基于人臉識別的校園簽到系統

顧帥 江磊 李天歌

摘 要：隨著硬件與軟件技術的發展，計算機視覺識別逐漸成為軟件行業的熱門技術，其中人臉識別作為最普遍、熱門的應用技術受到了眾多機構的關注。目前，國內外多家廠商和科研機構推出了比較成熟的商用系統或解決方案，其中0rbeus、Face++等已具備工業級別的人臉識別能力。但是這些商用的解決方案授權費用普遍較高，同時由于其只提供服務，源代碼不開源，很難對其進行靈活的定制化改動。

本論文以開源的原則出發，通過使用OpenVC的視覺識別庫，對人臉特征進行訓練，獲得相應的人臉特征分類器，制作出人臉識別引擎，并與QtCreator下開發的學生管理系統和相應的數據庫進行整合，搭建出一個完整的校園人臉識別簽到系統，解決了人臉識別簽到成本高的難題，同時驗證了人臉識別在簽到應用中的價值和技術、經濟可行性。

關鍵詞：簽到;人臉識別;管理系統;OpenCV;QtCreator

一、引言

隨著當今技術的迅速發展，如今各種各樣的簽到管理系統應運而生，通過軟、硬件結合的電子簽到技術，它擁有無紙化、高效、低碳、環保等優點，已逐漸取代傳統的筆簽方式，這也是社會發展的必然趨勢。

由于目前相關技術的不斷成熟，生物特征識別技術在近幾十年中得到了飛速發展。作為人的一種內在屬性，且具有很強的自身穩定性及個體差異性，生物特征成為了自動身份驗證的最理想依據。當前的生物特征識別技術主要有：指紋識別，視網膜識別，虹膜識別，步態識別，靜脈識別，人臉識別等。與其他識別方法相比，人臉識別由于具有直接、友好、隱蔽、方便的特點，使用者無任何心理障礙，易于為用戶所接受，從而受到了廣泛的研究與應用。除此之外，我們還能夠對人臉識別的結果作進一步的分析，得到有關人的性別、種族、表情、年齡等諸多額外的豐富信息，擴展了人臉識別的應用前景，其中一項重要應用就是進行電子簽到。

二、人臉識別的設計

該系統主要有以下功能要求：

（1）用戶登錄模塊

該模塊主要用于用戶的登錄。用戶權限分為系統管理員和普通用戶。當用輸入用戶名和密碼并經過確認為正確后，才能進入人臉識別簽到系統，并識別用戶身份和相應權限，使其擁有相應的功能。如果不是用戶，拒絕進入本系統。普通用戶擁有的權限及功能為創建簽到事件、簽到頁面簽到、查看修改學生信息、查詢修改簽到信息、信息統計、修改密碼系統管理員除擁有普通用戶的所以權限和功能外，還擁有對系統內其他用戶增刪改查的權限。

（2）前臺首頁模塊

登錄系統后首先進入該頁面，并在窗口上方顯示當前登錄用戶名和身份。該模塊是本系統功能流程的核心所在。在選中某一簽到事件后即可在該頁面開啟攝像頭進行人臉識別來簽到。

（3）簽到信息管理模塊

該模塊主要對簽到信息進行增刪改查的操作。創建新的簽到事件后直接可以跳轉到首頁簽到，簡化軟件的操作流程查詢某一特定范圍的簽到事件信息，并可以導出當前顯示的簽到事件表。

（4）學生信息管理模塊

該模塊主要對學生的信息進行增刪改查的操作，并可以導出當前顯示的學生信息表，同時可以查看某個學生的考勤情況，方便了學生的考勤信息統計。

高級管理員管理模塊：該模塊用于系統管理員對系統內用戶進行增刪改查，同時也可以重置普通用戶的登錄密碼、修改自己的登錄密碼。

（6）普通管理員管理模塊

該模塊主要用于普通用戶修改自己的登錄密碼。

（7）核心模塊--人臉識別算法

該模塊與前面的模塊不同，它不在界面上顯示，是本系統識別人臉信息的主要控制與驗證模塊，它包括人臉識別算法和人臉特征庫兩部分，主要負責后臺的人臉圖像采集及檢測、圖像預處理、人臉特征提取以及匹配與識別。

三、系統的分析與設計

（一）系統總設計

根據實際使用中的需求，本系統劃分為五個模塊，分別為：用戶管理、系統登錄、簽到信息管理、學生信息管理及核心模塊，其中核心模塊包含首頁簽到、人臉識別算法、人臉特征庫三個小模塊。

（二）簽到信息管理模塊

簽到信息管理模塊作為簽到系統的信息主體，是系統業務最為復雜的模塊，本系統中該模塊的基本功能為對簽到信息的增刪查。同時該模塊還有選擇簽到項目的功能，進行該操作后可以進行某一項簽到活動。

（三）學生信息管理模塊

學生信息管理模塊的功能是基本的增刪查改操作，其中學生信息查詢功能除查詢學生個人信息之外，還可以查詢簽到情況和相關記錄的統計數據。

（四）用戶信息管理模塊

用戶信息管理模塊除基本的增刪查改功能之外，系統管理員用戶還可以重置其他用戶的密碼，同時所有用戶都有擁有修改本用戶密碼的功能。

（五）人臉識別算法模塊

人臉識別算法模塊作為本系統最核心和最重要的一部分，其功能實現最為困難，其基本流程為圖像采集及檢測、圖像預處理、特征提取、人臉匹配與識別，

四、系統流程設計

由于各功能模塊操作多為數據庫的增刪查改，操作較為簡單，本系統流程設計主要分析登錄的操作，如圖4-1所示，在登錄窗口對登錄用戶進行驗證，并彈窗提示登錄錯誤信息，登錄成功后則根據用戶權限進入不同的用戶界面。

五、總結與展望

本系統實現了人臉識別的功能，包括對攝像頭圖像的采集、人臉圖像采集及檢測、人臉圖像預處理、人臉圖像特征提取以及匹配與識別，以及對學生信息、簽到信息、用戶信息的管理與統計。系統不足之處在于對環境的適應性較差，包括光線和人本身的表情及遮蓋物等。這是由于本身人臉是立體的，在不同光照環境下造成的陰影影響了最終的圖像效果，同時人臉本身的遮蓋物如口罩、眼鏡、頭發、胡須等也會遮蓋一部分五官，會造成人臉特征的大幅度波動，最終對識別效果造成極大影響，如果有需要可以設計使用紅外敏感攝像頭采集圖像，并盡量減少面部遮蓋物，提高識別效果。同時相信在未來的幾年里，這種人臉識別簽到技術將不斷完善，希望倒是能夠活躍在大學課堂里，甚至在任何的考勤場合都可以看到。