基于數字圖像處理的課堂考勤系統研究

徐光明 翟鋒霖

摘要：高校課堂考勤一直是學生管理的難題。本文提出了基于校園無線網絡的B/S模式，手機拍照上傳考勤照片，請假資料，并選擇請假理由等，利用數字圖像處理技術進行圖像分析，人臉檢測識別，自動進行考勤的系統架構，通過局域限制訪問，一定程度保證個人生物信息安全，代考勤，網絡通信不暢等問題，改善了高校自動考勤的難題。

關鍵詞：考勤;數字圖像處理;B/S;人臉識別;Python;深度學習

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）12-0141-02

0 引言

高等學校考勤一直是學生管理，教學質量保證的主要工作之一。雖然有各種規定，但是仍有同學故意缺勤。考勤也成為任課教師的重要任務。隨著計算機相關硬件和軟件技術的發展，智慧校園建設在高校中已經展開建設。課堂考勤作為智慧校園的一部分，利用人工智能，互聯網及物聯網技術實現無感考勤，可以提高管理水平，促進教學質量提高，讓教師專注教學，又可以各部門及時掌控學生出勤情況，做出管理制度調整，進行公平公正的全面考核。

1 高校課堂考勤管理的現狀與分析

學生考勤制約著高校學風建設的健康發展，是保障高校正常教學秩序的重要舉措，也是體現學生個體的組織性和紀律性，彰顯學校學風、校風的一面旗幟。

1.1 研究現狀

文獻[1]使用企業微信，利用第三方應用進行考勤，需要導入學生基本信息，設置詳細參數。另外，該微信考勤方式對手機定位準確度及網絡信號強度有較大依賴性，人數超過適用范圍，需要不菲的費用，并且材料保存在第三方，安全性方面需要考慮。文獻[2]設計移動應用軟件（APP）讓學生安裝，實現考勤打卡，請假，信息推送服務，可以實現時時考勤，但是必須針對不同系統進行應用開發及維護，每位同學安裝APP，存在限制和代考勤。也有課前大合影課后大合影方式考勤，雖然可以解決考勤問題，也帶來各類不便，如文獻[3][4]。

1.2 目前考勤方式及產品

目前市場上考勤設備有指紋，專用人臉識別考勤系統，手機app考勤等，雖具有強大功能，但存在購買設備及維護費用高，無法考勤（如指紋損壞，手機信號不好等）等現象。

1.3 B/S模式應用分析

B/S模式是一種輕客戶端的系統開發模式。考勤系統把學生考勤圖像信息采集，個人請假證明采集在客戶端進行，人臉檢測和識別，考情記錄等大量的數據處理在服務器端進行，可以在保護數據安全的情況下，進行及時的數據處理，完成考勤信息登記和公布，是一種較APP，指紋打卡，人臉識別專用設備更方便，經濟的考勤方式。

1.4 安全性

隨著4G網絡技術的普及，5G技術的推廣，數據安全備受關注。并且個人生物信息采集是目前非常敏感的隱私安全保護內容。應避免個人信息過度采集。針對學校考情系統信息使用應該制定相應的保護使用條例，規范數據采集使用。使用學校覆蓋的無線局域網，可以限定用戶訪問地址，防止校外虛假考勤。保護學生圖片數據和個人信息數據安全。

1.5 可行性

目前智能機普及率幾乎是百分百。學校無線網絡已經覆蓋所有區域為考勤系統提供了硬件和網絡通信支持。

手機掃碼登錄網站進行拍照，上傳請假證明，只需要學校配置服務器，設計考勤系統，減少了購買考勤硬件，硬件設備維護等費用。降低了考勤系統開發成本。并且可以作為自動化辦公系統的擴展功能，實現考勤數據匯總公布預警的功能擴展。作為智慧校園建設的一部分，為學校智慧校園建設服務。

2 考勤系統設計

2.1 功能模塊設計

根據系統功能，考勤系統劃分為：管理模塊包括系統管理員模塊和教師端管理模塊，實現考勤基本資料導入，瀏覽考勤信息，動態二維碼生成，管理員管理等功能;學生考勤信息登記模塊包括人臉拍照，請假事由選擇和請假材料拍照;人臉檢測和識別模塊包括人臉檢測和人臉識別，實現學生信息人臉信息處理;場景識別模塊實現學生自拍照場景識別，實現偽造考勤控制;考勤登記管理模塊包括全勤登記，請假登記，實現登記人臉識別結果和請假材料登記功能。具體設計如圖1所示。

2.2 學生圖像數據獲取

由于學生上課地點固定，人數固定，因此采集學生人臉生物信息進行訓練只需要在第一次上課時，由學生連接學校無線網絡掃碼登錄考勤網站，手機拍攝有正面，轉頭，抬頭，低頭等視頻，錄入個人學號姓名信息與教師導入的信息進行匹配，訓練后記錄驗證碼，刪除個人驗證視頻信息（保證信息安全）即可。

2.3 教室場景采集和訓練

由于學校教室類型多有：階梯教室，多媒體教室，語音室，口語室，繪畫室，計算機實驗室。類型多樣，需要管理部門提前獲取教室類型視頻資料，進行訓練，以便在學生自拍圖片中匹配教室。防止偽造考勤的情況出現。

2.4 系統實現

本文使用Python，TensorFlow，dlib進行建模，訓練，檢測，信息記錄。使用HTML5，Node.js實現視頻和圖像拍攝并上傳保存到指定位置。數據管理使用MySQL。大部分采用開源，免費資源實現，最大限度降低系統建設費用。

系統需要主要解決的問題有：

（1）用戶端調用設備攝像頭實現拍照;（2）調用用戶端攝像頭拍攝低分辨率（112*112），低幀頻（12-15幀/秒）視頻;（3）用戶瀏覽器訪問系統影響;（4）圖片，視頻傳輸服務器技術;（5）人臉檢測和識別訓練模型搭建技術。

系統用戶運行環境多種多樣，雖然使用B/S模式開發，但是還需要限定用戶使用瀏覽器，目前支持Chrome核心的瀏覽器，可以保障系統安全流暢運行。

3 結語

高效考勤是保證教學質量的重要手段，但是不是唯一手段，還需要提高教學質量，調整教學內容，用專業知識吸引學生，提高全勤率。考勤系統只是一種手段。在降低教師考勤任務強度的同時，為學校智慧校園建設服務。高校考勤系統一直是學校教學管理的重點工作，隨著新技術的出現，考勤系統會更智能化，人性化，為高校管理工作帶了便利。

參考文獻

[1] 李湘勤，黃晨華，門戈陽.微信考勤管理系統在高校課堂中的應用——以韶關學院為例[J].教育教學論壇，2018（17）：8-11.

[2] 向小瓊，李敏，劉景明，等.高校課堂考勤與手機使用限制系統的設計[J].電子技術與軟件工程，2018（07）：52.

[3] 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的設計與實現[J].軟件，2018，39（01）：5-8.

[4] 代闖.基于人臉識別的高校學生考勤管理系統[J].自動化與儀器儀表，2019（09）：198-201.

Study on Class Attendance System based with Digital Image Processing

XU Guang-ming，zhai feng-lin

（Guangdong Peizheng College， Guangzhou? Guangdong? 510830）

Abstract：College classroom attendance management has always been a difficult problem.Based on campus wireless network，this paper proposed attendance system with a B/S model，students take and upload attendance photos and with mobile phone，absence permission，and meantime select the leave options and so on.The system analyse images with digital image processing technology，detect and recognize the face，and? finally record the attendance information automatically. By restricting access，the security of personal biological information can be guaranteed to some extent， and solve the problems of attendance checking and network communication.

Key words：checking;digital image processing;B/S;face recognition;Python;deep learning