基于Haar特征的人臉識別智能宿舍管理系統

王生茂 王嘉豪 尹越 張馳 姜代紅

摘要：針對傳統宿舍管理工作效率低下的問題，文章設計并實現了基于Harr特征的人臉識別智能宿舍管理系統。系統采用Python語言開發，并基于Haar特征識別算法進行人臉識別，實現查缺勤、防代寢、防校外簽到、線上實時請假等功能，識別準確率高，具有廣泛的應用價值。

關鍵詞：宿舍管理;Haar特征識別算法;MySql;Python

中圖分類號：TP391 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）05-0102-03

1引言

由于傳統的人工宿舍管理存在著數據容易出錯，容易丟失且操作煩瑣、工作效率低下、保密性差等弊端。一款基于現代計算機技術的學生宿舍管理系統成為各大高校的迫切需求。

針對上述問題，本文設計并實現了基于Haar特征的人臉識別智能宿舍管理系統。相較于傳統的宿舍管理容易出現學生代寢的漏洞，本系統采用了基于Haar特征的人臉識別技術和基于百度地圖API的實時定位技術，并且結合學院的宿管系統和學生管理系統，將學生，宿管、教師進行了明確分工又融會貫通，及時準確地將每個同學進出寢數據推送給班主任及相關學生負責人。便于宿舍管理工作人員及時了解學生歸寢、出寢情況，為學院的宿舍管理提供了準確的數據依據，把宿舍管理人員從繁雜的宿舍工作中解放出來，杜絕了人為誤差和時間延遲，有效避免了夜不歸宿等現象，保障了學生的安全。

2 Harr特征識別算法

Haar特征是一種基于矩形區域間亮度差異的圖像特征，常用的矩形特征有三種：兩矩形可反映邊緣特征;三矩形可反映線性特征;四矩形可反映指定方向特征[1]。

人臉識別的實現必須要得到圖像的特征值，而要計算出圖像的特征值，就要解決以下兩個問題：

2.1求出每個待檢測圖像中的特征點個數

考慮到每張待檢測的圖像的大小及人臉位置可能不同，需要對于圖像進行框選操作，以[m×n]選框為例，只需要確定了選框左上角頂點[ （x，y）]和右下角頂點[（p，q）]，即可以確定一個矩形;這個矩形還必須滿足下面兩個條件即[（z，c）]條件，滿足[（z，c）]條件的矩形也就是所謂的特征點[2]。

1）矩形[x]方向邊長必須能被正整數[z]整除（即矩形能均等分成[z]段）;

2）矩形[y]方向邊長必須能被正整數[c]整除（即矩形能均等分成[c]段）。

由上分析可知，在[m×n]選框中，滿足[（z，c）]條件的所有矩形，即特征點的個數為：

[Summ，nz，c=x1=1m?z+1m?x1+1z?y1=1n?c+1[n?y1+1c] ? ? ? ? ? ? ?（1）]

2.2求出每個特征點的特征值。

要計算矩形特征點的特征值。就要用到積分圖求特征值的方法。坐標[（x，y）]的積分圖是其左上角的所有像素之和，定義為：

[jjx，y=x'≤x，y'≤yjx'，y'] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [2]

公式（2）中[jjx，y]表示積分圖，[jx'，y']表示原始圖，對于彩色圖，是此點顏色的值;對于灰度圖，是其灰度值[3]。

一個區域的像素值，可以由該區域的端點的積分圖來計算。由前面圖像的特征值的定義可以推出，矩形特征的特征值可以由特征端點的積分圖計算出來[4]。

通過計算每個特征矩形的端點的積分圖，然后再進行簡單的加減運算[5]，就可以得到檢測框中圖像的特征值。得到的特征值，便可運用到本系統中的注冊和簽到功能中的人臉識別部分，且這種方法大大提高了特征值的計算速度，從而間接提高了目標的檢測速度。

3系統設計方案

3.1系統功能模塊

系統主要功能模塊包括授權注冊、智能查寢、學生請假、報修管理、個人信息管理，如圖1所示：

授權注冊：用戶第一次進入系統時，首先需要授權，系統可以獲取到用戶的昵稱、頭像，用戶也可自行設置昵稱。接著驗證手機號和用戶身份信息以及宿舍地址定位，最后拍照上傳學生證信息頁照片。若已注冊，即可登錄。用戶手機號將作為報修、請假的主要聯系方式。

智能查寢：上傳宿舍所有學生臨時自拍照，人臉識別分析宿舍成員情況，如有缺人或宿舍人臉核對不上，查看是否請假，后分時段查詢學生位置信息。若有異常發送信息，記錄情況反饋后臺。

學生請假：系統進行審核學生是否符合條件，不符合即失敗。通過后，宿管查驗是否申請成功，沒有申請成功即請假失敗。通過后進行人臉識別是否為本人，不是即請假失敗，通過后錄入數據庫，即請假成功。

公寓管理：學生提出報修申請，或者投訴管理。如果選中報修管理則進行申報反饋，記錄數據庫，否則結束。

個人信息管理：系統管理員可以根據需求，對學生、教師、宿管的信息進行增刪改查操作。

3.2 系統流程設計

根據上面的分析，整個系統的流程如圖2所示。

3.3系統數據庫設計

本系統共有八個表，其中包括是請假表、學生表、老師表、班級表、報修表、日志表、簽到表、投訴表、但由于篇幅有限，下面僅展示本系統中的一張數據庫表。

4系統實現

4.1注冊

本系統需要登錄才能進入，而登錄之前首先需要注冊，如圖3所示。

注冊時不僅需要輸入個人信息，還需要進行一次人臉數據的錄入，讓機器在后臺進行壓縮訓練，實際操作如圖4所示。

4.2登錄

注冊完畢之后，就可以登錄進入系統了，登錄界面如圖5所示。

4.3系統首頁

登錄成功之后，將會進入首頁界面，系統首頁如圖6所示。

4.4報修界面

進入系統首頁可以看到，本系統擁有報修、請假、投訴、簽到、個人信息中心、天氣查詢，快速搜索等諸多功能，而由于篇幅有限，下面僅展示本系統的一個功能，報修管理界面如圖7所示。

5結束語

本文所介紹的基于Haar特征的人臉識別智能宿舍管理系統采用更先進、更快捷方便的人臉識別和實時定位技術，大大提高了宿舍管理部門的工作效率。本系統充分結合現代化計算機技術，為學校減少了諸多不必要的人力、物力、財力支出，改善了傳統手工宿舍管理信息容易出錯，數據容易丟失等缺陷，使得宿舍管理變得更加標準化、智能化、科學化。

參考文獻：

[1] 劉歡喜.圖像人臉檢測及超分辨率處理[D].上海：上海交通大學，2008.

[2] 黃興晗，杜小甫，劉沂杰.人臉識別技術分類比較[J].電子測試，2021（17）：96-97，29.

[3] 劉暢，程磊，馬丹妮.基于FPGA加速機器學習的方法研究與對比[J].中國新通信，2020，22（1）：82.

[4] 羅莎.基于人臉識別的智能宿舍管理系統研究與開發[J].信息技術與信息化，2020（12）：228-230.

[5] 孫殿波，曾慶虎.信息化人臉識別技術在高校管理中的應用研究[J].赤峰學院學報（自然科學版），2018，34（8）：75-76.

【通聯編輯：謝媛媛】

收稿日期：2021-11-08

基金項目：國家大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：xcx2021312）

作者簡介：王生茂（2000—），男，江蘇常州人，本科在讀，研究方向為軟件工程;王嘉豪（2001—），男，江蘇江陰人，本科在讀，研究方向為人臉識別算法;尹越（2001—），男，江蘇連云港人，本科在讀，研究方向為軟件工程;張馳（2001—），男，江蘇宿遷人，本科在讀，研究方向為信息管理和信息系統;姜代紅（1969—），女，江蘇徐州人，教授，博士，研究方向為數據庫技術。