基于人臉識別的校園簽到系統(tǒng)

顧帥 江磊 李天歌

摘 要：隨著硬件與軟件技術(shù)的發(fā)展，計算機視覺識別逐漸成為軟件行業(yè)的熱門技術(shù)，其中人臉識別作為最普遍、熱門的應(yīng)用技術(shù)受到了眾多機構(gòu)的關(guān)注。目前，國內(nèi)外多家廠商和科研機構(gòu)推出了比較成熟的商用系統(tǒng)或解決方案，其中0rbeus、Face++等已具備工業(yè)級別的人臉識別能力。但是這些商用的解決方案授權(quán)費用普遍較高，同時由于其只提供服務(wù)，源代碼不開源，很難對其進行靈活的定制化改動。

本論文以開源的原則出發(fā)，通過使用OpenVC的視覺識別庫，對人臉特征進行訓(xùn)練，獲得相應(yīng)的人臉特征分類器，制作出人臉識別引擎，并與QtCreator下開發(fā)的學(xué)生管理系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進行整合，搭建出一個完整的校園人臉識別簽到系統(tǒng)，解決了人臉識別簽到成本高的難題，同時驗證了人臉識別在簽到應(yīng)用中的價值和技術(shù)、經(jīng)濟可行性。

關(guān)鍵詞：簽到;人臉識別;管理系統(tǒng);OpenCV;QtCreator

一、引言

隨著當(dāng)今技術(shù)的迅速發(fā)展，如今各種各樣的簽到管理系統(tǒng)應(yīng)運而生，通過軟、硬件結(jié)合的電子簽到技術(shù)，它擁有無紙化、高效、低碳、環(huán)保等優(yōu)點，已逐漸取代傳統(tǒng)的筆簽方式，這也是社會發(fā)展的必然趨勢。

由于目前相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，生物特征識別技術(shù)在近幾十年中得到了飛速發(fā)展。作為人的一種內(nèi)在屬性，且具有很強的自身穩(wěn)定性及個體差異性，生物特征成為了自動身份驗證的最理想依據(jù)。當(dāng)前的生物特征識別技術(shù)主要有：指紋識別，視網(wǎng)膜識別，虹膜識別，步態(tài)識別，靜脈識別，人臉識別等。與其他識別方法相比，人臉識別由于具有直接、友好、隱蔽、方便的特點，使用者無任何心理障礙，易于為用戶所接受，從而受到了廣泛的研究與應(yīng)用。除此之外，我們還能夠?qū)θ四樧R別的結(jié)果作進一步的分析，得到有關(guān)人的性別、種族、表情、年齡等諸多額外的豐富信息，擴展了人臉識別的應(yīng)用前景，其中一項重要應(yīng)用就是進行電子簽到。

二、人臉識別的設(shè)計

該系統(tǒng)主要有以下功能要求：

（1）用戶登錄模塊

該模塊主要用于用戶的登錄。用戶權(quán)限分為系統(tǒng)管理員和普通用戶。當(dāng)用輸入用戶名和密碼并經(jīng)過確認為正確后，才能進入人臉識別簽到系統(tǒng)，并識別用戶身份和相應(yīng)權(quán)限，使其擁有相應(yīng)的功能。如果不是用戶，拒絕進入本系統(tǒng)。普通用戶擁有的權(quán)限及功能為創(chuàng)建簽到事件、簽到頁面簽到、查看修改學(xué)生信息、查詢修改簽到信息、信息統(tǒng)計、修改密碼系統(tǒng)管理員除擁有普通用戶的所以權(quán)限和功能外，還擁有對系統(tǒng)內(nèi)其他用戶增刪改查的權(quán)限。

（2）前臺首頁模塊

登錄系統(tǒng)后首先進入該頁面，并在窗口上方顯示當(dāng)前登錄用戶名和身份。該模塊是本系統(tǒng)功能流程的核心所在。在選中某一簽到事件后即可在該頁面開啟攝像頭進行人臉識別來簽到。

（3）簽到信息管理模塊

該模塊主要對簽到信息進行增刪改查的操作。創(chuàng)建新的簽到事件后直接可以跳轉(zhuǎn)到首頁簽到，簡化軟件的操作流程查詢某一特定范圍的簽到事件信息，并可以導(dǎo)出當(dāng)前顯示的簽到事件表。

（4）學(xué)生信息管理模塊

該模塊主要對學(xué)生的信息進行增刪改查的操作，并可以導(dǎo)出當(dāng)前顯示的學(xué)生信息表，同時可以查看某個學(xué)生的考勤情況，方便了學(xué)生的考勤信息統(tǒng)計。

高級管理員管理模塊：該模塊用于系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)內(nèi)用戶進行增刪改查，同時也可以重置普通用戶的登錄密碼、修改自己的登錄密碼。

（6）普通管理員管理模塊

該模塊主要用于普通用戶修改自己的登錄密碼。

（7）核心模塊--人臉識別算法

該模塊與前面的模塊不同，它不在界面上顯示，是本系統(tǒng)識別人臉信息的主要控制與驗證模塊，它包括人臉識別算法和人臉特征庫兩部分，主要負責(zé)后臺的人臉圖像采集及檢測、圖像預(yù)處理、人臉特征提取以及匹配與識別。

三、系統(tǒng)的分析與設(shè)計

（一）系統(tǒng)總設(shè)計

根據(jù)實際使用中的需求，本系統(tǒng)劃分為五個模塊，分別為：用戶管理、系統(tǒng)登錄、簽到信息管理、學(xué)生信息管理及核心模塊，其中核心模塊包含首頁簽到、人臉識別算法、人臉特征庫三個小模塊。

（二）簽到信息管理模塊

簽到信息管理模塊作為簽到系統(tǒng)的信息主體，是系統(tǒng)業(yè)務(wù)最為復(fù)雜的模塊，本系統(tǒng)中該模塊的基本功能為對簽到信息的增刪查。同時該模塊還有選擇簽到項目的功能，進行該操作后可以進行某一項簽到活動。

（三）學(xué)生信息管理模塊

學(xué)生信息管理模塊的功能是基本的增刪查改操作，其中學(xué)生信息查詢功能除查詢學(xué)生個人信息之外，還可以查詢簽到情況和相關(guān)記錄的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

（四）用戶信息管理模塊

用戶信息管理模塊除基本的增刪查改功能之外，系統(tǒng)管理員用戶還可以重置其他用戶的密碼，同時所有用戶都有擁有修改本用戶密碼的功能。

（五）人臉識別算法模塊

人臉識別算法模塊作為本系統(tǒng)最核心和最重要的一部分，其功能實現(xiàn)最為困難，其基本流程為圖像采集及檢測、圖像預(yù)處理、特征提取、人臉匹配與識別，

四、系統(tǒng)流程設(shè)計

由于各功能模塊操作多為數(shù)據(jù)庫的增刪查改，操作較為簡單，本系統(tǒng)流程設(shè)計主要分析登錄的操作，如圖4-1所示，在登錄窗口對登錄用戶進行驗證，并彈窗提示登錄錯誤信息，登錄成功后則根據(jù)用戶權(quán)限進入不同的用戶界面。

五、總結(jié)與展望

本系統(tǒng)實現(xiàn)了人臉識別的功能，包括對攝像頭圖像的采集、人臉圖像采集及檢測、人臉圖像預(yù)處理、人臉圖像特征提取以及匹配與識別，以及對學(xué)生信息、簽到信息、用戶信息的管理與統(tǒng)計。系統(tǒng)不足之處在于對環(huán)境的適應(yīng)性較差，包括光線和人本身的表情及遮蓋物等。這是由于本身人臉是立體的，在不同光照環(huán)境下造成的陰影影響了最終的圖像效果，同時人臉本身的遮蓋物如口罩、眼鏡、頭發(fā)、胡須等也會遮蓋一部分五官，會造成人臉特征的大幅度波動，最終對識別效果造成極大影響，如果有需要可以設(shè)計使用紅外敏感攝像頭采集圖像，并盡量減少面部遮蓋物，提高識別效果。同時相信在未來的幾年里，這種人臉識別簽到技術(shù)將不斷完善，希望倒是能夠活躍在大學(xué)課堂里，甚至在任何的考勤場合都可以看到。