智能教室考勤系统设计与技术分析

闫玺峰

摘要：文章从智能教室考勤系统的功能需求及设计原则分析入手，基于先进的人脸识别技术，对智能教室考勤系统进行设计。期望通过本文的研究能够对学校考勤工作水平的提升有所帮助。

关键词：智能教室考勤系统人脸识别技术

传统的考勤模式是以教师点名和学生签到为主，由此形成的考勤数据很难实现数字化，不利于统计归档，也不利于大数据管理目标的实现。不仅如此，这种考勤方式还存在代签的情况，教师无法掌握学生的实际出勤率。为了解决这一问题，很多学校采用了电子化考勤，即学生以刷卡的方式进行签到，但也存在代签和学生早退等现象。为此，在智慧校园的背景下，有必要开发一种更加完善的教室考勤系统，从而提高教学管理效率。借此，下面依托先进的人脸识别技术，对智能教室考勤系统进行设计。

1智能教室考勤系统的功能需求及设计原则

1.1功能需求

本次设计开发的考勤系统除了要满足学校对学生考勤的需求之外，还应为师生提供便捷的服务。为实现这一目标考勤系统采用当前先进的人脸识别技术，以学生的面部特征作为识别对象，解决传统考勤方式存在的各种问题。设计的考勤系统要具备友好的考勤方式，以免引起学生的反感;避免考勤过程对教学造成影响;保证考勤过程快速、结果准确;识别率需要达到99%以上，最大误差不得超过1%;考勤结果可实现数字化存储。

1.2系统设计原则

本次设计的基于人脸识别的智能教室考勤系统主要是为了解决学校传统考勤方式存在的问题，在提高考勤工作效率的同时，降低相应的管理成本。基于这一前提，在对考勤系统进行设计时，应当遵循如下几点原则：

1. 2.1可靠性原则。由于考聘系统的运行直接关系到考勤工作的开展成效，所以需要确保设计出来的系统能够保持长时间的稳定、可靠运行。只有这样，才能使考勤系统的作用得以最大限度地发挥。

1. 2.2安全性原则。因设计开发的考勤系统将会取代原本的考勤方式，因此，系统在考勤工作中的重要程度与原本的考勤方式应当保持一致。同时，系统生成的考勤数据，是教师对学生出勤率考核的关键指标，所以必须保证系统的安全性，避免重要数据信息泄露或是被篡改。

1. 2.3实用性原则。本次设计开发的考勤系统需要在Windows操作系统中运行，除了要保证考勤系统的界面友好之外，还要使系统具备操作提醒以及错误管理等功能，这样能够降低用户的学习成本。

2智能教室考勤系统设计与关键技术

2.1系统总体架构

在对基于人脸识别技术的智能教室考勤系统进行设计时，采用当前较为流行的分层式架构体系将整个系统划分为四个层次具体如下用户界面层位于系统的最顶层，用户可在该层中对系统的各项功能进行调用;组件层处于用户界面层之下，由多个独立的组件构成，如图像采集、人脸识别、考勤管理等;数据库层位于组件层之下，其最主要的作用是为考勤系统提供数据存储与管理环境，可对考勤数据信息进行保存;硬件层位于考勤系统的最底部，由相关的硬件设备构成，如服务器、摄像头以及网络传输设备等等。

2.2硬件设计

在本次设计的考勤系统中，硬件主要是图像采集设备、网络传输设备以及服务器等，其中图像采集设备为摄像头，可以按照实际情况进行选择;网络传输设备可以直接使用已有的校园网，不需要进行重新建设;服务器既可以选用虚拟服务器，也可以选择实体服务器。摄像头会将采集到的图像，经校园网传给服务器，并由服务器上的考勤模块来完成学生的考勤工作。在系统硬件设计中，图像采集方式的设计以及相关设备的选择是关键环节。

2.2.1采集方式。本次设计的考勤系统采用的是人脸识别技术，而图像采集则是人脸识别的重点，采集到图像质量优劣，对识别的准确率具有直接影响。为最大限度地降低考勤过程对教学工作的影响，可根据教室的规格对摄像头进行布设，要求摄像头能够覆盖整个学生区域，一般的教室布设两个摄像头即可，特殊教室可以适当增加。学生进入教室坐好之后，摄像头会自动进行拍摄，从而完成图像采集。

2.2.2选择采集设备。由于摄像头需要对图像进行自动采集，并且还要将采集达到的图像经网络传输给服务器，因此，必须确保所选的摄像头具有较高的像素，能够拍摄到足够清晰的图像，基于这一前提所选的摄像头至少要有1300万以上的像素;因教室考勤系统要保持长时间的工作，所以摄像头也必须要连续运行，可用于人脸识别的时间为整堂课，且每个学生只需要成功识别一次即可。故此，选择的摄像头并不需要过高的帧率，基本上10FPS即可。

2.3功能模块设计

在整个系统设计中，功能模块的设计是重中之重，具体包括图像采集模块、标识模块以及考勤模块。

2.3.1图像采集模块的设计。为确保采集到的图像质量能够满足人脸识别的需要，可对图像进行预处理，具体包括均衡化和平滑处理，经过处理之后的图像对比度可以显著提高，图像噪声也能得到有效抑制，为人脸识别的准确率提供了保障。图像采集模块具有人脸提取功能，主要是通过人脸识别器来实现，采用的是轮询机制进行定时检测。

2.3.2标识模块的设计。该模块的主要作用是对人脸信息进行标识，经标识后的人脸信息可以被训练成特征库。通过标识模塊的设计，能够建立待考勤学生的人脸特征库，当学生拥有人脸识别信息之后，智能教室考勤系统便可按照该信息完成识别。

2.3.3考勤模块的设计。该模块由两个部分组成，即学生身份信息识别和教室考勤。其中学生身份信息识别是整个考勤系统的核心部分，当系统载人人脸特征库之后，会将待识别的人脸与特征库存储的人脸信息进行对比，此时系统会自行判断是否为同一个人，若是成功识别，则可获得与该人脸对应的标识信息，即学生的学号，从而完成识别过程。而成功识别的结果，会被自动更新至考勤表当中，识别成功的学生会在考勤表中被标识为“已到”，未能成功识别的学生则会在考勤表中显示“未到”。同时，考勤系统会按照课程的时间，自动终止考勤，并生成考勤结果。

2.4系统的关键技术

本次设计开发的智能教室考勤系统，采用的是人脸识别技术，该技术包含检测与识别两个方面。考勤系统可以利用训练好的分类器完成人脸检测，系统通过对分类器中人脸的信息进行调用，可以实现人脸的检测功能。在对人脸进行检测的过程中，由于彩色图像会影响检测结果，所以需要对图像进行灰度化处理。同时，摄像头在采集图像时，教室内学生基本上处于无意识状态，也就是说并不能保证学生每次都是正脸面对摄像头，这样可能会导致准确率降低，所以需要通过几何校正的方法，对图像进行校正。除此之外，拍摄到的图像中，人脸的大小也存在不一致的情况。因此，需要通过大小校正，来完成规整化的人脸收集。

3结论

综上所述，为解决传统考勤方式存在的弊端，依托先进的人脸识别技术，设计开发了智能教室考勤系统。该系统在考勤过程无需学生或教师的干预，不会影响教学工作的进行，可以满足教室考勤需要。经测试，该系统的运行稳定可靠，识别率能够达到99%以上，具有良好的推广使用价值。

参考文献

[1]秦康，邹益民.一种基于手机二维码的课堂考勤管理系统设计与实现[J].电子测试，2019（4）：54-56.

[2]邱力军，一种非接触式高校学生上课考勤系统设计与开发[J].电子测试，2019（3）：45 47.

[3]张雅琼，华正龙.基于物联网与Android平台的课堂考勤系统的设计与实现[J]微型电脑应用，2019（4）：62-64.

[4]吴鲲.基于大数据的高职“智慧考勤系统”设计研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2018（12）：136-138.

[5]彭毅弘，基于iBeacon定位技术的高校考勤系统设计[J]，福建电脑，2018（11）：145-147.