學以致用，勇于創新

楊成 劉媛 張亞楠 端木文燕

【摘 要】本文以學生參與基于人臉識別的課堂考勤系統的學習與實現為例，討論如何將課本知識與實際操作相結合，以提高學生的實踐操作能力和理論應用能力。本文也介紹了基于人臉識別的課堂考勤系統的及設計思路以及實現開發過程，闡述了當代大學生在實踐中實踐創新、在實踐中學以致用的可行性與必要性。

【關鍵詞】大學生自主創新；課堂考勤；人臉識別；特征臉識別算法

一、引言

目前眾多高校的現狀是，許多大學生雖然擁有充足的理論知識但是缺乏將理論知識運用到實際操作中的能力，這一現狀存在已久又被廣大用人企業和社會所垢病。針對這一問題，揚州大學信息工程學院舉辦了“大學生挑戰杯”和“大學生創業苗圃”等一系列活動，號召學生在實踐中深化理論，在理論中深化實踐，使二者相輔相成，最終提高自身的能力，將自己培養成能將理論與實踐相結合的優秀人才，在畢業后能適應社會的發展，滿足行業和社會發展的需要。參與學生大多加深了對理論知識和實際生產技術的認識。學生動手實踐能力顯著提示，學院開拓創新的學風愈發濃厚。活動要求自主創新，以項目為引導，將所學知識、方法和技術運用到項目中。學院聯合各個專業的老師，設置了一系列的科創項目，由學生結合自身專業以及長項自主選擇，組成5人小組，由出題的指導老師帶隊，完成項目的需求。本文以學生參與基于人臉識別的課堂考勤系統為例探討大學生學以致用的必要性，和實踐創新可行性。

二、項目背景

近年來，隨著計算機技術的蓬勃發展，特別是人臉識別技術的不斷突破，傳統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。社會上的智能考勤方式也已經得到了普遍的認可和使用，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，使用人臉識別進行考勤的方式受到的關注最多，除了新穎以外，省去課堂考勤時間，提高課堂效率是主要的原因。經過調查，人工考勤有時很難處理代考勤以及忘記攜帶證件的問題，而人臉識別的考勤可以很好的處理這些問題。另一方面，大多數學校對課堂考勤的數據有數字化和數據跟蹤、分析的需要。在傳統的老師點名然后手動記錄考勤信息最后交至學院管理處的流程中，存在信息丟失，信息核對繁瑣，信息保存不便的缺點，而通過人臉識別的考勤系統可以很方便的收集存儲這些信息，在后期的信息管理和分析上也可以做到自動化，例如統計和分析遲到或早退的學生數據，以及對比歷史的考勤信息。

三、項目介紹

本系統的實現是為解決目前高校課堂考勤中出現的問題，系統目標易用、高效。系統工作前先錄入每個學生人臉圖像。工作時系統通過攝像頭取得當前人臉信息，并進行人臉檢測和識別，最后保存識別結果。根據識別結果系統進行數據分析，得出考勤結果。除人臉信息以外系統還保存有每個學生的基本信息以及課程信息，根據識別結果，系統最終會生成一條包含有學生基本信息、課程信息和考勤信息的考勤結果供教師參考。另外系統和校網聯機，考勤結果最終會自動上傳到數據庫，供學校管理和以后的數據分析使用。由于本系統采用的人臉識別技術可以達到98%的識別成功率，基本可以保證考勤效率和考勤結果的可靠性。相比教師的人工考勤，人臉識別完全可以解決代考勤和代出席的問題。

四、技術相關

開發本系統使用到的開發工具有Eclipse、Tomcat、Mysql數據庫、Open CV2.0開源庫以及可二次開發的人臉識別機器。整個項目的開展包括項目實現以及人臉識別技術的研究學習，由于人臉識別的核心技術非常復雜，受能力和時間限制我們決定采用第三方的可二次開發的人臉識別設備，另外我們也進行人臉識別技術的研究和學習。

五、技術學習

特征人臉算法是數字圖像處理、模式識別、信號處理等方面的一種統計方法，它遵循了PCA的基本原理和基于距離的匹配原理，反復應用于計算機視覺和機器學習應用的各個領域，是最基本的人臉識別方法。在和其余多種人臉識別相關算法比較后，我們選擇研究學習特征臉算法。

六、系統設計

本系統基于C/S和B/S混合體系結構開發。人臉識別采用C/S模式開發，考勤信息管理的設置與查詢采用B/S模式開發。數據庫主要為考勤資料和考勤數據的存取提供服務。Web服務器為請假管理、考勤數據的查詢和輸出提供服務。

本系統采用的體系架構如下圖所示。

C/S和B/S混合體系架構圖

學生可以通過網絡查詢個人的考勤情況和請假審批情況，不受環境限制；教師可以通過網絡查看學生的考勤情況和管理學生請假事務；管理員擁有最高權限，可以通過網絡負責管理整個考勤管理系統。B/S部分，前端使用HTML、CSS、JS、Ajax開發網頁，后端運用Java，JSP，Servlet等編寫；C/S部分是基本的Java SE開發；數據庫部分，我們使用MySQL。

根據需求分析，系統功能模塊結構劃分如下圖所示。

系統功能模塊結構圖

七、項目創新

市面上的人臉識別方案主要是用于大型公共場所以代替繁雜的身份驗證方式或者就是一些個人設備的私人身份登陸驗證。而在學生考勤方面的應用卻比較少，一是其解決方案較為昂貴，二是其人臉識別系統過于獨立無法融入學校的信息系統中。而本系統可采用較為廉價的實現方案：使用教室的電腦資源，同時做到與學校學生考勤系統互連以及數據上傳，提升學校的學生管理工作質量。