基于Haar特征的人臉識(shí)別智能宿舍管理系統(tǒng)

王生茂 王嘉豪 尹越 張馳 姜代紅

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)宿舍管理工作效率低下的問題，文章設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Harr特征的人臉識(shí)別智能宿舍管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Python語(yǔ)言開發(fā)，并基于Haar特征識(shí)別算法進(jìn)行人臉識(shí)別，實(shí)現(xiàn)查缺勤、防代寢、防校外簽到、線上實(shí)時(shí)請(qǐng)假等功能，識(shí)別準(zhǔn)確率高，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：宿舍管理;Haar特征識(shí)別算法;MySql;Python

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

文章編號(hào)：1009-3044（2022）05-0102-03

1引言

由于傳統(tǒng)的人工宿舍管理存在著數(shù)據(jù)容易出錯(cuò)，容易丟失且操作煩瑣、工作效率低下、保密性差等弊端。一款基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)成為各大高校的迫切需求。

針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Haar特征的人臉識(shí)別智能宿舍管理系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)的宿舍管理容易出現(xiàn)學(xué)生代寢的漏洞，本系統(tǒng)采用了基于Haar特征的人臉識(shí)別技術(shù)和基于百度地圖API的實(shí)時(shí)定位技術(shù)，并且結(jié)合學(xué)院的宿管系統(tǒng)和學(xué)生管理系統(tǒng)，將學(xué)生，宿管、教師進(jìn)行了明確分工又融會(huì)貫通，及時(shí)準(zhǔn)確地將每個(gè)同學(xué)進(jìn)出寢數(shù)據(jù)推送給班主任及相關(guān)學(xué)生負(fù)責(zé)人。便于宿舍管理工作人員及時(shí)了解學(xué)生歸寢、出寢情況，為學(xué)院的宿舍管理提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，把宿舍管理人員從繁雜的宿舍工作中解放出來，杜絕了人為誤差和時(shí)間延遲，有效避免了夜不歸宿等現(xiàn)象，保障了學(xué)生的安全。

2 Harr特征識(shí)別算法

Haar特征是一種基于矩形區(qū)域間亮度差異的圖像特征，常用的矩形特征有三種：兩矩形可反映邊緣特征;三矩形可反映線性特征;四矩形可反映指定方向特征[1]。

人臉識(shí)別的實(shí)現(xiàn)必須要得到圖像的特征值，而要計(jì)算出圖像的特征值，就要解決以下兩個(gè)問題：

2.1求出每個(gè)待檢測(cè)圖像中的特征點(diǎn)個(gè)數(shù)

考慮到每張待檢測(cè)的圖像的大小及人臉位置可能不同，需要對(duì)于圖像進(jìn)行框選操作，以[m×n]選框?yàn)槔?，只需要確定了選框左上角頂點(diǎn)[ （x，y）]和右下角頂點(diǎn)[（p，q）]，即可以確定一個(gè)矩形;這個(gè)矩形還必須滿足下面兩個(gè)條件即[（z，c）]條件，滿足[（z，c）]條件的矩形也就是所謂的特征點(diǎn)[2]。

1）矩形[x]方向邊長(zhǎng)必須能被正整數(shù)[z]整除（即矩形能均等分成[z]段）;

2）矩形[y]方向邊長(zhǎng)必須能被正整數(shù)[c]整除（即矩形能均等分成[c]段）。

由上分析可知，在[m×n]選框中，滿足[（z，c）]條件的所有矩形，即特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)為：

[Summ，nz，c=x1=1m?z+1m?x1+1z?y1=1n?c+1[n?y1+1c] ? ? ? ? ? ? ?（1）]

2.2求出每個(gè)特征點(diǎn)的特征值。

要計(jì)算矩形特征點(diǎn)的特征值。就要用到積分圖求特征值的方法。坐標(biāo)[（x，y）]的積分圖是其左上角的所有像素之和，定義為：

[jjx，y=x'≤x，y'≤yjx'，y'] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [2]

公式（2）中[jjx，y]表示積分圖，[jx'，y']表示原始圖，對(duì)于彩色圖，是此點(diǎn)顏色的值;對(duì)于灰度圖，是其灰度值[3]。

一個(gè)區(qū)域的像素值，可以由該區(qū)域的端點(diǎn)的積分圖來計(jì)算。由前面圖像的特征值的定義可以推出，矩形特征的特征值可以由特征端點(diǎn)的積分圖計(jì)算出來[4]。

通過計(jì)算每個(gè)特征矩形的端點(diǎn)的積分圖，然后再進(jìn)行簡(jiǎn)單的加減運(yùn)算[5]，就可以得到檢測(cè)框中圖像的特征值。得到的特征值，便可運(yùn)用到本系統(tǒng)中的注冊(cè)和簽到功能中的人臉識(shí)別部分，且這種方法大大提高了特征值的計(jì)算速度，從而間接提高了目標(biāo)的檢測(cè)速度。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)主要功能模塊包括授權(quán)注冊(cè)、智能查寢、學(xué)生請(qǐng)假、報(bào)修管理、個(gè)人信息管理，如圖1所示：

授權(quán)注冊(cè)：用戶第一次進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，首先需要授權(quán)，系統(tǒng)可以獲取到用戶的昵稱、頭像，用戶也可自行設(shè)置昵稱。接著驗(yàn)證手機(jī)號(hào)和用戶身份信息以及宿舍地址定位，最后拍照上傳學(xué)生證信息頁(yè)照片。若已注冊(cè)，即可登錄。用戶手機(jī)號(hào)將作為報(bào)修、請(qǐng)假的主要聯(lián)系方式。

智能查寢：上傳宿舍所有學(xué)生臨時(shí)自拍照，人臉識(shí)別分析宿舍成員情況，如有缺人或宿舍人臉核對(duì)不上，查看是否請(qǐng)假，后分時(shí)段查詢學(xué)生位置信息。若有異常發(fā)送信息，記錄情況反饋后臺(tái)。

學(xué)生請(qǐng)假：系統(tǒng)進(jìn)行審核學(xué)生是否符合條件，不符合即失敗。通過后，宿管查驗(yàn)是否申請(qǐng)成功，沒有申請(qǐng)成功即請(qǐng)假失敗。通過后進(jìn)行人臉識(shí)別是否為本人，不是即請(qǐng)假失敗，通過后錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，即請(qǐng)假成功。

公寓管理：學(xué)生提出報(bào)修申請(qǐng)，或者投訴管理。如果選中報(bào)修管理則進(jìn)行申報(bào)反饋，記錄數(shù)據(jù)庫(kù)，否則結(jié)束。

個(gè)人信息管理：系統(tǒng)管理員可以根據(jù)需求，對(duì)學(xué)生、教師、宿管的信息進(jìn)行增刪改查操作。

3.2 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

根據(jù)上面的分析，整個(gè)系統(tǒng)的流程如圖2所示。

3.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)共有八個(gè)表，其中包括是請(qǐng)假表、學(xué)生表、老師表、班級(jí)表、報(bào)修表、日志表、簽到表、投訴表、但由于篇幅有限，下面僅展示本系統(tǒng)中的一張數(shù)據(jù)庫(kù)表。

4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1注冊(cè)

本系統(tǒng)需要登錄才能進(jìn)入，而登錄之前首先需要注冊(cè)，如圖3所示。

注冊(cè)時(shí)不僅需要輸入個(gè)人信息，還需要進(jìn)行一次人臉數(shù)據(jù)的錄入，讓機(jī)器在后臺(tái)進(jìn)行壓縮訓(xùn)練，實(shí)際操作如圖4所示。

4.2登錄

注冊(cè)完畢之后，就可以登錄進(jìn)入系統(tǒng)了，登錄界面如圖5所示。

4.3系統(tǒng)首頁(yè)

登錄成功之后，將會(huì)進(jìn)入首頁(yè)界面，系統(tǒng)首頁(yè)如圖6所示。

4.4報(bào)修界面

進(jìn)入系統(tǒng)首頁(yè)可以看到，本系統(tǒng)擁有報(bào)修、請(qǐng)假、投訴、簽到、個(gè)人信息中心、天氣查詢，快速搜索等諸多功能，而由于篇幅有限，下面僅展示本系統(tǒng)的一個(gè)功能，報(bào)修管理界面如圖7所示。

5結(jié)束語(yǔ)

本文所介紹的基于Haar特征的人臉識(shí)別智能宿舍管理系統(tǒng)采用更先進(jìn)、更快捷方便的人臉識(shí)別和實(shí)時(shí)定位技術(shù)，大大提高了宿舍管理部門的工作效率。本系統(tǒng)充分結(jié)合現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)，為學(xué)校減少了諸多不必要的人力、物力、財(cái)力支出，改善了傳統(tǒng)手工宿舍管理信息容易出錯(cuò)，數(shù)據(jù)容易丟失等缺陷，使得宿舍管理變得更加標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、科學(xué)化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉歡喜.圖像人臉檢測(cè)及超分辨率處理[D].上海：上海交通大學(xué)，2008.

[2] 黃興晗，杜小甫，劉沂杰.人臉識(shí)別技術(shù)分類比較[J].電子測(cè)試，2021（17）：96-97，29.

[3] 劉暢，程磊，馬丹妮.基于FPGA加速機(jī)器學(xué)習(xí)的方法研究與對(duì)比[J].中國(guó)新通信，2020，22（1）：82.

[4] 羅莎.基于人臉識(shí)別的智能宿舍管理系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].信息技術(shù)與信息化，2020（12）：228-230.

[5] 孫殿波，曾慶虎.信息化人臉識(shí)別技術(shù)在高校管理中的應(yīng)用研究[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，34（8）：75-76.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2021-11-08

基金項(xiàng)目：國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：xcx2021312）

作者簡(jiǎn)介：王生茂（2000—），男，江蘇常州人，本科在讀，研究方向?yàn)檐浖こ?王嘉豪（2001—），男，江蘇江陰人，本科在讀，研究方向?yàn)槿四樧R(shí)別算法;尹越（2001—），男，江蘇連云港人，本科在讀，研究方向?yàn)檐浖こ?張馳（2001—），男，江蘇宿遷人，本科在讀，研究方向?yàn)樾畔⒐芾砗托畔⑾到y(tǒng);姜代紅（1969—），女，江蘇徐州人，教授，博士，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。