shí)別簽到，若選擇退出，則直接跳轉(zhuǎn)到考勤列表界面。其考勤信息管理模塊流程圖如圖5所示。

2.3? 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)中對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)遵循的是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)第三范式。數(shù)據(jù)邏輯本身以用戶(hù)信息（包括學(xué)生信息、教師信息、管理員信息）、課程信息為主要數(shù)據(jù)，其中核心數(shù)據(jù)表主要由學(xué)生信息表（s_student）、教師信息表（s_teacher）、管理員信息表（s_admin）、課程信息表（s_course）、請(qǐng)假信息表（s_leave）、班級(jí)信息表（s_class）、考勤信息表（s_attendance）、成績(jī)信息表（s_score）、選課信息表（s_selected_ course）九個(gè)表組成，數(shù)據(jù)表信息如表3所示。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)處理過(guò)程中主要依靠用戶(hù)編號(hào)（studentId、teacherId、adminId）和課程編號(hào)（courseId）來(lái)建立聯(lián)系。

3? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1? 系統(tǒng)的工作原理及數(shù)據(jù)交互

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中采用的是Ajax、Servlet、JSP、JDBC、DbUtils、EasyUI和jQuery框架。本系統(tǒng)在服務(wù)架構(gòu)上采用的B/S架構(gòu)模式，在系統(tǒng)前端開(kāi)發(fā)中，采用JSP框架，頁(yè)面管理主要依賴(lài)Web瀏覽器。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是三層系統(tǒng)架構(gòu)，分別是UI界面層、Servlet業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，目的是為了提高系統(tǒng)內(nèi)部功能接口的內(nèi)聚性，降低接口之間的耦合性。圖6為基于SeetaFace2人臉識(shí)別智慧課堂簽到系統(tǒng)的工作原理及數(shù)據(jù)交互流程。

3.2? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

3.2.1? 登錄

該功能是實(shí)現(xiàn)用戶(hù)登錄，界面主要由用戶(hù)名、密碼、驗(yàn)證碼三個(gè)輸入框和三個(gè)用戶(hù)身份選擇按鈕以及登錄按鈕五大部分組成。用戶(hù)通過(guò)輸入相應(yīng)的用戶(hù)名、密碼和驗(yàn)證碼，選擇相應(yīng)的身份，點(diǎn)擊登錄按鈕即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)登錄，進(jìn)行下一步的系統(tǒng)操作。登錄界面如圖7所示。

3.2.2? 簽到功能

該功能是通過(guò)拍照上傳照片，調(diào)用SeetaFace2人臉識(shí)別算法進(jìn)行人臉識(shí)別，獲取相應(yīng)的相似比，并將該值與設(shè)定好的閾值進(jìn)行對(duì)比，若相似比大于或者等于閾值，系統(tǒng)頁(yè)面跳轉(zhuǎn)到完善簽到信息界面，完成考勤工作;若相似比小于閾值，則簽到失敗，可以選擇再次進(jìn)行人臉識(shí)別簽到或者選擇退出簽到功能模塊。人臉識(shí)別簽到界面如圖8所示。

3.3? 關(guān)鍵代碼

以下代碼主要是實(shí)現(xiàn)用戶(hù)登錄時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)用戶(hù)照片進(jìn)行更新的功能，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)顯示照片與人臉庫(kù)照片的一致性：

Properties prop = tool.getConfig（）;

String address=prop.getProperty（"address.server"）;

SD sd=（SD）request.getSession（）.getAttribute（"user"）;

String filepath=null;

String localfilepath=address+"＼＼LocalPhotos＼＼"+student.getSn（）+"＼＼1.jpg";

try {

response.setContentType（"text/html;charset=utf-8"）;

DiskFileFactory factory = new DiskFileFactory（）;

File f = new File（address）;

if（！f.exists（）） {

f.mkdirs（）;}

factory.setRepository（f）;

ServletFileUpload? fileUpload = new ServletFileUpload （factory）;

fileUpload.setHeaderEncoding（"utf-8"）;

List fileItems = fileUpload.parseRequest（request）;

PrintWriter writer = response.getWriter（）;

for（FileItem fileItem ：fileItems） {

if （fileItem.isFormField（）） {

String name = fileItem.getFieldName（）;

if （name.equals（"name"）） {

if （！fileItem.getString（）.equals（""）） {

String value = fileItem.getString（"utf-8"）; }}

} else {

String filename = fileItem.getName（）;

if （filename！= null&&！filename.equals（""） ） {

filepath=address+"＼＼upload＼＼"+student.getSn（）+"＼＼0.jpg";

File file = new File（filepath）;

file.getParentFile（）.mkdirs（）;

file.createNewFile（）;

InputStream in = fileItem.getInputStream（）;

FileOutputStream out = new FileOutputStream（file）;

byte[] buffer = new byte[1024];

int len;

while（（len=in.read（buffer））>0）

out.write（buffer，0，len）;

in.close（）;

out.close（）;

fileItem.delete（）;

}}}

} catch （FileUploadException e） {

e.printStackTrace（）;}

以下代碼的功能是實(shí)現(xiàn)SeetaFace2算法的調(diào)用，本系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用SeetaFace2人臉識(shí)別算法進(jìn)行拍攝照片與人臉庫(kù)照片的對(duì)比，從而得到相似比：

libs=libgcc_s_sjlj-1，libeay32，libquadmath-0，ssleay32， libgfortran-3，libopen-blas，holiday，SeetaFaceDetector200，SeetaPointDetector200，SeetaFaceRecognizer200，SeetaFaceCropper200，SeetaFace2JNI

libs.path=D：＼＼jar＼＼dllmoban

bindata.dir=D：＼＼jar＼＼dllmoban

以下代碼的功能實(shí)現(xiàn)相似比與閾值的對(duì)比，從而判斷拍攝照片同學(xué)是否與該用戶(hù)匹配，實(shí)現(xiàn)簽到功能：

float face;

face=facedb.getscore（filepath，localfilpath）;

if （face>90） {

result="ok";

} else {

result="no";}

response.getWriter（）.write（a）;

4? 結(jié)? 論

基于SeetaFace2人臉識(shí)別算法智慧教室簽到系統(tǒng)繼承了傳統(tǒng)的人臉識(shí)別系統(tǒng)的人臉識(shí)別簽到功能，在本系統(tǒng)中還加了請(qǐng)假功能、選課功能、成績(jī)分析功能以及基本信息的管理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面簡(jiǎn)潔、友好，易于用戶(hù)操作，具有適用性，為各大學(xué)校的教學(xué)工作帶來(lái)方便，提高學(xué)校的管理和教學(xué)水平。

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作者簡(jiǎn)介：王世超（2000—），男，漢族，山東濰坊人，工學(xué)學(xué)士，主要研究方向：軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā);通訊作者：崔洪振（1990—），男，漢族，山東濱州人，工學(xué)碩士，助教，主要研究方向：標(biāo)簽計(jì)算、深度學(xué)習(xí);張偉（1970—），男，漢族，山東棗莊人，工學(xué)碩士，教授，主要研究方向：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析;高靜（1998—），女，漢族，山東臨沂人，工學(xué)學(xué)士，主要研究方向：軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā);傅田（1999—），女，漢族，山東濰坊人，工學(xué)學(xué)士，主要研究方向：軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。