狄三云，宋麗紅，張 鎧

(天津財經(jīng)大學(xué)理工學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)系，天津 300222)

0 引言

課堂考勤在高校教學(xué)管理中至關(guān)重要。傳統(tǒng)的學(xué)生簽到方式是紙質(zhì)點名簽到，不僅低效繁瑣，占用上課時間，教務(wù)處的統(tǒng)計工作也極其繁重。新興簽到方式，如指紋簽到等，由于教室數(shù)量多，短期內(nèi)無法普及。因此，設(shè)計實現(xiàn)一個方便快捷、適合高校使用的簽到系統(tǒng)迫在眉睫。

智能時代的來臨讓更多的人將目光轉(zhuǎn)移到了手機客戶端，各種手機簽到系統(tǒng)層出不窮，例如，利用藍(lán)牙通訊技術(shù)實現(xiàn)課堂簽到，學(xué)生自行將個人信息發(fā)送至教師手機服務(wù)器端;基于人臉識別的手機簽到系統(tǒng)，捕捉教室全景檢測人臉數(shù)量，保存圖片為佐證。然而，這些手機簽到系統(tǒng)均存在著缺陷:1)無法保證簽到信息與出勤學(xué)生的唯一對應(yīng)性，達(dá)不到簽到效果;藍(lán)牙技術(shù)面向短距離通信，不能確定學(xué)生當(dāng)前具體位置，無法保證學(xué)生是否出勤，也無法保證學(xué)生發(fā)送信息的準(zhǔn)確性。2)識別效率較低;由于手機硬件及技術(shù)的限制，人臉識別的簽到方式精確度較低，且人臉檢測技術(shù)有著一定的識別率，統(tǒng)計人臉數(shù)目極有可能出錯，反而加劇教師的工作量。

Android系統(tǒng)是一款基于Linux內(nèi)核的手機智能操作系統(tǒng)，2007年開源后技術(shù)愈加成熟，硬件也愈加廉價，滿足了簽到系統(tǒng)技術(shù)和成本要求。Tesseract是惠普公司主持開發(fā)的OCR引擎，結(jié)合了Leptonica圖像處理庫，能讀取各種格式的圖像文件，識別出包括中文在內(nèi)40多種語言的文本，自帶字體訓(xùn)練庫，也可訓(xùn)練自己的字體庫，具有較好的識別效果。Android使用開源的、與操作系統(tǒng)無關(guān)的SQLite，是一款擁有獨立性和安全性等諸多優(yōu)點的輕量級數(shù)據(jù)庫，占用資源較低，是移動操作系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)的最佳選擇。

本文在Android系統(tǒng)中基于OCR引擎Tesseract對學(xué)生證上學(xué)號信息的識別展開了研究，設(shè)計完成了手機簽到系統(tǒng)。學(xué)生證件的照片保證了簽到信息與學(xué)生的唯一對應(yīng)性，Tesseract引擎在UNIV精度測試中的名列前茅則保證了識別率。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)需求

手機簽到系統(tǒng)實現(xiàn)智能記錄學(xué)生出勤，減輕教師和教務(wù)處統(tǒng)計學(xué)生考勤工作的負(fù)擔(dān)。系統(tǒng)需要具有以下特性:

1)系統(tǒng)應(yīng)具有良好的人機交互界面，符合用戶的使用習(xí)慣，便于推廣。

2)系統(tǒng)對學(xué)生證件的信息具有較高的識別率，方便、快捷、高效地實現(xiàn)學(xué)生簽到。

3)教師能夠方便地查看、管理學(xué)生信息，上報考勤信息。

系統(tǒng)由學(xué)生信息錄入、簽到、缺勤信息管理、考勤上報4個模塊組成。用例圖如圖1所示。

圖1 手機便捷簽到系統(tǒng)用例圖

1.2 模塊設(shè)計

1.2.1 學(xué)生信息錄入模塊設(shè)計

學(xué)生信息錄入模塊的流程如圖2所示。

該模塊主要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)庫操作，教師需將班級信息文件存入手機客戶端。模塊功能包括導(dǎo)入、更新和刪除班級信息表，完成手機存儲卡內(nèi)文件夾及文件的逐層顯示，方便目標(biāo)班級信息表查找及導(dǎo)入。

信息導(dǎo)入模塊實現(xiàn)將文件中班級和學(xué)生信息按照設(shè)定字段插入SQLite數(shù)據(jù)庫。

圖2 學(xué)生信息錄入模塊順序圖

1.2.2 簽到模塊設(shè)計

簽到模塊是簽到系統(tǒng)的核心模塊，在完成學(xué)生信息錄入模塊中導(dǎo)入班級信息表功能后進(jìn)行。

光學(xué)字符識別技術(shù)(簡稱OCR)識別方法主要可分為2類:基于結(jié)構(gòu)特征的識別和基于統(tǒng)計特征的識別。本系統(tǒng)采用基于結(jié)構(gòu)特征的識別，基本識別過程如圖3所示。

圖3 基于結(jié)構(gòu)特征的OCR識別流程

系統(tǒng)調(diào)用為 Android提供的庫是 Tess-Two，將OCR識別過程融入其中，方便為Android項目使用。Tesseract不僅支持訓(xùn)練功能，且擁有自己的語言包，本系統(tǒng)使用Tesseract提供的英文字符訓(xùn)練文件eng.traineddata來進(jìn)行字符特征匹配。

該模塊調(diào)用手機攝像功能，對學(xué)生證件上的學(xué)號信息進(jìn)行捕捉，調(diào)用Tesseract類庫識別學(xué)號信息，告知用戶識別結(jié)果?？紤]到相機的取景框太大，拍照時難免拍到多余信息，增加圖像預(yù)處理負(fù)擔(dān)，給識別帶來一定難度，需在調(diào)用拍照功能時設(shè)置取景框大小，避免冗余信息的干擾。

簽到模塊基于人性化原則，在學(xué)生忘記攜帶證件的情況下，實現(xiàn)手動輸入學(xué)號進(jìn)行簽到，流程圖如圖4所示。

圖4 證件簽到模塊流程圖

1.2.3 缺勤信息管理模塊設(shè)計

圖5是缺勤信息管理模塊的順序圖。簽到完成，考勤信息被記錄到數(shù)據(jù)庫，該模塊將考勤記錄按照班級和出勤情況進(jìn)行分類，方便教師快速查看出勤情況。對于缺勤學(xué)生，該模塊賦予教師管理缺勤情況功能:編輯缺勤原因，存入數(shù)據(jù)庫;短信預(yù)警缺勤次數(shù)較多的學(xué)生，提醒出勤。

缺勤信息管理模塊同時具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，可將缺勤信息導(dǎo)出手機數(shù)據(jù)庫，存儲到手機存儲卡，以備考勤上報模塊使用，實現(xiàn)考勤管理智能化。

圖5 缺勤信息管理模塊順序圖

1.2.4 考勤上報模塊設(shè)計

考勤上報模塊改進(jìn)了傳統(tǒng)的考勤管理方式，將傳統(tǒng)紙質(zhì)信息升級為電子信息，實現(xiàn)教務(wù)管理智能化。該模塊導(dǎo)入JavaMail開發(fā)包，無須考慮郵件協(xié)議的底層實施細(xì)節(jié)，實現(xiàn)郵箱登錄和郵件發(fā)送。

考勤上報模塊允許用戶登錄郵箱，通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議返回對應(yīng)郵箱服務(wù)器的驗證結(jié)果。驗證成功，添加附件，附件是缺勤信息管理模塊中導(dǎo)出的缺勤表，輸入課程名稱作為郵件標(biāo)題，通過用戶設(shè)定的郵箱發(fā)送郵件。驗證失敗，返回錯誤原因。

該模塊需要手機訪問Internet網(wǎng)絡(luò)，為了高效，應(yīng)使用WiFi或移動3G網(wǎng)絡(luò)通信。

考勤上報模塊順序圖如圖6所示。

圖6 考勤上報模塊順序圖

1.2.5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)中主要是對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行增刪改查操作，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)庫與文件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，主要包含2方面信息:班級信息和學(xué)生信息。E-R圖如圖7所示。

圖7 手機簽到系統(tǒng)E-R圖

系統(tǒng)將對2個表的操作分別封裝到類中，方便實現(xiàn)時的調(diào)用。對學(xué)生表的操作可分為:成批插入學(xué)生，刪除學(xué)生，修改簽到標(biāo)志，添加請假原因，顯示出勤或缺勤學(xué)生;對班級表的操作分為:插入班級，刪除班級及班內(nèi)學(xué)生信息，顯示所有班級。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 學(xué)生信息錄入模塊的實現(xiàn)

學(xué)生信息錄入模塊實現(xiàn)了Excel表與SQLite數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，操作需導(dǎo)入JXL開發(fā)包。

點擊學(xué)生信息錄入模塊主界面右上角的圖像按鈕可以進(jìn)入瀏覽模塊界面。

該界面使用ListView逐層顯示手機文件系統(tǒng)。調(diào)用方法setOnItemClickListener為該ListView添加單擊事件:將Excel表中的學(xué)生信息轉(zhuǎn)存入SQLite。實現(xiàn)過程需創(chuàng)建Excel文件的輸入流，通過函數(shù)Workbook.getWorkbook()得到工作簿對象，調(diào)用 getSheet()得到工作表對象，獲取行列數(shù)，結(jié)合sheet.getCell()和Cell.getContents()循環(huán)取出各行各列的值存入數(shù)組，將數(shù)組存入數(shù)據(jù)庫。返回主界面，彈出對話框，顯示導(dǎo)入成功。

學(xué)生信息錄入模塊的主界面使用ListView顯示已導(dǎo)入班級，每行添加“刪除”按鈕，并添加單擊事件:刪除過期班級和班內(nèi)學(xué)生信息。

2.2 簽到模塊的實現(xiàn)

簽到模塊的主界面顯示3個功能鍵:拍攝，簽到完成和學(xué)號輸入。

簽到完成需在手動簽到或證件簽到完成后進(jìn)行，根據(jù)簽到形成的臨時文件中的記錄修改數(shù)據(jù)庫中學(xué)生的簽到標(biāo)志。

學(xué)號輸入關(guān)聯(lián)手動簽到模塊，該模塊通過Text-Box獲取學(xué)生學(xué)號，點擊按鈕提交，在按鈕單擊事件中將記錄添加到臨時文件。

點擊拍攝鍵進(jìn)入簽到的核心模塊，圖8所示為拍攝模塊的主界面。在拍照時，該界面在中間設(shè)定有紅色線條的框為取景框，繪制大小限制取景范圍;設(shè)定左上角的框為前景框，根據(jù)取景框的大小繪制而成，系統(tǒng)是對前景框的內(nèi)容進(jìn)行識別。系統(tǒng)使用Surface-View控件和自定義的View類子控件OcrFinderView完成取景框的預(yù)覽，使用ImageView控件在前景框中實時顯示取景框的圖像信息。

圖8 拍攝模塊主界面

系統(tǒng)預(yù)覽圖像時，自動調(diào)用方法 PreviewCallback.onPreviewFrame(byte[]data，Camera camera)，重載該方法完成自定義處理，該方法中data參數(shù)存儲預(yù)覽圖像的信息。重載中，使用構(gòu)造函數(shù)YuvImage(data，ImageFormat.NV21，w，h，null)將 data 中的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成 YuvImage對象，調(diào)用 YuvImage.compressToJpeg(Rect rectangle，int quality，OutputStream stream)將YuvImage對象轉(zhuǎn)換成流，進(jìn)一步形成Bitmap對象，調(diào)用自定義方法cutBitmap()截取所需內(nèi)容用于前景框顯示，以便識別。Tesseract的識別率取決于圖片質(zhì)量以及訓(xùn)練庫的能力，需調(diào)用方法Bitmap.copy(Bitmap.Config.ARGB_8888，false)設(shè)置圖片質(zhì)量。

識別時，Tesseract必須有匹配庫，可從官方拷貝或自己訓(xùn)練，系統(tǒng)使用官方的英文匹配庫 eng.traineddata，該庫通過文件操作從項目的assets文件夾輸出到目錄/mnt/sdcard/tessdata中。識別過程需新建 TessBaseAPI對象 baseApi，調(diào)用方法 baseApi.init(TESS_PATH，“eng”)設(shè)定匹配庫的路徑和語言。需要識別的Bitmap類型的圖像是通過baseApi.setI-mage(bitmap)設(shè)定的，而識別結(jié)果是由 baseApi.getUTF8Text()方法根據(jù)初始化的語言獲取的字符串。為了提高識別率，直接調(diào)用Leptonica接口實現(xiàn)圖像的預(yù)處理。為提高系統(tǒng)的健壯性，最后必須調(diào)用baseApi.clear()釋放 bitmap，釋放 native內(nèi)存，調(diào)用baseApi.end()結(jié)束識別。

識別完成，彈出對話框顯示識別結(jié)果，如圖9所示，教師點擊OK功能鍵完成該生簽到。Ok鍵的單擊事件是將獲取的證件號存入臨時文件。

圖9 識別結(jié)果顯示界面

2.3 缺勤信息管理模塊的實現(xiàn)

缺勤信息管理包含查看考勤信息模塊和導(dǎo)出缺勤表模塊。

查看考勤信息模塊由Spinner控件和Button按鈕以及ListView組成。其中，Spinner顯示已導(dǎo)入班級供教師選擇，ListView顯示查詢結(jié)果。2個Button分別用于顯示缺勤和出勤學(xué)生信息，信息根據(jù)簽到標(biāo)志分類，可調(diào)用 rawQuery(sqlstr，args)將結(jié)果存儲在Cursor對象，循環(huán)存入數(shù)組。

ListView添加單擊事件中用LayoutInflater類動態(tài)添加顯示控件，通過 getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE)取得屏幕管理，新建PopupWindow對象，調(diào)用showAtLocation顯示屏幕，為按鈕添加單擊事件。短信預(yù)警的實現(xiàn)調(diào)用系統(tǒng)功能Uri.parse(＂smsto:＂+phone)設(shè)置 Uri，構(gòu)造 Intent(android.content.Intent.ACTION_SENDTO，Uri)對象進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。

導(dǎo)出缺勤表功能由Button按鈕實現(xiàn)，按鈕單擊事件中使用Workbook類的工廠方法Workbook.create-Workbook()創(chuàng)建可寫入的工作薄對象;方法Workbook.createSheet則創(chuàng)建可寫入的工作表對象;構(gòu)造Label對象，調(diào)用addCell(label)循環(huán)添加單元格到工作表中，完成導(dǎo)出過程。

2.4 考勤上報模塊的實現(xiàn)

考勤上報分為郵箱登錄模塊和發(fā)送郵件模塊。郵箱登錄模塊界面通過TextBox控件獲取登錄的用戶名和密碼，點擊右下方“登錄”按鈕進(jìn)行服務(wù)器驗證?！暗卿洝卑粹o的單擊事件通過Session.getDefault-Instance()獲取session對象，收集客戶端與郵件服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接的會話信息。調(diào)用session.getTransport(＂smtp＂)獲取實現(xiàn)SMTP協(xié)議的郵件發(fā)送對象Transport，執(zhí)行 Transport.connect()與服務(wù)器創(chuàng)建連接，返回驗證結(jié)果。

驗證成功，進(jìn)入發(fā)送郵件主頁面，頁面有兩個功能按鈕:添加附件和發(fā)送。使用ListView顯示存儲卡信息，單擊事件調(diào)用自定義方法addAttachment(String filePath)實現(xiàn)附件的添加:創(chuàng)建MimeBodyPart實例，通過set系列方法設(shè)置實例屬性，如MimeBodyPart.setFileName(MimeUtility.encodeText(fds.getName()，＂GBK＂，＂B＂))設(shè)置編碼格式，使附件正常顯示中文;調(diào)用addBodyPart()添加附件到MimeMultipart實例。

點擊目標(biāo)附件跳轉(zhuǎn)至主頁面，ListView顯示添加結(jié)果。輸入郵件主題，點擊“發(fā)送”按鈕，獲取會話信息session對象，創(chuàng)建Message實例，通過Message的set系列方法設(shè)置郵件消息的內(nèi)容，調(diào)用 Transport.send(Message)方法實現(xiàn)郵件發(fā)送。郵件發(fā)送完畢，循環(huán)調(diào)用 multipart.removeBodyPart(i)刪除所有附件，釋放系統(tǒng)資源。

3 結(jié)束語

系統(tǒng)在Android平臺下，調(diào)用 Tesseract類庫，設(shè)計實現(xiàn)了通過智能手機攝像頭，采集證件信息，識別學(xué)生學(xué)號，記錄學(xué)生考勤的應(yīng)用，方便教師記錄考勤，節(jié)省了課上時間，減少教務(wù)處考勤統(tǒng)計的工作量，實現(xiàn)了便捷高效的高校考勤管理系統(tǒng)。

本系統(tǒng)還可以擴展應(yīng)用到企業(yè)內(nèi)部員工會議、上班簽到等需現(xiàn)場鑒別身份信息的業(yè)務(wù)中，系統(tǒng)不受硬件設(shè)備、空間以及預(yù)算的限制，通過智能移動終端為人們的工作和生活提供了更好的服務(wù)。

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