楊成 劉媛 張亞楠 端木文燕

【摘 要】本文以學(xué)生參與基于人臉識(shí)別的課堂考勤系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與實(shí)現(xiàn)為例，討論如何將課本知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，以提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力和理論應(yīng)用能力。本文也介紹了基于人臉識(shí)別的課堂考勤系統(tǒng)的及設(shè)計(jì)思路以及實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)過(guò)程，闡述了當(dāng)代大學(xué)生在實(shí)踐中實(shí)踐創(chuàng)新、在實(shí)踐中學(xué)以致用的可行性與必要性。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)生自主創(chuàng)新；課堂考勤；人臉識(shí)別；特征臉識(shí)別算法

一、引言

目前眾多高校的現(xiàn)狀是，許多大學(xué)生雖然擁有充足的理論知識(shí)但是缺乏將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際操作中的能力，這一現(xiàn)狀存在已久又被廣大用人企業(yè)和社會(huì)所垢病。針對(duì)這一問(wèn)題，揚(yáng)州大學(xué)信息工程學(xué)院舉辦了“大學(xué)生挑戰(zhàn)杯”和“大學(xué)生創(chuàng)業(yè)苗圃”等一系列活動(dòng)，號(hào)召學(xué)生在實(shí)踐中深化理論，在理論中深化實(shí)踐，使二者相輔相成，最終提高自身的能力，將自己培養(yǎng)成能將理論與實(shí)踐相結(jié)合的優(yōu)秀人才，在畢業(yè)后能適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，滿足行業(yè)和社會(huì)發(fā)展的需要。參與學(xué)生大多加深了對(duì)理論知識(shí)和實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)的認(rèn)識(shí)。學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力顯著提示，學(xué)院開(kāi)拓創(chuàng)新的學(xué)風(fēng)愈發(fā)濃厚。活動(dòng)要求自主創(chuàng)新，以項(xiàng)目為引導(dǎo)，將所學(xué)知識(shí)、方法和技術(shù)運(yùn)用到項(xiàng)目中。學(xué)院聯(lián)合各個(gè)專業(yè)的老師，設(shè)置了一系列的科創(chuàng)項(xiàng)目，由學(xué)生結(jié)合自身專業(yè)以及長(zhǎng)項(xiàng)自主選擇，組成5人小組，由出題的指導(dǎo)老師帶隊(duì)，完成項(xiàng)目的需求。本文以學(xué)生參與基于人臉識(shí)別的課堂考勤系統(tǒng)為例探討大學(xué)生學(xué)以致用的必要性，和實(shí)踐創(chuàng)新可行性。

二、項(xiàng)目背景

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，特別是人臉識(shí)別技術(shù)的不斷突破，傳統(tǒng)的教師課堂手工考勤方式被智能的人臉或指紋課堂考勤方式取代成為一種可能。社會(huì)上的智能考勤方式也已經(jīng)得到了普遍的認(rèn)可和使用，但是智能考勤在課堂考勤上卻一直缺失。相比較其他各種各樣的課堂考勤方式，使用人臉識(shí)別進(jìn)行考勤的方式受到的關(guān)注最多，除了新穎以外，省去課堂考勤時(shí)間，提高課堂效率是主要的原因。經(jīng)過(guò)調(diào)查，人工考勤有時(shí)很難處理代考勤以及忘記攜帶證件的問(wèn)題，而人臉識(shí)別的考勤可以很好的處理這些問(wèn)題。另一方面，大多數(shù)學(xué)校對(duì)課堂考勤的數(shù)據(jù)有數(shù)字化和數(shù)據(jù)跟蹤、分析的需要。在傳統(tǒng)的老師點(diǎn)名然后手動(dòng)記錄考勤信息最后交至學(xué)院管理處的流程中，存在信息丟失，信息核對(duì)繁瑣，信息保存不便的缺點(diǎn)，而通過(guò)人臉識(shí)別的考勤系統(tǒng)可以很方便的收集存儲(chǔ)這些信息，在后期的信息管理和分析上也可以做到自動(dòng)化，例如統(tǒng)計(jì)和分析遲到或早退的學(xué)生數(shù)據(jù)，以及對(duì)比歷史的考勤信息。

三、項(xiàng)目介紹

本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是為解決目前高校課堂考勤中出現(xiàn)的問(wèn)題，系統(tǒng)目標(biāo)易用、高效。系統(tǒng)工作前先錄入每個(gè)學(xué)生人臉圖像。工作時(shí)系統(tǒng)通過(guò)攝像頭取得當(dāng)前人臉信息，并進(jìn)行人臉檢測(cè)和識(shí)別，最后保存識(shí)別結(jié)果。根據(jù)識(shí)別結(jié)果系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出考勤結(jié)果。除人臉信息以外系統(tǒng)還保存有每個(gè)學(xué)生的基本信息以及課程信息，根據(jù)識(shí)別結(jié)果，系統(tǒng)最終會(huì)生成一條包含有學(xué)生基本信息、課程信息和考勤信息的考勤結(jié)果供教師參考。另外系統(tǒng)和校網(wǎng)聯(lián)機(jī)，考勤結(jié)果最終會(huì)自動(dòng)上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)，供學(xué)校管理和以后的數(shù)據(jù)分析使用。由于本系統(tǒng)采用的人臉識(shí)別技術(shù)可以達(dá)到98%的識(shí)別成功率，基本可以保證考勤效率和考勤結(jié)果的可靠性。相比教師的人工考勤，人臉識(shí)別完全可以解決代考勤和代出席的問(wèn)題。

四、技術(shù)相關(guān)

開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)使用到的開(kāi)發(fā)工具有Eclipse、Tomcat、Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)、Open CV2.0開(kāi)源庫(kù)以及可二次開(kāi)發(fā)的人臉識(shí)別機(jī)器。整個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)展包括項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)以及人臉識(shí)別技術(shù)的研究學(xué)習(xí)，由于人臉識(shí)別的核心技術(shù)非常復(fù)雜，受能力和時(shí)間限制我們決定采用第三方的可二次開(kāi)發(fā)的人臉識(shí)別設(shè)備，另外我們也進(jìn)行人臉識(shí)別技術(shù)的研究和學(xué)習(xí)。

五、技術(shù)學(xué)習(xí)

特征人臉?biāo)惴ㄊ菙?shù)字圖像處理、模式識(shí)別、信號(hào)處理等方面的一種統(tǒng)計(jì)方法，它遵循了PCA的基本原理和基于距離的匹配原理，反復(fù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，是最基本的人臉識(shí)別方法。在和其余多種人臉識(shí)別相關(guān)算法比較后，我們選擇研究學(xué)習(xí)特征臉?biāo)惴ā?/p>

六、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)基于C/S和B/S混合體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)。人臉識(shí)別采用C/S模式開(kāi)發(fā)，考勤信息管理的設(shè)置與查詢采用B/S模式開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)庫(kù)主要為考勤資料和考勤數(shù)據(jù)的存取提供服務(wù)。Web服務(wù)器為請(qǐng)假管理、考勤數(shù)據(jù)的查詢和輸出提供服務(wù)。

本系統(tǒng)采用的體系架構(gòu)如下圖所示。

C/S和B/S混合體系架構(gòu)圖

學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢個(gè)人的考勤情況和請(qǐng)假審批情況，不受環(huán)境限制；教師可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查看學(xué)生的考勤情況和管理學(xué)生請(qǐng)假事務(wù)；管理員擁有最高權(quán)限，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)管理整個(gè)考勤管理系統(tǒng)。B/S部分，前端使用HTML、CSS、JS、Ajax開(kāi)發(fā)網(wǎng)頁(yè)，后端運(yùn)用Java，JSP，Servlet等編寫；C/S部分是基本的Java SE開(kāi)發(fā)；數(shù)據(jù)庫(kù)部分，我們使用MySQL。

根據(jù)需求分析，系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)劃分如下圖所示。

系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

七、項(xiàng)目創(chuàng)新

市面上的人臉識(shí)別方案主要是用于大型公共場(chǎng)所以代替繁雜的身份驗(yàn)證方式或者就是一些個(gè)人設(shè)備的私人身份登陸驗(yàn)證。而在學(xué)生考勤方面的應(yīng)用卻比較少，一是其解決方案較為昂貴，二是其人臉識(shí)別系統(tǒng)過(guò)于獨(dú)立無(wú)法融入學(xué)校的信息系統(tǒng)中。而本系統(tǒng)可采用較為廉價(jià)的實(shí)現(xiàn)方案：使用教室的電腦資源，同時(shí)做到與學(xué)校學(xué)生考勤系統(tǒng)互連以及數(shù)據(jù)上傳，提升學(xué)校的學(xué)生管理工作質(zhì)量。