顧帥 江磊 李天歌

摘 要：隨著硬件與軟件技術(shù)的發(fā)展，計算機視覺識別逐漸成為軟件行業(yè)的熱門技術(shù)，其中人臉識別作為最普遍、熱門的應(yīng)用技術(shù)受到了眾多機構(gòu)的關(guān)注。目前，國內(nèi)外多家廠商和科研機構(gòu)推出了比較成熟的商用系統(tǒng)或解決方案，其中0rbeus、Face++等已具備工業(yè)級別的人臉識別能力。但是這些商用的解決方案授權(quán)費用普遍較高，同時由于其只提供服務(wù)，源代碼不開源，很難對其進(jìn)行靈活的定制化改動。

本論文以開源的原則出發(fā)，通過使用OpenVC的視覺識別庫，對人臉特征進(jìn)行訓(xùn)練，獲得相應(yīng)的人臉特征分類器，制作出人臉識別引擎，并與QtCreator下開發(fā)的學(xué)生管理系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行整合，搭建出一個完整的校園人臉識別簽到系統(tǒng)，解決了人臉識別簽到成本高的難題，同時驗證了人臉識別在簽到應(yīng)用中的價值和技術(shù)、經(jīng)濟可行性。

關(guān)鍵詞：簽到;人臉識別;管理系統(tǒng);OpenCV;QtCreator

一、引言

隨著當(dāng)今技術(shù)的迅速發(fā)展，如今各種各樣的簽到管理系統(tǒng)應(yīng)運而生，通過軟、硬件結(jié)合的電子簽到技術(shù)，它擁有無紙化、高效、低碳、環(huán)保等優(yōu)點，已逐漸取代傳統(tǒng)的筆簽方式，這也是社會發(fā)展的必然趨勢。

由于目前相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，生物特征識別技術(shù)在近幾十年中得到了飛速發(fā)展。作為人的一種內(nèi)在屬性，且具有很強的自身穩(wěn)定性及個體差異性，生物特征成為了自動身份驗證的最理想依據(jù)。當(dāng)前的生物特征識別技術(shù)主要有：指紋識別，視網(wǎng)膜識別，虹膜識別，步態(tài)識別，靜脈識別，人臉識別等。與其他識別方法相比，人臉識別由于具有直接、友好、隱蔽、方便的特點，使用者無任何心理障礙，易于為用戶所接受，從而受到了廣泛的研究與應(yīng)用。除此之外，我們還能夠?qū)θ四樧R別的結(jié)果作進(jìn)一步的分析，得到有關(guān)人的性別、種族、表情、年齡等諸多額外的豐富信息，擴展了人臉識別的應(yīng)用前景，其中一項重要應(yīng)用就是進(jìn)行電子簽到。

二、人臉識別的設(shè)計

該系統(tǒng)主要有以下功能要求：

（1）用戶登錄模塊

該模塊主要用于用戶的登錄。用戶權(quán)限分為系統(tǒng)管理員和普通用戶。當(dāng)用輸入用戶名和密碼并經(jīng)過確認(rèn)為正確后，才能進(jìn)入人臉識別簽到系統(tǒng)，并識別用戶身份和相應(yīng)權(quán)限，使其擁有相應(yīng)的功能。如果不是用戶，拒絕進(jìn)入本系統(tǒng)。普通用戶擁有的權(quán)限及功能為創(chuàng)建簽到事件、簽到頁面簽到、查看修改學(xué)生信息、查詢修改簽到信息、信息統(tǒng)計、修改密碼系統(tǒng)管理員除擁有普通用戶的所以權(quán)限和功能外，還擁有對系統(tǒng)內(nèi)其他用戶增刪改查的權(quán)限。

（2）前臺首頁模塊

登錄系統(tǒng)后首先進(jìn)入該頁面，并在窗口上方顯示當(dāng)前登錄用戶名和身份。該模塊是本系統(tǒng)功能流程的核心所在。在選中某一簽到事件后即可在該頁面開啟攝像頭進(jìn)行人臉識別來簽到。

（3）簽到信息管理模塊

該模塊主要對簽到信息進(jìn)行增刪改查的操作。創(chuàng)建新的簽到事件后直接可以跳轉(zhuǎn)到首頁簽到，簡化軟件的操作流程查詢某一特定范圍的簽到事件信息，并可以導(dǎo)出當(dāng)前顯示的簽到事件表。

（4）學(xué)生信息管理模塊

該模塊主要對學(xué)生的信息進(jìn)行增刪改查的操作，并可以導(dǎo)出當(dāng)前顯示的學(xué)生信息表，同時可以查看某個學(xué)生的考勤情況，方便了學(xué)生的考勤信息統(tǒng)計。

高級管理員管理模塊：該模塊用于系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)內(nèi)用戶進(jìn)行增刪改查，同時也可以重置普通用戶的登錄密碼、修改自己的登錄密碼。

（6）普通管理員管理模塊

該模塊主要用于普通用戶修改自己的登錄密碼。

（7）核心模塊--人臉識別算法

該模塊與前面的模塊不同，它不在界面上顯示，是本系統(tǒng)識別人臉信息的主要控制與驗證模塊，它包括人臉識別算法和人臉特征庫兩部分，主要負(fù)責(zé)后臺的人臉圖像采集及檢測、圖像預(yù)處理、人臉特征提取以及匹配與識別。

三、系統(tǒng)的分析與設(shè)計

（一）系統(tǒng)總設(shè)計

根據(jù)實際使用中的需求，本系統(tǒng)劃分為五個模塊，分別為：用戶管理、系統(tǒng)登錄、簽到信息管理、學(xué)生信息管理及核心模塊，其中核心模塊包含首頁簽到、人臉識別算法、人臉特征庫三個小模塊。

（二）簽到信息管理模塊

簽到信息管理模塊作為簽到系統(tǒng)的信息主體，是系統(tǒng)業(yè)務(wù)最為復(fù)雜的模塊，本系統(tǒng)中該模塊的基本功能為對簽到信息的增刪查。同時該模塊還有選擇簽到項目的功能，進(jìn)行該操作后可以進(jìn)行某一項簽到活動。

（三）學(xué)生信息管理模塊

學(xué)生信息管理模塊的功能是基本的增刪查改操作，其中學(xué)生信息查詢功能除查詢學(xué)生個人信息之外，還可以查詢簽到情況和相關(guān)記錄的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

（四）用戶信息管理模塊

用戶信息管理模塊除基本的增刪查改功能之外，系統(tǒng)管理員用戶還可以重置其他用戶的密碼，同時所有用戶都有擁有修改本用戶密碼的功能。

（五）人臉識別算法模塊

人臉識別算法模塊作為本系統(tǒng)最核心和最重要的一部分，其功能實現(xiàn)最為困難，其基本流程為圖像采集及檢測、圖像預(yù)處理、特征提取、人臉匹配與識別，

四、系統(tǒng)流程設(shè)計

由于各功能模塊操作多為數(shù)據(jù)庫的增刪查改，操作較為簡單，本系統(tǒng)流程設(shè)計主要分析登錄的操作，如圖4-1所示，在登錄窗口對登錄用戶進(jìn)行驗證，并彈窗提示登錄錯誤信息，登錄成功后則根據(jù)用戶權(quán)限進(jìn)入不同的用戶界面。

五、總結(jié)與展望

本系統(tǒng)實現(xiàn)了人臉識別的功能，包括對攝像頭圖像的采集、人臉圖像采集及檢測、人臉圖像預(yù)處理、人臉圖像特征提取以及匹配與識別，以及對學(xué)生信息、簽到信息、用戶信息的管理與統(tǒng)計。系統(tǒng)不足之處在于對環(huán)境的適應(yīng)性較差，包括光線和人本身的表情及遮蓋物等。這是由于本身人臉是立體的，在不同光照環(huán)境下造成的陰影影響了最終的圖像效果，同時人臉本身的遮蓋物如口罩、眼鏡、頭發(fā)、胡須等也會遮蓋一部分五官，會造成人臉特征的大幅度波動，最終對識別效果造成極大影響，如果有需要可以設(shè)計使用紅外敏感攝像頭采集圖像，并盡量減少面部遮蓋物，提高識別效果。同時相信在未來的幾年里，這種人臉識別簽到技術(shù)將不斷完善，希望倒是能夠活躍在大學(xué)課堂里，甚至在任何的考勤場合都可以看到。