摘 ?要：課堂考勤系統(tǒng)的作用為督促學(xué)生參與到課堂教學(xué)中，讓學(xué)生能夠更好學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)采用課堂點(diǎn)名的方式，容易打亂教師的授課節(jié)奏。基于對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀的研究和分析，本文提出了該項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，使學(xué)校方面能夠通過(guò)應(yīng)用這種設(shè)備，完成對(duì)學(xué)生考勤系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)和管理，發(fā)揮該設(shè)備應(yīng)有的督促效果。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別技術(shù);課堂考勤系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.4 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）13-0118-02

Design and Research of Classroom Attendance System Based on

Face Recognition Technology

CHEN Ying

（Minxi Vocational & Technical College，Longyan ?364021，China）

Abstract：The role of classroom attendance system is to urge students to participate in classroom teaching，so that students can better learn relevant knowledge. The traditional teaching method uses the way of classroom roll-call，which disrupts the rhythm of teachersteaching. Based on the research and analysis of the current situation of the development of face recognition technology，this paper puts forward the design and implementation method of this technology，so that the school can complete the technology and arrangement of the student attendance system through the application of this equipment，and give full play to the supervision effect of the equipment.

Keywords：face recognition technology;classroom attendance system;system design

0 ?引 ?言

在傳統(tǒng)的課堂考勤中，多采用教師點(diǎn)名或者收集課堂作業(yè)的方法，這會(huì)在很大程度上擾亂教師的授課節(jié)奏，大幅降低教師對(duì)相關(guān)知識(shí)的講解質(zhì)量。在人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用中，學(xué)生必須在進(jìn)入教室前通過(guò)該設(shè)備錄入相關(guān)信息，讓學(xué)校方面能夠分析學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)情況，同時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)入教室的時(shí)間進(jìn)行分析，從而可以了解學(xué)生是否出現(xiàn)遲到等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生各類信息的記錄。

1 ?基于人臉識(shí)別技術(shù)的課堂考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

1.1 ?硬件框架

硬件框架為整個(gè)系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)，因此要從系統(tǒng)負(fù)載的程序以及信息收集等角度出發(fā)，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

硬件設(shè)備上首先為攝像頭，由于在錄入人臉信息時(shí)，通常人臉距離攝像頭的距離較近，這就要求攝像頭擁有較大的廣角，以保證攝像頭采集的信息能夠符合錄入要求。另外，在一些教學(xué)樓中，存在采光效果較差的問(wèn)題，所以需要激光測(cè)距攝像頭、紅外攝像頭等設(shè)備輔助光學(xué)攝像頭，以提高成像質(zhì)量[1]。

其次為相應(yīng)的電路板，包括電阻、電容、電感以及單片機(jī)等各類電子器件，這類設(shè)備的作用為向單片機(jī)中傳遞信號(hào)，并借助單片機(jī)中的程序完成對(duì)相關(guān)信息的比較和收集工作，以記錄學(xué)生進(jìn)入教室的時(shí)間。

最后為輔助硬件，包括緊固件、導(dǎo)線等，在相關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，才能夠保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1.2 ?軟件框架

在軟件框架的設(shè)計(jì)中，首先要確定整個(gè)系統(tǒng)本身發(fā)揮的功能。根據(jù)需求分析，本文確定軟件系統(tǒng)的功能包括圖像記錄、圖像比較、作弊行為比較、時(shí)間記錄等，在確定了相關(guān)功能后，再進(jìn)一步確定這些功能的具體應(yīng)用方式。

通常情況下，在整個(gè)系統(tǒng)的研究和運(yùn)行中，圖像記錄技術(shù)應(yīng)用于收集整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行方法的過(guò)程，將采集到的圖像進(jìn)行分解，并分析這一圖像中的各類具體參數(shù)[2]。在具體的課堂考勤中使用圖像比較技術(shù)，再通過(guò)通信技術(shù)將相關(guān)信息傳輸?shù)浇虅?wù)系統(tǒng)中。作弊行為分析主要用于鑒別學(xué)生使用照片等方式代替簽到的行為，可以通過(guò)分析紅外攝像頭、測(cè)距攝像頭的信息，確定學(xué)生是否存在簽到作弊行為。時(shí)間記錄系統(tǒng)可以使用單片機(jī)中自帶的時(shí)鐘程序進(jìn)行記錄。

1.3 ?通信系統(tǒng)框架

通信系統(tǒng)的主要功能是將學(xué)生的課堂考勤信息傳輸?shù)浇虅?wù)系統(tǒng)，例如在同時(shí)開(kāi)課班級(jí)過(guò)多的情況下，在某些時(shí)間點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生大量的簽到與考勤信息，當(dāng)并發(fā)數(shù)據(jù)量過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行效率下降。因此通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到并發(fā)數(shù)據(jù)過(guò)大的情況，以避免高峰時(shí)段系統(tǒng)崩潰。

本文建設(shè)的框架為，由設(shè)備中設(shè)置的軟件完成對(duì)相關(guān)信息的綜合處理工作，對(duì)比考勤人員的人臉信息、考勤時(shí)間信息等多個(gè)參數(shù)，采用脈沖信號(hào)的方式向教學(xué)管理系統(tǒng)發(fā)送相關(guān)信息。根據(jù)學(xué)生的信息設(shè)置獨(dú)有的編號(hào)，并且在所有信息都符合相關(guān)設(shè)置規(guī)定時(shí)，才發(fā)送相應(yīng)的脈沖信號(hào)到教學(xué)管理的服務(wù)器中，完成對(duì)學(xué)生相關(guān)信息的收集，而對(duì)無(wú)效信息進(jìn)行自動(dòng)放棄傳輸，以降低系統(tǒng)負(fù)載。

2 ?基于人臉識(shí)別技術(shù)的課堂考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

2.1 ?硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，包含攝像頭設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、其余硬件設(shè)計(jì)等內(nèi)容，設(shè)計(jì)方法如下。

2.1.1 ?攝像頭設(shè)計(jì)

在攝像頭設(shè)計(jì)中，為提高硬件設(shè)備的功能性，設(shè)置的攝像頭有三類：光學(xué)攝像頭、紅外攝像頭以及測(cè)距攝像頭。同時(shí)提高攝像頭的搭配合理性，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備空間的高效利用。

對(duì)于光學(xué)攝像頭來(lái)說(shuō)，大廣角狀態(tài)下攝像頭的光圈通常較大，在整個(gè)設(shè)備中占據(jù)的空間較大，在具體的設(shè)計(jì)中，考慮整個(gè)設(shè)備在運(yùn)行中的安裝高度，可以根據(jù)學(xué)生的平均身高確定位置，光學(xué)攝像頭的圓心位于拍照高度的中心線。對(duì)于紅外攝像頭來(lái)說(shuō)，通常情況下光圈的直徑也較大，可以將其設(shè)置在與光學(xué)攝像頭高度一致的位置上，兩者并排排列。而對(duì)于測(cè)距攝像頭來(lái)說(shuō)，占用的空間最小，可以將其設(shè)置在其余兩個(gè)攝像頭的上方或者下方?？紤]到人性化設(shè)計(jì)理念，采用的方法為將其設(shè)置在其余兩個(gè)攝像頭的下方，最終三個(gè)攝像頭呈現(xiàn)倒“品”字形排列。

2.1.2 ?電路設(shè)計(jì)

在電路設(shè)計(jì)中，首先要根據(jù)三個(gè)攝像頭的信息采集和分析方法設(shè)計(jì)相應(yīng)的分析與信號(hào)傳遞電路，應(yīng)用的電子器件包括電阻、電感等相關(guān)設(shè)備[3]。在完成電路的設(shè)計(jì)工作后，將電路整合到同一電路板中，提高對(duì)信息的傳遞與有效性。其次將導(dǎo)線與攝像頭連接，為確保電路能夠發(fā)揮應(yīng)有的信息傳遞功能，因此采用三路接線的方法，即不同類型的攝像頭，通過(guò)導(dǎo)線與其對(duì)應(yīng)的電路板電路連接。最后為電路板與通信系統(tǒng)的連接，在經(jīng)過(guò)對(duì)人臉信息的采集、對(duì)比和時(shí)間信息分析等，由控制芯片發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)電路板中的電子器件放大后，將信號(hào)傳遞到學(xué)生考勤信息的記錄服務(wù)器中，完成數(shù)據(jù)記錄工作。

2.2 ?軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)大致分為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)控制和人臉信息分析兩大模塊。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)控制模塊的作用為完成信息記錄和比較、設(shè)備休眠和運(yùn)行狀態(tài)的切換。對(duì)于信息的記錄和比較系統(tǒng)，在所有學(xué)生錄入人臉信息后，由教學(xué)管理系統(tǒng)的服務(wù)器將這類信息傳入人臉識(shí)別設(shè)備中，為節(jié)省設(shè)備的運(yùn)行資源，可以通過(guò)通信系統(tǒng)，由教學(xué)管理系統(tǒng)將第二天所有進(jìn)入教室的學(xué)生的人臉信息輸入到人臉識(shí)別設(shè)備中。

在人臉信息分析模塊中，學(xué)生錄入初始圖像后，通過(guò)測(cè)量眉間距、鼻翼寬度、眼角間距、鼻尖到下巴長(zhǎng)度等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)人臉中各類參數(shù)的記錄和分析，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中建成學(xué)生學(xué)號(hào)與面部信息的對(duì)應(yīng)系統(tǒng)。在考勤過(guò)程中，光學(xué)攝像頭完成拍攝，通過(guò)設(shè)置的像素計(jì)算程序，測(cè)量考勤人員的面部特征，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行對(duì)比，分析是否為該學(xué)生。同時(shí)，可通過(guò)測(cè)距攝像頭完成對(duì)學(xué)生面部信息的進(jìn)一步分析工作，提高人臉識(shí)別的精度。紅外攝像頭的作用一方面為在夜間或光照強(qiáng)度過(guò)低情況下的照明，另一方面可以分析簽到的學(xué)生，是否存在利用照片等手段進(jìn)行考勤作弊行為。

2.3 ?通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要有兩種設(shè)計(jì)思路，一種為基于硬件設(shè)備的人臉信息分析技術(shù)。這一系統(tǒng)運(yùn)行中，借助該設(shè)備完成對(duì)人臉信息的比較和分析工作，當(dāng)確定所有信息符合考勤要求時(shí)，通過(guò)發(fā)射脈沖信號(hào)的方式，發(fā)送學(xué)號(hào)信息和考評(píng)結(jié)果信息。另一種由服務(wù)器完成對(duì)各類數(shù)據(jù)的分析，設(shè)備本身幾乎不具備數(shù)據(jù)分析能力，只是在完成拍照工作后，將圖片輸入到教學(xué)管理服務(wù)器中，讓其自動(dòng)完成對(duì)各類數(shù)據(jù)的比較和分析工作，并同時(shí)記錄考勤時(shí)間等信息。這種方法對(duì)通信系統(tǒng)的要求極高，整個(gè)通信系統(tǒng)要有較大的帶寬，需要建成完善的光纖通信系統(tǒng)以防止數(shù)據(jù)量過(guò)大時(shí)出現(xiàn)信道堵塞現(xiàn)象。

3 ?基于人臉識(shí)別技術(shù)的課堂考勤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

3.1 ?設(shè)備安裝方面

設(shè)備安裝包括系統(tǒng)各類硬件設(shè)備的安裝工作。攝像頭的性能對(duì)考勤系統(tǒng)的影響巨大，因此需要保證預(yù)留攝像頭坑空間的廣闊性，防止在攝像頭的安裝中，由于預(yù)留空間不足，對(duì)攝像頭造成損壞。另外，攝像頭要與電路板連接，所以在具體的工作中，預(yù)留的空間還需要能夠容納所有的線纜。對(duì)于電路板來(lái)說(shuō)，需要通過(guò)緊固件降低與考勤設(shè)備外殼固定，在具體的構(gòu)件生產(chǎn)中，要分析這一系統(tǒng)對(duì)設(shè)備造成的影響。對(duì)于攝像頭和電路板來(lái)說(shuō)，需要應(yīng)用焊錫工藝，完成各類導(dǎo)線與電路板的連接工作。

3.2 ?設(shè)備調(diào)試方面

在完成設(shè)備制造和安裝工作后，要落實(shí)對(duì)設(shè)備的調(diào)試工作。首先工作人員向?qū)W校教學(xué)管理系統(tǒng)中輸入個(gè)人信息，并設(shè)置編號(hào)。要根據(jù)教務(wù)系統(tǒng)排課時(shí)間，由系統(tǒng)將信息輸入到識(shí)別設(shè)備中。然后進(jìn)行考勤測(cè)試，測(cè)試的內(nèi)容包括正常簽到、簽到作弊和未簽到三種情況，分析實(shí)際的考勤精度。最后根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試的結(jié)果反饋，根據(jù)院校的實(shí)際情況進(jìn)一步完成對(duì)軟硬件的優(yōu)化和完善工作，保證系統(tǒng)能完全符合院校的實(shí)際需求。

4 ?結(jié) ?論

綜上所述，在基于人臉識(shí)別技術(shù)的課堂考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括攝像頭、電路以及各類輔助硬件，軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)控制和人臉信息分析模塊，通信系統(tǒng)要根據(jù)識(shí)別設(shè)備的運(yùn)行原理，確定其實(shí)際運(yùn)行模式，滿足數(shù)據(jù)通信要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張欣蓓，劉旭，王浩博，等.基于人臉識(shí)別技術(shù)的課堂考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].無(wú)線互聯(lián)科技，2019，16（2）：68-70.

[2] 吳美香，鄧園園，裴楓華，等.基于人臉識(shí)別的移動(dòng)課堂考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].軟件，2018，39（1）：5-8.

[3] 王少豪.基于圖像的人臉識(shí)別技術(shù)在高校課堂考勤系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用 [J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017，13（33）：209-210.

作者簡(jiǎn)介：陳穎（1983-），男，漢族，福建龍巖人，助教，研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)軟件。