新型課堂簽到系統設計

王煜昕

摘要：針對當前學校課堂傳統簽到方式效率低下，費時費力等問題，該文結合當前課堂簽到環境，提出一種簡易課堂電子簽到系統的簡單設計，并給出了關鍵技術的實現方案。

關鍵詞：課堂簽到;視頻抓拍;人臉識別;數據庫

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）12-0095-02

1 引言

傳統課堂簽到方式包括老師點名，學生紙質簽到等方式。無論哪種方式都存在比較耗時，不易后期處理，存儲留證等缺點。隨著信息科學技術的發展，亟需一種簡單、方便的新型課堂簽到系統。

電子簽到方式是基于計算機技術、通信技術、身份識別技術及多媒體互動技術的一種簽到技術，廣泛應用于公司門禁，會議管理等領域。相對于傳統紙質簽到，具有綠色、環保、簡單、方便等優點。

本文將基于常用電子簽到方式的分析，提出一種適用于課堂簽到的系統，并給出一些關鍵技術的實現。

2 課堂簽到分析

課堂簽到的主要參與者群體是學生，電子檔案相對完善，具有人員信息確定不變的特點，課堂位置也相對固定。伴隨電子信息技術的高速發展，課堂網絡攝像頭已廣泛普及，易于捕獲學生人臉信息。并且人臉識別匹配技術發展逐步完善，各種智能化應用也越來越多，此時電子簽到方式的優點便體現出來，它相較于傳統課堂的教師點名以及紙質簽到具有省時省力，效率較高等優點;而相對于采用電子考勤機等設備的方式，又有著價格低廉，方便管理的優點。

3 課堂簽到設計

基于現代課堂簽到環境的分析，我們提出一種基于視頻抓拍和人臉識別的新型課堂簽到系統。該系統主要包括數據庫模塊，人臉識別抓拍模塊，人臉檢索匹配模塊，以及一個用于管理學生信息、查看簽到結果的管理查詢模塊，如圖1所示。

3.1數據庫模塊

該模塊主要包括如下兩張表：

1）學生信息表：用于存儲每個課堂的學生信息，主要包括學生基本信息，人臉照片等。主要表結構如表1所示。

2）簽到信息表：用于存儲學生的每天、每節課的簽到信息。

3.2 人臉識別抓拍模塊

視頻抓拍基于課堂已有的網絡攝像頭，自動識別人臉并進行抓拍，并將抓拍結果傳送到人臉檢索匹配模塊，進行人臉匹配，實現課堂自動簽到。為了保證抓拍識別結果的正確性，可以進行多次抓拍識別。

3.3 人臉檢索匹配模塊

人臉檢索匹配的過程是將檢測到人臉圖像和已知的所有學生圖像信息做比較，判斷相似度是否達到規定閾值，若達到，則認為學生人臉匹配成功。進而在學生信息表數據庫中查詢學生的更多信息，并更新學生簽到數據庫，標記是否完成課堂簽到。

3.4 管理查詢模塊

管理查詢模塊，用于導入學生信息，查詢學生課堂簽到情況。并且提供學生簽到信息批量導出等功能。

4 關鍵技術及簡單實現

本章闡述了實現上節設計的課堂簽到系統需要的關鍵技術和簡單實現。

4.1 數據庫模塊

課堂簽到數據庫模塊可以通過MS Access或MariaDB數據實現。考慮到我們本系統的服務端運行在Linux環境，我們選擇使用MariaDB作為本系統的基礎數據庫。

相比Linux下主流的、收費數據庫MySQL，MariaDB數據庫是MySQL的一個免費分支，主要由開源社區在維護，采用GPL授權許可。MariaDB的目標是提供一個由社區開發的、穩定的、總是免費的MySQL分支。

4.2 人臉識別匹配模塊

對于人臉識別抓拍模塊和人臉檢索匹配模塊，我們使用開源的Face Recognition作為我們的核心識別軟件。結合OpenCV、 python腳本等實現網絡攝像頭的實時幀處理和抓拍功能。

OpenCV用于讀取從網絡攝像頭中采集的每一幀圖像，讓后通過Face Recognition檢測人臉。當檢測到人臉之后，保存當前圖像幀，實現抓拍功能。

人臉的檢索匹配是通過遍歷比較已知人臉圖片實現。圖2顯示了整個人臉識別檢索的過程。

經過實踐發現，在人臉未被遮擋的情況下，該人臉識別模塊具有較高的準確率;但是在人臉被部分遮擋的情況下，該人臉識別系統會出現未能識別或者識別錯誤的情況，此種情況需要在以后的設計實踐中進行分析改進。

4.3 管理查詢模塊

管理查詢使用Nginx搭建WEB服務器實現學生信息的導入和簽到信息的查詢。

Nginx 可以在大多數 Unix Linux OS 上編譯運行，并有 Windows 移植版。 Nginx的1.19.2穩定版已經于2020年8月11日發布，一般情況下，對于新建站點，建議使用最新穩定版作為生產版本，已有站點的升級急迫性不高。Nginx 的源代碼使用 2-clause BSD-like license。

Nginx 是一個很強大的高性能Web和反向代理服務，它具有很多非常優越的特性：均衡負載，bug較少。

在連接高并發的情況下，Nginx是Apache服務不錯的替代品：Nginx在美國是做虛擬主機生意的老板們經常選擇的軟件平臺之一。能夠支持高達 50，000 個并發連接數的響應，感謝Nginx為我們選擇了 epoll and kqueue作為開發模型。

5 總結

本文在分析電子簽到系統的基礎上，結合課堂簽到的特點和環境，選用多媒體簽到的方式，提出了一種新型的課堂簽到解決方案，并對關鍵技術環節給出了相應的實現方案。相比傳統課堂簽到方式具有自動，方便等特點，可極大的節約課堂時間;相比使用簽到機簽到，有著費用低廉、易于管理等特點。同時，通過多次拍照識別也一定程度的避免了代簽現象的出現。總體來講，本課堂簽到系統避免了傳統課堂簽到方式的費時費力和使用簽到機費用過高等缺點，較好地滿足了當下課堂簽到的需要。

當我們測試人臉識別模塊時，出現過被部分遮擋面部無法被識別或者識別出錯的情況，此種情況需要在以后的研究中進行更進一步的分析研究。

該系統也可應用于會議簽到等需要簽到的場合。

參考文獻：

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[2] 基于Python的開源人臉識別庫：離線識別率高達99.38%[EB/OL]. [2020-06-20].https：//blog.csdn.net/xiaoxianerqq/article/details/76269234

[3] 王雪松.會議簽到管理系統設計與實現[D].天津：南開大學，2011.

[4] Nginx[EB/OL].[2020-06-20].https：//baike.baidu.com/item/nginx/3817705？fr=Aladdin.

【通聯編輯：梁書】