基于人臉識(shí)別的校園課堂出勤網(wǎng)頁設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊振盛 李江華

摘要：在大學(xué)里面上課點(diǎn)到是一件麻煩的事，老師嫌點(diǎn)到耽誤上課時(shí)間，存在不少逃課的學(xué)生抱著僥幸的心理不去上課的問題，設(shè)計(jì)一款基于人臉識(shí)別的校園課堂出勤網(wǎng)頁軟件。利用JAVA技術(shù)實(shí)存儲(chǔ)和文章信息的上傳，前端通過基于人臉識(shí)別的校園課堂出勤網(wǎng)頁進(jìn)行照片人臉匹配，前后端通過JSON數(shù)據(jù)交互。經(jīng)過測(cè)試表明，該系統(tǒng)可以有效地滿足基于人臉識(shí)別的方式，將缺勤學(xué)生姓名等信息存儲(chǔ)并展示。

關(guān)鍵詞：出勤;人臉識(shí)別;校園;網(wǎng)頁;JSON數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）19-0075-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

人臉識(shí)別是將課堂學(xué)生的人臉信息與在云端人臉庫(kù)保存的人臉信息進(jìn)行匹配，若匹配成功，則成功出勤，若沒有匹配成功，人臉庫(kù)中沒有匹配的學(xué)生信息將作為缺勤學(xué)生展示在前端頁面上，可視化界面可以供老師對(duì)學(xué)生出勤情況進(jìn)行管理。在大學(xué)里面上課點(diǎn)到是一件麻煩的事，老師嫌點(diǎn)到耽誤上課時(shí)間，不少逃課的學(xué)生抱著僥幸的心理而不去上課。Face++提供一個(gè)將照片中所有人臉分割成圖API和頭像匹配的API，只是不能輕易被用戶獲取，此網(wǎng)頁軟件旨在解決這一問題，用戶為教室學(xué)生拍一張照，與班級(jí)人臉庫(kù)圖片進(jìn)行匹配即可得到出勤信息。此網(wǎng)站不僅減輕了老師點(diǎn)到工作，而且更加便捷地統(tǒng)計(jì)出班上同學(xué)每節(jié)課的出勤情況，利用人臉技術(shù)實(shí)現(xiàn)學(xué)生的課堂簽到并查缺勤，同時(shí)解決了高校老師點(diǎn)到浪費(fèi)時(shí)間和學(xué)生找人簽到的問題。

1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.1 服務(wù)端系統(tǒng)功能

如圖1所示后臺(tái)具有如下功能：

1）創(chuàng)建人臉庫(kù)

學(xué)校負(fù)責(zé)人用管理員賬號(hào)登錄后臺(tái)網(wǎng)站，創(chuàng)建一個(gè)以學(xué)校命名的人臉庫(kù)，完成后系統(tǒng)返回學(xué)校編號(hào)ID（ID用于創(chuàng)建學(xué)校內(nèi)的班級(jí)）。

2）創(chuàng)建班級(jí)

學(xué)校名稱一欄填寫學(xué)校名稱或者學(xué)校編號(hào)ID，班級(jí)名稱為所要?jiǎng)?chuàng)建的班級(jí)名字，如計(jì)算機(jī)xxx班，完成后系統(tǒng)返回班級(jí)編號(hào)ID。

3）導(dǎo)入學(xué)生人臉照片

就可以根據(jù)學(xué)校編號(hào)ID和班級(jí)編號(hào)ID，批量導(dǎo)人班級(jí)學(xué)生人臉庫(kù)。

4）修改密碼

1.2 網(wǎng)頁端的主要功能介紹

如圖2所示網(wǎng)頁端具有如下功能：

1）用戶選擇注冊(cè)，注冊(cè)的為一般用戶，注冊(cè)后用戶可以登錄到平臺(tái);

2）各班級(jí)學(xué)生出勤檢測(cè)，教室內(nèi)抬頭率檢測(cè)，人數(shù)檢測(cè);

3）用戶可以對(duì)默認(rèn)頭像進(jìn)行修改，通過常見問題模塊了解網(wǎng)頁平臺(tái)的使用;

4）對(duì)用戶查詢的缺勤名單結(jié)果進(jìn)行保存管理，提供缺勤名單下載。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)加密提高安全性

由于基于人臉識(shí)別的校園課堂出勤網(wǎng)頁的各大功能用戶需要注冊(cè)后才能使用，并且在識(shí)別后顯示班級(jí)缺勤學(xué)生，在用戶使用過程中，注冊(cè)登錄時(shí)密碼加密是有必要的，所以數(shù)據(jù)安全性是非常重要的。采用嚴(yán)格的身份認(rèn)證來確保用戶的安全性，我們通過前后臺(tái)分離，數(shù)據(jù)庫(kù)的加密來保證整個(gè)系統(tǒng)的安全性。數(shù)據(jù)在傳輸過程中為了避免數(shù)據(jù)被他人截取和非法修改數(shù)據(jù)，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行RSA算法加密處理，保證數(shù)據(jù)的安全性，當(dāng)用戶的數(shù)據(jù)傳到后臺(tái)中，后臺(tái)獲取可以通過解密獲得正確的數(shù)據(jù)信息，再把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來。同理，用戶從后臺(tái)提取數(shù)據(jù)也要經(jīng)進(jìn)行加密，網(wǎng)頁端獲取到數(shù)據(jù)后進(jìn)行解密，從而保證了數(shù)據(jù)安全性和可靠性。具體如圖3所示。

2.2 圖片壓縮處理技術(shù)難點(diǎn)

Face++提供的接口僅限于上傳2MB以內(nèi)大小的圖片，但是實(shí)際上拍攝全體學(xué)生的照片大小大多超過2MB，而且圖片過大上傳的速度過慢會(huì)影響用戶體驗(yàn)。我們了解到一個(gè)圖片壓縮庫(kù)imageConversion在Vue.js內(nèi)可以在圖片上傳之前對(duì)圖片進(jìn)行自定義式的壓縮且使用方便。為追求用戶體驗(yàn)，我們將用戶上傳的3-5MB之內(nèi)的所有圖片都?jí)嚎s在2MB以下且不失真，完美解決用戶圖片過大的問題。

2.3 簽到結(jié)果響應(yīng)速度技術(shù)難點(diǎn)

項(xiàng)目初期簽到結(jié)果響應(yīng)速度較慢，首先把圖片將圖片上傳到云端生成檢測(cè)集（根據(jù)圖片檢測(cè)到的人臉token），根據(jù)檢測(cè)集對(duì)云端人臉庫(kù)的匹配生成匹配集（匹配到的學(xué)生人臉token集合）和驗(yàn)證集（應(yīng)該有的學(xué)生的人臉token集合）

出問題過程：

匹配集=遍歷后每一個(gè)token都訪問一次云端人臉庫(kù)，生成匹配token

簽到學(xué)生=匹配集和驗(yàn)證集的交集

缺勤學(xué)生=驗(yàn)證集一匹配集

初期我們使用for循環(huán)進(jìn)行遍歷，發(fā)現(xiàn)響應(yīng)速度較慢的情況下，采用Java8的新特性——stream，在設(shè)想中，將for循環(huán)的操作改放與stream中，因?yàn)橛?jì)算是從內(nèi)存移至CPU中，處理速度會(huì)更快，但在實(shí)際過程中速度提升的不是特別明顯，因?yàn)樵蚴且驗(yàn)槠ヅ浼纳珊臅r(shí)過長(zhǎng)。

假設(shè)一個(gè)token的訪問是1秒，60個(gè)就是1分鐘了，顯然這是不可接受的，于是我們將其改為異步訪問，用多線程的方式嘗試解決，在對(duì)一張含40學(xué)生的圖片進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)間由Imin以上降至25s左右

3 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

校園課堂智能出勤軟件，是一款面向高校師生的教學(xué)輔助類網(wǎng)頁軟件，其核心功能為利用人臉技術(shù)實(shí)現(xiàn)學(xué)生的課堂簽到并查缺勤，同時(shí)本軟件也為師生提供了檢測(cè)抬頭率、檢測(cè)人數(shù)、記錄下載等功能。

1）注冊(cè)登錄模塊：注冊(cè)是為了使得用戶信息更好的管理，登錄是用戶使用平臺(tái)的一個(gè)人口。

2）查缺勤功能模塊：提供檢測(cè)缺勤的渠道，識(shí)別后將缺勤學(xué)生名單進(jìn)行顯示。

3）查人數(shù)功能模塊：提供檢測(cè)人數(shù)的渠道，識(shí)別后將照片內(nèi)所有人數(shù)進(jìn)行顯示。

4）查抬頭率功能模塊：提供檢測(cè)抬頭率的渠道，識(shí)別后將照片內(nèi)學(xué)生抬頭率進(jìn)行顯示，側(cè)面反映出學(xué)生聽課效率。

5）收藏記錄模塊：此模塊提供曾經(jīng)查詢的記錄，并提供下載缺勤名單。

6）用戶個(gè)人中心模塊：修改頭像，用戶的問題反饋以及網(wǎng)頁使用幫助等信息，以供用戶進(jìn)行參考和選擇。

4 結(jié)束語

該軟件利用進(jìn)行人臉識(shí)別技術(shù)將照片和人臉進(jìn)行匹配實(shí)現(xiàn)查缺勤、查抬頭率、查人數(shù)等功能。此網(wǎng)站不僅減輕了老師點(diǎn)到工作，而且更加便捷的統(tǒng)計(jì)出班上同學(xué)每節(jié)課的出勤情況，同時(shí)解決了高校老師點(diǎn)到浪費(fèi)時(shí)間和學(xué)生找人簽到的問題。

本系統(tǒng)經(jīng)過測(cè)試，各個(gè)功能模塊運(yùn)行都很穩(wěn)定，人臉技術(shù)匹配成功率達(dá)到90%以上，實(shí)用價(jià)值和商用價(jià)值很高。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2020-04-25

作者簡(jiǎn)介：楊振盛（1999-），男，江西撫州人，本科在讀;李江華（1976-），男，河南南陽人，副教授，碩士生導(dǎo)師，博士，研究方向?yàn)槊嫦虼髷?shù)據(jù)的隱私保護(hù)技術(shù)研究。