多人臉識(shí)別在高校學(xué)生考勤中的應(yīng)用研究

李小麗

(泉州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息技術(shù)系，福建 泉州362000)

如何有效對(duì)學(xué)生考勤情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)是所有高等院校的一項(xiàng)重要教學(xué)管理工作，考勤工作能有效地從時(shí)間和空間上約束學(xué)生，保證其參與到學(xué)校安排的各項(xiàng)教育教學(xué)活動(dòng)。高校最重要的工作是教學(xué)工作，其最基本、最重要的途徑之一就是課堂教學(xué)的展開，因此，加強(qiáng)對(duì)高校學(xué)生上課出勤的管理，已成為高校教學(xué)與管理迫切需要解決的一個(gè)重要問題[1]。

在我國大多數(shù)高校中，主要采用的學(xué)生考勤方式有以下幾種[2]：通過上課教師上課點(diǎn)名的方式進(jìn)行；通過教學(xué)管理部門抽查學(xué)生出勤情況；通過學(xué)生干部進(jìn)行出勤跟蹤點(diǎn)名。這幾種考勤方式存在的主要問題如下：教師人工點(diǎn)名，會(huì)占用正常教學(xué)時(shí)間，影響教學(xué)進(jìn)度，如進(jìn)行抽點(diǎn)，常有替點(diǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)；教學(xué)管理部門按班級(jí)抽查學(xué)生出勤情況，一是可能無法每天堅(jiān)持，二是對(duì)上課教師課堂教學(xué)造成影響，打斷學(xué)生聽課，同時(shí)也加大了管理層的工作任務(wù)，實(shí)施難度較大；由于高校通常將班級(jí)出勤率與班級(jí)及個(gè)人評(píng)優(yōu)掛鉤，學(xué)生干部對(duì)自己班級(jí)進(jìn)行點(diǎn)名可能有人為因素存在。目前，考勤系統(tǒng)的考勤方式主要有刷卡考勤，指紋考勤與人臉識(shí)別考勤。刷卡考勤如用于高校，則要求每一位高校學(xué)生帶卡上課，但這種方式明顯不適合學(xué)生，一方面人數(shù)多，另一方面代打卡的情況無法避免，同時(shí)卡片不易保存易丟失。指紋考勤識(shí)別結(jié)果受紋路清晰問題影響，季節(jié)變化對(duì)皮膚的影響，手指磨損的影響較大，高校學(xué)生人數(shù)多，在短時(shí)間內(nèi)排隊(duì)進(jìn)行多人指紋識(shí)別考勤所需考勤時(shí)間過長(zhǎng)同樣不適用。單人臉識(shí)別考勤方式較前兩種方式有所提高，但學(xué)生排隊(duì)使用考勤機(jī)進(jìn)行人臉識(shí)別同樣會(huì)受室外光線，面容姿態(tài)，身高等因素影響，同樣所消耗時(shí)間也過長(zhǎng)[3]。

如何能有效對(duì)針對(duì)高校考勤的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生出勤率進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)避免目前存在的各種問題迫在眉睫，同時(shí)這也是保障高校教學(xué)工作及其他相關(guān)工作順利進(jìn)行的重要前提。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

采用人臉識(shí)別考勤方法,其突出特點(diǎn)就是既克服了刷卡類考勤機(jī)的代打卡弊端，又因?yàn)槠浞墙佑|式的考勤方式避免了指紋類考勤機(jī)指紋采集設(shè)備磨損需更換的弱點(diǎn)[4]。

引入視頻監(jiān)控與多人臉識(shí)別技術(shù)，通過采用膚色信息檢測(cè)視頻監(jiān)控圖像中的人臉，進(jìn)行人臉定位后提取圖像中全部人臉特征信息與預(yù)先采集的學(xué)生人臉圖像進(jìn)行比對(duì)，構(gòu)建高校學(xué)生自動(dòng)考勤系統(tǒng)。由于在人臉識(shí)別過程中，采用膚色檢測(cè)快速進(jìn)行人臉定位，其速度將大大提高，同時(shí)配合流形學(xué)習(xí)算法與SVM分類器進(jìn)行多人臉識(shí)別，其識(shí)別率也將大大提高，本項(xiàng)目通過對(duì)采用流形學(xué)習(xí)算法的研究與改進(jìn)，其準(zhǔn)確率有望達(dá)到99%[5]。與傳統(tǒng)考勤方式相比，由于人臉定位完以后，提取人臉特征根據(jù)定位的特征點(diǎn)，擴(kuò)展其特征區(qū)域，主要選定眉毛，眼睛，鼻子，嘴巴特征進(jìn)行識(shí)別，因此存儲(chǔ)人臉特征的數(shù)據(jù)量相對(duì)少很多，故識(shí)別比對(duì)過程中所用時(shí)間也將大大縮短，完全滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)識(shí)別時(shí)間的要求。原理如圖1所示。

該系統(tǒng)在人臉認(rèn)別考勤整個(gè)過程中無需人工干預(yù)，不影響教師教學(xué)與學(xué)生聽課，節(jié)省了相關(guān)管理人員的時(shí)間與精力。該系統(tǒng)可設(shè)置自動(dòng)考勤時(shí)間，在考勤時(shí)間到時(shí)，自動(dòng)提交考勤報(bào)表到相關(guān)部門，實(shí)現(xiàn)完全無人工操作考勤，其得出的學(xué)生出勤數(shù)據(jù)，對(duì)高校其它工作的開展提供了有效的保障，使學(xué)生能從這種考勤方式中大大受益[6]。

圖1 系統(tǒng)原理圖

2 系統(tǒng)組成

多人臉高校識(shí)別考勤系統(tǒng)以高校需求為導(dǎo)向，針對(duì)高校考勤管理業(yè)務(wù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理開發(fā)的考勤管理系統(tǒng)。通過對(duì)高校學(xué)生考勤的需求分析，系統(tǒng)采用B/S模式，將網(wǎng)站分成3個(gè)層次：數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序邏輯層、客戶端（包括手機(jī)端）進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)考勤機(jī)遠(yuǎn)距離與PC軟件通訊連接，考勤機(jī)與攝像頭相連接，自動(dòng)捕獲上課教室中人臉數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)后臺(tái)數(shù)據(jù)計(jì)算，考勤機(jī)自動(dòng)進(jìn)行考勤數(shù)據(jù)定時(shí)下載，自動(dòng)上傳，系統(tǒng)查詢，考勤匯總與計(jì)算等功能，同時(shí)系統(tǒng)功能的備份功能保證了數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，可及時(shí)更新恢復(fù)。具體功能模塊有：班級(jí)管理、考勤規(guī)則設(shè)置、修改密碼、記錄處理與報(bào)表以及下載、考勤記錄查詢、自動(dòng)上傳考勤結(jié)果、備份及還原數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)的管理人員可以查看相關(guān)班級(jí)及個(gè)人的出勤情況，包括遲到、早退、曠課；可查看并審核學(xué)生的請(qǐng)假情況。

相關(guān)班級(jí)的學(xué)習(xí)委員可在系統(tǒng)中自助添加各種請(qǐng)假等情況；學(xué)習(xí)委員可單個(gè)或批量登記一天或半天及相關(guān)時(shí)間段的請(qǐng)假情況，能顯示每位同學(xué)上下課時(shí)間等出勤情況。系統(tǒng)的功能模塊如圖3所示：

班級(jí)管理：模塊主要功能中包括班級(jí)基本信息的建立，主要是專業(yè)、班級(jí)、課表等設(shè)置。當(dāng)相關(guān)管理人員進(jìn)入系統(tǒng)后，可進(jìn)行多方式查詢，并提供導(dǎo)出主流報(bào)表文檔格式的功能。

圖3 系統(tǒng)功能模塊圖

規(guī)則管理：本模塊主要用于設(shè)置考勤規(guī)則的管理。相關(guān)管理類用戶人員可就學(xué)生請(qǐng)假情況進(jìn)行審核與批準(zhǔn)。

權(quán)限管理：本系統(tǒng)模塊采用分角色賦權(quán)限的方式對(duì)所有用戶進(jìn)行管理，方便用戶本身的管理與角色權(quán)限的管理。權(quán)限主要分為三大類，普通用戶的瀏覽查看定制信息功能，一般管理員的部分管理功能，高級(jí)管理用戶的系統(tǒng)管理功能。

報(bào)表管理：在此功能中，提供對(duì)相關(guān)班級(jí)及學(xué)生請(qǐng)假情況的統(tǒng)計(jì)查詢打印，可根據(jù)查詢條件檢索班級(jí)在一段時(shí)間內(nèi)的出勤情況，這些內(nèi)容可以為以后進(jìn)行班級(jí)考核提供依據(jù)。

消息管理：系統(tǒng)和用戶進(jìn)行交流過程中，通過消息機(jī)制來實(shí)現(xiàn)，為保證系統(tǒng)傳遞消息的可靠性、高效性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)對(duì)消息的管理同樣按用戶角色分類機(jī)制進(jìn)行。為了防止消息發(fā)送后，用戶遺漏閱讀消息，將對(duì)是否閱讀進(jìn)行標(biāo)記，對(duì)未閱讀消息，將采用手機(jī)短信形式進(jìn)行再次推送。同時(shí)相關(guān)用戶可以根據(jù)各自權(quán)限定制相關(guān)班級(jí)出勤情況消息。

備份管理：保存考勤時(shí)間、地點(diǎn)、照片，以備后期查證及有爭(zhēng)議時(shí)進(jìn)行使用。

4 App手機(jī)端設(shè)計(jì)

手機(jī)是目前人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊苿?dòng)端，手機(jī)APP的開發(fā)勢(shì)在必行，這可以滿足客戶隨時(shí)隨地實(shí)時(shí)接受消息，查看考勤信息的需求。為保證界面一致性，手機(jī)APP端的主要功能與PC系統(tǒng)端保持一致，主要功能模塊如圖3所示。手機(jī)APP端與系統(tǒng)服務(wù)器端的通信方式采用JSON數(shù)據(jù)封裝,利用HTTP請(qǐng)求，將消息傳送給手機(jī)客戶端。

5 結(jié)語

本文引入視頻監(jiān)控與多人臉識(shí)別技術(shù)，通過采用膚色信息檢測(cè)視頻監(jiān)控圖像中的人臉，進(jìn)行人臉定位后提取圖像中全部人臉特征信息與預(yù)先采集的學(xué)生人臉圖像進(jìn)行比對(duì)，構(gòu)建高校學(xué)生自動(dòng)考勤系統(tǒng)。在該學(xué)生考勤系統(tǒng)中，可設(shè)置自動(dòng)考勤時(shí)間，在考勤時(shí)間到時(shí)，自動(dòng)提交考勤報(bào)表到相關(guān)部門，實(shí)現(xiàn)完全無人工操作考勤，其得出的學(xué)生出勤數(shù)據(jù)，對(duì)高校其它工作的開展提供了有效的保障，使學(xué)校與學(xué)生都能從這種考勤方式中大大受益。