王生茂 王嘉豪 尹越 張馳 姜代紅

摘要：針對傳統(tǒng)宿舍管理工作效率低下的問題，文章設計并實現(xiàn)了基于Harr特征的人臉識別智能宿舍管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Python語言開發(fā)，并基于Haar特征識別算法進行人臉識別，實現(xiàn)查缺勤、防代寢、防校外簽到、線上實時請假等功能，識別準確率高，具有廣泛的應用價值。

關鍵詞：宿舍管理;Haar特征識別算法;MySql;Python

中圖分類號：TP391 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）05-0102-03

1引言

由于傳統(tǒng)的人工宿舍管理存在著數(shù)據(jù)容易出錯，容易丟失且操作煩瑣、工作效率低下、保密性差等弊端。一款基于現(xiàn)代計算機技術的學生宿舍管理系統(tǒng)成為各大高校的迫切需求。

針對上述問題，本文設計并實現(xiàn)了基于Haar特征的人臉識別智能宿舍管理系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)的宿舍管理容易出現(xiàn)學生代寢的漏洞，本系統(tǒng)采用了基于Haar特征的人臉識別技術和基于百度地圖API的實時定位技術，并且結(jié)合學院的宿管系統(tǒng)和學生管理系統(tǒng)，將學生，宿管、教師進行了明確分工又融會貫通，及時準確地將每個同學進出寢數(shù)據(jù)推送給班主任及相關學生負責人。便于宿舍管理工作人員及時了解學生歸寢、出寢情況，為學院的宿舍管理提供了準確的數(shù)據(jù)依據(jù)，把宿舍管理人員從繁雜的宿舍工作中解放出來，杜絕了人為誤差和時間延遲，有效避免了夜不歸宿等現(xiàn)象，保障了學生的安全。

2 Harr特征識別算法

Haar特征是一種基于矩形區(qū)域間亮度差異的圖像特征，常用的矩形特征有三種：兩矩形可反映邊緣特征;三矩形可反映線性特征;四矩形可反映指定方向特征[1]。

人臉識別的實現(xiàn)必須要得到圖像的特征值，而要計算出圖像的特征值，就要解決以下兩個問題：

2.1求出每個待檢測圖像中的特征點個數(shù)

考慮到每張待檢測的圖像的大小及人臉位置可能不同，需要對于圖像進行框選操作，以[m×n]選框為例，只需要確定了選框左上角頂點[ （x，y）]和右下角頂點[（p，q）]，即可以確定一個矩形;這個矩形還必須滿足下面兩個條件即[（z，c）]條件，滿足[（z，c）]條件的矩形也就是所謂的特征點[2]。

1）矩形[x]方向邊長必須能被正整數(shù)[z]整除（即矩形能均等分成[z]段）;

2）矩形[y]方向邊長必須能被正整數(shù)[c]整除（即矩形能均等分成[c]段）。

由上分析可知，在[m×n]選框中，滿足[（z，c）]條件的所有矩形，即特征點的個數(shù)為：

[Summ，nz，c=x1=1m?z+1m?x1+1z?y1=1n?c+1[n?y1+1c] ? ? ? ? ? ? ?（1）]

2.2求出每個特征點的特征值。

要計算矩形特征點的特征值。就要用到積分圖求特征值的方法。坐標[（x，y）]的積分圖是其左上角的所有像素之和，定義為：

[jjx，y=x'≤x，y'≤yjx'，y'] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [2]

公式（2）中[jjx，y]表示積分圖，[jx'，y']表示原始圖，對于彩色圖，是此點顏色的值;對于灰度圖，是其灰度值[3]。

一個區(qū)域的像素值，可以由該區(qū)域的端點的積分圖來計算。由前面圖像的特征值的定義可以推出，矩形特征的特征值可以由特征端點的積分圖計算出來[4]。

通過計算每個特征矩形的端點的積分圖，然后再進行簡單的加減運算[5]，就可以得到檢測框中圖像的特征值。得到的特征值，便可運用到本系統(tǒng)中的注冊和簽到功能中的人臉識別部分，且這種方法大大提高了特征值的計算速度，從而間接提高了目標的檢測速度。

3系統(tǒng)設計方案

3.1系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)主要功能模塊包括授權注冊、智能查寢、學生請假、報修管理、個人信息管理，如圖1所示：

授權注冊：用戶第一次進入系統(tǒng)時，首先需要授權，系統(tǒng)可以獲取到用戶的昵稱、頭像，用戶也可自行設置昵稱。接著驗證手機號和用戶身份信息以及宿舍地址定位，最后拍照上傳學生證信息頁照片。若已注冊，即可登錄。用戶手機號將作為報修、請假的主要聯(lián)系方式。

智能查寢：上傳宿舍所有學生臨時自拍照，人臉識別分析宿舍成員情況，如有缺人或宿舍人臉核對不上，查看是否請假，后分時段查詢學生位置信息。若有異常發(fā)送信息，記錄情況反饋后臺。

學生請假：系統(tǒng)進行審核學生是否符合條件，不符合即失敗。通過后，宿管查驗是否申請成功，沒有申請成功即請假失敗。通過后進行人臉識別是否為本人，不是即請假失敗，通過后錄入數(shù)據(jù)庫，即請假成功。

公寓管理：學生提出報修申請，或者投訴管理。如果選中報修管理則進行申報反饋，記錄數(shù)據(jù)庫，否則結(jié)束。

個人信息管理：系統(tǒng)管理員可以根據(jù)需求，對學生、教師、宿管的信息進行增刪改查操作。

3.2 系統(tǒng)流程設計

根據(jù)上面的分析，整個系統(tǒng)的流程如圖2所示。

3.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

本系統(tǒng)共有八個表，其中包括是請假表、學生表、老師表、班級表、報修表、日志表、簽到表、投訴表、但由于篇幅有限，下面僅展示本系統(tǒng)中的一張數(shù)據(jù)庫表。

4系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1注冊

本系統(tǒng)需要登錄才能進入，而登錄之前首先需要注冊，如圖3所示。

注冊時不僅需要輸入個人信息，還需要進行一次人臉數(shù)據(jù)的錄入，讓機器在后臺進行壓縮訓練，實際操作如圖4所示。

4.2登錄

注冊完畢之后，就可以登錄進入系統(tǒng)了，登錄界面如圖5所示。

4.3系統(tǒng)首頁

登錄成功之后，將會進入首頁界面，系統(tǒng)首頁如圖6所示。

4.4報修界面

進入系統(tǒng)首頁可以看到，本系統(tǒng)擁有報修、請假、投訴、簽到、個人信息中心、天氣查詢，快速搜索等諸多功能，而由于篇幅有限，下面僅展示本系統(tǒng)的一個功能，報修管理界面如圖7所示。

5結(jié)束語

本文所介紹的基于Haar特征的人臉識別智能宿舍管理系統(tǒng)采用更先進、更快捷方便的人臉識別和實時定位技術，大大提高了宿舍管理部門的工作效率。本系統(tǒng)充分結(jié)合現(xiàn)代化計算機技術，為學校減少了諸多不必要的人力、物力、財力支出，改善了傳統(tǒng)手工宿舍管理信息容易出錯，數(shù)據(jù)容易丟失等缺陷，使得宿舍管理變得更加標準化、智能化、科學化。

參考文獻：

[1] 劉歡喜.圖像人臉檢測及超分辨率處理[D].上海：上海交通大學，2008.

[2] 黃興晗，杜小甫，劉沂杰.人臉識別技術分類比較[J].電子測試，2021（17）：96-97，29.

[3] 劉暢，程磊，馬丹妮.基于FPGA加速機器學習的方法研究與對比[J].中國新通信，2020，22（1）：82.

[4] 羅莎.基于人臉識別的智能宿舍管理系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].信息技術與信息化，2020（12）：228-230.

[5] 孫殿波，曾慶虎.信息化人臉識別技術在高校管理中的應用研究[J].赤峰學院學報（自然科學版），2018，34（8）：75-76.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2021-11-08

基金項目：國家大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（項目編號：xcx2021312）

作者簡介：王生茂（2000—），男，江蘇常州人，本科在讀，研究方向為軟件工程;王嘉豪（2001—），男，江蘇江陰人，本科在讀，研究方向為人臉識別算法;尹越（2001—），男，江蘇連云港人，本科在讀，研究方向為軟件工程;張馳（2001—），男，江蘇宿遷人，本科在讀，研究方向為信息管理和信息系統(tǒng);姜代紅（1969—），女，江蘇徐州人，教授，博士，研究方向為數(shù)據(jù)庫技術。