基于人臉識別的智慧校園系統

畢博　劉洺瑞　侯潔茹　曹可

摘? 要：隨著時代的變換，人們的生活質量越來越高，學生數量不斷擴大，那么問題就涌現出來了。對于不愛學習的學生，逃課替課也許是常態，對于老師而言，教授大量的學生同時還要監督學生上課學習的到場情況就是一大難題。

基于人臉識別的智慧校園系統是將人臉識別技術與學校的基礎監控設施聯系起來，可以有效的對學校的管理進行輔助和建議。可以使用人臉識別技術直接進行人臉識別簽到考勤工作，可以有效防止曠課，替課現象，也可以對學校設施進行監控，對學校設施開放提出建議。

正文：隨著學生群體的擴大，學生的考勤成為一件棘手的事情，尤其是大學生，替課曠課現象尤為嚴重。對于老師而言，教授的學生數量較多時點名簽到就是一件相當麻煩的事，學生就會抱有老師不會浪費時間在點名簽到這件事上的僥幸心理，由此助長了許多大學生逃課替課的邪風。

基于人臉識別的智慧校園系統采用人臉識別技術使用python語言編寫代碼實現人臉信息采集和識別功能。反饋信息和識別算法的聯動機制，根據識別到的人臉信息對識別算法進行優化調整，將收集到的數據與數據庫信息進行連接匹配，能夠很好地解決大學生逃課替課的問題。

本文以智慧校園系統的工作機制及推廣的意義為對象進行研究，主要研究工作機制及工作流程。

1.工作流程

使用python語言實現人臉數據采集的工作流程較為清晰，在收集到數據后將數據與數據庫中的信息進行匹配對比完成人臉識別的工作，整體的工作流程如下：

2.功能分析

人臉識別功能：使用代碼實現人臉拍攝功能后與數據庫中的信息進行匹配完成人臉識別功能。

最優識別算法推薦：基于采集到的數據，設計最優的識別算法。

聯動機制：反饋信息與識別算法的聯動機制，即如何根據識別到的人臉信息，對識別算法進行優化調整。

結果反饋：系統根據識別采集到的人臉，通過最優的識別算法反饋出學生的信息，給出學生的缺課替課信息。

3.算法主要功能實現

該核心算法主要分為三個步驟，從外部攝像頭獲取人臉信息、將實時獲取到的人臉信息轉化為128D特征碼，保存下來、從外部攝像頭采集人臉信息，轉化為特征碼，與已保存的特征碼進行比對。比對誤差較小的，識別成功。

（1）首先使用cv2.VideoCapture調用外部攝像頭硬件進行人臉采集，在采集時使用Dlib進行實時的人臉監測。

（2）在實時人臉監測時，程序會自動提取到10張有明顯特征的圖片，使用return_128d_features將圖片中識別出來的人臉特征碼記為features_cap_arr，保存到csv文件或者數據庫中，便于以后使用。

（3）再次調用外部攝像頭，進行人臉的實時監測，在監測到人臉以后，程序會自動捕獲并轉為128D特征，將新獲取到的128D特征碼和之前保存過的128D特征碼進行比對，比對結果由二者的歐式距離反映，歐式距離大于0.4，則判斷攝像頭中的人是unknown，歐式距離小于0.4，則會找出這個人的相關信息。在后面即可對其進行其他操作。

4.智慧校園系統的特點及意義

（1）突破了學校現有的考勤、考核方法，省去了教室點名和查人時間，在上課過程中，相關設備就可以自動進行人臉采集和識別，并且對考勤情況做出反饋。

（2）在人臉識別的基礎上，可以進行功能擴展。如對于學校開放機房的使用情況進行統計，給出學校機房開放的建議，防止資源浪費、在學校各個地方進行人流量采集，給出學校的建設建議。更方便于學生。

（3）設計教師端和學生端，學生可登陸平臺查詢自己的考勤信息，檢查有無識別錯誤。可以上報處理。教師可以登陸教師端平臺，查看自己課程或者班級的考勤情況，對于學生的出勤分數提供了參考條件。教師和輔導員可以進行請假信息的上傳，該生請假以后，將請假信息上傳到平臺，平臺根據信息實時反饋給設備端，可以跳過對該生的考勤識別。防止信息錯誤導致缺勤，曠課。還可以防止學生瞞報謊報請假信息。

5.項目難點及待解決部分

（1）項目依賴與網絡連接，如果網絡出現錯誤，整個程序都會癱瘓，要做出完整的應對措施，防止因突發停電、斷網導致的數據丟失等問題出現。

（2）光照 光照問題是機器視覺中的老問題，在人臉識別中的表現尤為明顯，算法未能達到使 用的程度。

（3）姿態 與光照問題類似，姿態問題也是人臉識別研究中需要解決的一個技術 難點。針對姿態的研究相對比較少，多數的人臉識別算法主要是針對正面，或接近正面的人臉 圖像，當發生俯仰或者左右側而比較厲害的情況下，人臉識別算法的識別率也將會急劇下降。

（4）遮擋 對于非配合情況下的人臉圖像采集，遮擋問題是一個非常嚴重的問題，特別是在監控環境下，往往被監控對象都會帶著眼鏡﹑帽子等飾物，使得被采集出來的人臉圖像有可能不 完整，從而影響了后面的特征提取與識別，甚至會導致人臉識別算法的失效。

（5）圖像質量 人臉圖像的來源可能多種多樣，由于采集設備的不同，得到的人臉圖像質量也不同，特別是對 于那些低分辨率﹑噪聲大﹑質量差的人臉圖像如何進行有效的人臉識別是個需要關注的問題。同樣的，對于高分辨圖像，對人臉識別算法的影響也需要進一步研究。

（6）與學校設備的聯通 由于學校設備情況不同，要想完成人臉識別功能，還需要進一步的調試和實驗。

6.結論

智慧校園系統是當今科技和互聯網發展結合的產物，符合當前教學情況的需要。會極大地提高學校的管理和教學效率，但是其弊端也很明顯。太過于依賴硬件設備，在一些場合下可能會無法進行工作，受光照。姿態、遮擋和圖像質量影響較大。需要進一步完善算法。做出一個完整的工作流程和錯誤處理機制。

基金項目：遼寧科技學院2020年度大學生創新創業項目??? 項目編號：202011430072