朱靖嫻 白文娟 張礪心 劉克楠

摘 要：文章針對當前常用考勤方式中普遍存在的代簽到、考勤數(shù)據(jù)整合較慢等問題，利用人臉識別技術(shù)實現(xiàn)了一種基于Java的在線考勤系統(tǒng)。該系統(tǒng)可大大提高考勤效率，滿足各類場環(huán)境景下的考勤需求，具有識別度高、檢測速度快、操作簡單的特點，能夠為用戶提供更多便利幫助。

關(guān)鍵詞：人臉識別；考勤系統(tǒng)；Java語言；face++

當今高校對培養(yǎng)學生能力、提高學生知識儲備的重視度與日俱增，因此，高校課堂教育的重要性不言而喻。但如今的高校普遍存在缺勤率高、代簽嚴重等問題，傳統(tǒng)的考勤方式如指紋簽到、打卡簽到、點名簽到等都存在很多漏洞。指紋簽到雖然成本較低，但它的可復(fù)制性使這種方法不夠可靠；打卡簽到需要學生隨身攜帶磁卡，但磁卡容易丟失，且攜帶不便，補辦困難；點名簽到更是存在代答道、效率低的問題，這些缺點都給學校的日常考勤帶來了困難。因此，設(shè)計出一種高效、便捷、易于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的考勤系統(tǒng)就成了當務(wù)之急。

近幾年，生物特征識別技術(shù)獲得快速發(fā)展。人臉作為一種生物特征，具有很強的自身穩(wěn)定性和個體差異性，是進行身份驗證的最理想依據(jù)，主要方法包括步態(tài)識別、虹膜識別、皮膚芯片、臉像識別、多模態(tài)（即多生物特征融合）識別技術(shù)等[1]。其中，人臉識別技術(shù)因為具有方便、直觀、易于普及等優(yōu)點尤為受到關(guān)注與研究。

早在20世紀50年代，認知科學家就已著手對人臉識別展開研究。20世紀60年代，人臉識別工程化應(yīng)用研究正式開啟，我國從20世紀80年代開始了對人臉識別技術(shù)的研究，雖然起步較晚，但我國科研人員奮起直追，一些領(lǐng)軍人物已經(jīng)在人臉識別領(lǐng)域建立了屬于自己的行業(yè)地位。隨著當今世界大數(shù)據(jù)時代的到來和人臉識別技術(shù)商業(yè)價值的顯現(xiàn)，這項技術(shù)研究前景十分光明，具有極大的市場需求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能與模塊

人臉識別簽到系統(tǒng)主要由登錄模塊、識別模塊、簽到模塊和后臺管理模塊4個部分組成（見圖1），其中各模塊作用如下。

（1）登錄模塊是授課老師或后臺管理者通過賬號和密碼登錄，查看考勤信息。

（2）識別模塊主要實現(xiàn)的功能是接收一張人臉圖片，調(diào)用系統(tǒng)應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API）對圖片進行人臉識別，得到一個唯一確定此圖片的標識碼。

（3）簽到模塊接收識別模塊中得到的標識碼與數(shù)據(jù)庫中的學生信息比對，查找確認學生信息；通過查詢當前時間和數(shù)據(jù)庫中的課程安排表信息，獲取當前所上課程信息。得到學生和課程信息后，通過邏輯判斷該學生這節(jié)課是否已經(jīng)簽到，若已簽到，忽略；若未簽到，將簽到信息添加到數(shù)據(jù)庫簽到表。該模塊會返回簽到信息，包括：是否簽到成功；學生姓名；學生學號；所簽到課程；若簽到未成功，原因是什么。

（4）后臺管理模塊由后臺管理員負責，主要包括統(tǒng)計簽到信息、錄入或刪除學生信息等功能。

1.2 系統(tǒng)工作流程

本系統(tǒng)總體使用流程介紹如下：打開系統(tǒng)后，首先在后臺根據(jù)當前時間與地點判斷課程與班級人員信息；然后出現(xiàn)人臉識別登錄界面，登錄成功后通過攝像頭捕捉學生面部信息，從攝像頭獲取照片。照片框動態(tài)顯示攝像頭所拍攝照片，點擊“簽到”，從攝像頭獲取照片后鎖定圖片，對照片進行識別，得到一個照片標識，將標識傳給簽到模塊進行簽到，得到簽到信息，并在下方顯示簽到信息[2]。

本系統(tǒng)將人臉識別技術(shù)應(yīng)用在高校課堂考勤中，實現(xiàn)學生簽到功能并統(tǒng)計出當前課堂學生的出勤率，主要流程為：教師登錄、學生刷臉考勤、考勤識別、考勤統(tǒng)計和考勤結(jié)果幾個部分，其具體工作流程（見圖2）介紹如下。

打開本系統(tǒng)軟件后，首先根據(jù)當前時間和輸入的專業(yè)班級判斷當前課程和老師，進入人臉識別登錄界面；使用本系統(tǒng)的老師需要登錄到系統(tǒng)中，登錄完成后，打開攝像頭進行學生簽到工作，通過攝像頭拍攝識別學生面部實現(xiàn)學生簽到，并在所有學生簽到完成后統(tǒng)計出當節(jié)課學生出勤率和未出勤學生名單，完成簽到[3]。

簽到完成后，授課教師可登錄系統(tǒng)查看本節(jié)課程信息，根據(jù)年級、專業(yè)、班級、課程、學號等信息進行篩選所查看數(shù)據(jù)，以表格形式顯示，包括學生到課率和缺勤情況。

數(shù)據(jù)庫中信息通過管理員錄入學生照片信息。數(shù)據(jù)庫中存儲數(shù)據(jù)為采集的學生照片通過face++的API后得到的JSON格式標識碼。

2 人臉識別的軟件設(shè)計

2.1 考勤簽到模塊流程

基于人臉識別實現(xiàn)的考勤簽到系統(tǒng)，就是將采集的人臉信息通過識別模塊轉(zhuǎn)換為標識碼，與數(shù)據(jù)庫中已有的學生圖片標識碼進行對比，查找出最相近的標識碼，輸出對應(yīng)信息，并顯示簽到成功界面；若不存在相似度高的標識碼，則顯示簽到失敗，具體流程如圖3所示。

圖3 考勤簽到流程

2.2 考勤系統(tǒng)算法實現(xiàn)

（1）該系統(tǒng)采用Java開發(fā)語言。首先，Java語言的平臺可移植性使該系統(tǒng)能夠滿足不同高校的要求，使應(yīng)用程序不用修改就可在不同的軟硬件平臺上運行；其次，Java語言具有調(diào)用靈活的特點，通過簡單操作就能實現(xiàn)某功能在不同位置的使用；除此之外，Java語言的安全性與可靠性保證了學生私人信息安全和運行的穩(wěn)定。

（2）該系統(tǒng)算法主要分為3部分：與face++ API的接口實現(xiàn)、課程信息的獲取和標識碼對比。

①接口實現(xiàn)。

首先將采集到的圖片通過Base64算法進行編碼，再通過post方法向face++服務(wù)器發(fā)送HTTP請求，獲得face++ API函數(shù)的使用權(quán)限；然后對采集到的圖片進行處理，得到JSON格式標識碼，再從JSON碼中提取所需關(guān)鍵信息，即標識碼、耗時和錯誤信息；最后將得到的標識碼傳給下一模塊，完成對數(shù)據(jù)庫中學生的查找。

②課程信息獲取。

在數(shù)據(jù)庫中設(shè)置一個專用模塊，用于存放某高校各專業(yè)本學期的課程表。通過計算具體日期和利用時間獲取函數(shù)及當前準確時間，得到所在周數(shù)和第幾節(jié)課信息，查找該專業(yè)本節(jié)課所上科目，與數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的上課學生信息進行對比，完成簽到。

③標識碼對比。

將從JSON格式標識碼中提取出的關(guān)鍵信息與數(shù)據(jù)庫中存儲的該專業(yè)學生標識碼信息進行一一對比，若存在相似度最高的學生說明該學生存在，在顯示界面顯示該學生信息與簽到成功界面，否則顯示簽到失敗界面。

（3）數(shù)據(jù)庫設(shè)計：該系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫進行設(shè)計，數(shù)據(jù)庫中包括學生信息表、教師信息表、課程表、簽到表等信息，表格之間通過外碼進行聯(lián)系。在數(shù)據(jù)庫交互方面，本系統(tǒng)采用封裝操作，將與數(shù)據(jù)庫相關(guān)的操作封裝進函數(shù)，每個表都是一個數(shù)據(jù)表類的子表，封裝了數(shù)據(jù)庫連接及增刪查改功能。

3 人臉識別考勤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 測試步驟

（1）登錄模塊：管理員登錄系統(tǒng)，查看系統(tǒng)能否正常運行，并協(xié)助后面簽到工作。

（2）識別模塊：抽取已錄入信息學生樣本進行測試，在攝像頭捕獲學生面部并進行識別后，對比顯示出的信息和數(shù)據(jù)庫中已錄入的信息是否一致，并統(tǒng)計正確率。

（3）簽到模塊：在完成識別后，查看數(shù)據(jù)庫當前課程簽到表中添加的學生信息和抽取的學生樣本從簽到人數(shù)和簽到信息兩個方面判斷是否一致，并統(tǒng)計正確率。

（4）重復(fù)以上步驟，將樣本人數(shù)不斷增多至班級人數(shù)，統(tǒng)計在更大輸入下系統(tǒng)的可靠性。

3.2 測試目標

對系統(tǒng)小數(shù)量輸入（10～20人）時，識別正確率應(yīng)為85%以上，簽到正確率應(yīng)為80%以上；對系統(tǒng)大數(shù)量（20～50人）時，識別正確率和簽到正確率應(yīng)不低于80%。

3.3 測試環(huán)境

該系統(tǒng)使用Dell電腦作為測試機，處理器為Inter i5核處理器，Windows版本為Win10。

3.4 測試結(jié)果與分析

經(jīng)反復(fù)測試，系統(tǒng)在不同測試樣本數(shù)量下測試結(jié)果如下：當輸入學生為10～20人時，識別和簽到正確率均為85%；當輸入學生為20～50人時，正確率為80%。該測試結(jié)果中存在20%左右的錯誤率，其中大部分錯誤是由于學生面部信息出現(xiàn)改變，如醫(yī)療整形、飾物、化妝及環(huán)境光線等造成的面部特征變化，導致無法從圖片中提取出正確標識碼；另一主要原因是標識碼對比時的準確性問題，即系統(tǒng)未能正確判斷兩個標識碼是否足夠相似。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)利用人臉識別算法實現(xiàn)考勤功能，并通過電腦進行實驗，能達到預(yù)期實驗結(jié)果，充分體現(xiàn)了算法和總體設(shè)計的可行性。系統(tǒng)完成了快速簽到完成學生考勤任務(wù)，擺脫了繁雜的點名簽到，實現(xiàn)了快捷簽到的操作和功能。本系統(tǒng)對往后考勤系統(tǒng)的形式轉(zhuǎn)變作出了很大創(chuàng)新，大大提高了考勤的效率和可靠性，是值得進一步探索和實現(xiàn)的。

[參考文獻]

[1]霍妍，李長明.基于人臉識別考勤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].通化師范學院學報，2016（6）：1-3.

[2]吳美香，鄧園園，裴楓華，等.基于人臉識別的移動課堂考勤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件，2018（1）：5-8.

[3]陳鴻飛，嚴忱君，俞寶福.基于人臉識別的中學課堂考勤系統(tǒng)的設(shè)計[J].科技傳播，2015（8）：91-92.