基于人脸识别的智能教室系统

甘鲁斌 吴重庆

摘要：相比传统的课堂代课老师自己点名，观察学生上课状态的烦琐情况，基于人脸识别的智能教室系统的智能化程度相对较高，在人脸检测、识别的基础上，对比数据库中录入的信息，自行完成学生签到情况和上课状态监测情况。智能教室系统是教育行业未来研究发展的必然方向，本篇文章对人脸识别和智能教室系统的基本原理进行研究，以提供相关人士进行借鉴。

关键词：人脸识别;智能教室系统

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）23-0203-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

目前大多数学校依旧采用的是代课老师人工点名的旧方法，人工点名也是代课老师督促学生学习的一种手段，但同时也是浪费大家时间的一种行为，班级的巨大人口数以致代课老师点名拖延课堂进度，且使学生有了反感。课堂上学生听课状态由于人数众多，代课老师也无法快速准确的了解到每一位学生的状态，无法了解到自身课堂的效率，智能教室系统可以自主对学生脸部进行识别，分析其有没有上课玩手机、上课睡觉、上课聊天等违规操作，并将结果反馈给代课老师，代课老师在做出相应的调整。因此，必要的基于人脸识别的智能教室系统便被人们所研究。

1人脸识别和智能教室系统

1.1人脸识别

1.1.1人脸检测

人脸识别指的是从不同的角度通过高清摄像头对人脸进行拍照定位确定其位置，但是人脸检测会受到光照、头部的倾斜度和遮挡物等影响。

1.1.2人脸表征

人脸表征是对进行人脸检测后的目标和数据库里面已经存储的人脸，通过几何特征（曲率、角度等）、固定特征模板、特征脸等，对其进行描述。

1.1.3人脸识别

人脸识别的主要功能，将需要识别的人脸识别出来，和数据库中的已有人脸比较，分析数据库之中的信息，得出所进行识别的人脸的个人信息。

1.1.4表情分析

对进行人脸识别的人脸进行表情分析，分析其表情状态，然后进行分类研究。

1.1.5物理分类

物理分类指的是对进行人脸识别的人脸进行脸部物理特征的分类，通過人脸检测、识别，研究出其年龄、性别、种族等相关信息，然后进行识别和资料存储。

1.2人脸识别的意义

随着高科技的发展，人脸识别渐渐的显现在了人们的眼球之中，支付宝的人脸识别支付更是引起了新一代的热潮。人脸识别的兴起一方面是因为人脸识别比较便捷，能够迅速准确地将个人相关信息认知完毕，包括支付、认证等都可以迅捷的解决;另一方面则是传统的密码经常会出现一些包括密码忘记、密码被黑客修改等一系列问题，为此还可能泄露私人信息甚至丢失财产等，人们的安全逐渐得不到保障。

虽然目前人脸识别技术依旧没有达到没有缺点的地步，但也已经相对高端、相对有保障性了，人脸识别根据人们的脸部特征，分断个人信息，因为技术的发达，很少甚至不会出现人脸识别认错人的情况。当人脸识别普遍了以后，人们则不需要随身携带手机、现金等，刷脸支付，教室老师也不用每节课点名，智能教室系统的人脸识别技术会对学生自行进行签到，并观察记录学生的学习情况等。

1.3智能教室系统

基于人脸识别的智能教室系统会在学校班级中起到帮助老师点名、监控学生状态等的作用，随着AI技术的越来越成熟，智能家居的出现，智能教室系统也必然会慢慢应用到各个学校之中，其通过人脸识别技术对上课的所有学生进行自我签到，并对没有上课的同学进行记录，然后由老师去了解学生没有来上课的原因。在上课期间，智能教室系统也会对所有班同学进行学习状态了解，对捣乱睡觉的学生同样进行记录，老师在做出相应的惩罚。这样，有了智能教室系统以后就可以在不影响课堂效率的情况下督促学生，提高其积极性。

1.4人脸识别功能实现

商场想要做人群的智能分析，公安想要做城市的智能监控，所有的行业都希望拥有自己的人工智能，然而人工智能的难度却让大多数人望而却步。旷世（Face++）则是人工智能中的佼佼者，其Face++API云平台已经成了世界上最大的人脸识别功能的云平台，我们所研究的基于人脸识别的教室智能系统只需引入Face++API即可。

2程序设计

该基于人脸识别的智能教室系统的设计与实现主要使用的是JAVA语言，Java是一种跨平台，适合于分布式计算环境的面向对象编程语言，由于其的简易操作性、可靠安全性且适用于多个平台，因此该系统主要使用Java语言。

2.1基于人脸识别的智能教室系统页面功能的实现

JSP中文名叫Java服务器页面，其也是一个简化的Servlet设计，JSP在传统的网页HTML中插入Java程序段和JSP标记，实现HTML语法中的Java扩展，封装产生动态网页的处理逻辑，从而将基于人脸识别的智能教室系统的网页页面显现出来。

2.2基于人脸识别的智能教室系统学生签到功能的实现

智能教室系统可以根据人脸识别技术在上课期间自行对学生进行签到。每一节课的上课老师学生都不一样，智能教室系统需要在课堂前识别老师、本节课课堂时间段，对比数据库选择出该课学生，然后在上课闹铃打响之后，通过人脸识别对班级里已到学生进行人脸自动扫描，然后根据数据库的信息对比，分析他们的个人信息，识别学生身份，进行按时上课登记，并对后来的学生进行识别、迟到登记，登记迟到学生的到班级时间，最后将迟到学生和未到学生的信息发送至老师的手机上。

若该节课有临时变动或者长久变动，代课老师只需要在自己手机上进行网页操作，对本节课进行短期或长期修改，然后智能教室系统则会根据老师修改后的内容在上课时对学生进行签到管理。

2.3基于人脸识别的智能教室系统监测学生状态功能的实现

智能教室系统将会在本节课代课老师的调控下，每5分钟或10分钟或任一时间间隔对学生进行一次状态登记，学生的任何违规操作都躲不掉智能教室系统的检测。智能教室系统在检测到学生的违规情况之后，会实时的上传到代课老师手机上，代课老师然后根据实际情况对该生进行提醒或自己更改讲课方式即可。代课老师手机上显示内容如图1所示。

从图1代课老师手机上收到的内容可以看出该代课老师设置的智能教室系统监测时间间段为10分钟，学生违规状态显现出来了上课玩手机、上课睡觉、上课聊天三种，其他违规状态以xxx代表，学生姓名也根据人脸识别系统识别出了其身份。

通过眼睛的长时间闭合状态判断该学生是否在睡觉，通过身边亮度以及学生的目光是否一直看同一个地方判断该生是否在玩手机，通过嘴型的变化、发出的声音和周边同学的嘴型变化、发出声音判断该生是否在同他人聊天。其他违规情况，智能教室系统则根据其特征做出判断，然后发到代课老师手机上。

基于人脸识别的智能教室系统采用图像分析处理技术，通过教室内高清摄像头拍照，提取学生上课的听课状态图像，对图像分为眼睛模块、嘴巴模块等。对眼睛闭合程度、嘴巴张闭程度、速度进行分析是比较困难的，因为每个人的特征都不一样，无法分析其本身特点，对睡觉、聊天等上课状态进行分析，因此我们根据其图像本身的模糊性采用模糊邏辑法，对图像中的模糊眼睛模块、嘴巴模块等进行分析，判断其上课状态，将上课状态发送给代课老师，代课老师在根据自己的判断和实际情况对学生做出调整或对自己讲课内容做出调整。

3数据库的设计

数据库设计是指在一个给定的环境中，构建一个数据库模式，建立数据库机器应用系统，存储相应有效的数据，从而达到人脸识别后对比分析的目的。目前市场上有一个微信提供的云开发功能，不需要自己建立数据库，微信给用户提供一个JSON数据库，可以将相应的学生、代课老师、课堂名称等数据存储进去，直接引入使用。

该智能教室系统采用的是MySQL数据库进行设计，这个数据库里面包括了学生信息、代课老师信息、课堂名称、课堂时间段等多类别信息，信息之间相互关联，每一节课的或是代课老师或是时间段或是学生构成都不相同，却又紧密联系，教室智能系统需要对其中至少三项进行识别确定该堂课的具体信息，然后进行接下来的识别功能。在数据库交互方面，本系统采用封装操作，将与数据库相关的操作封装进函数，每个表都是一个数据表类的子表，封装了数据库连接及增删查改功能。

4结论

人脸识别是新的科技产物，在愈加成熟的同时也显现出来了一些隐患，它能够快速准确地识别人物身份，并在不同行业起到不同却同样重要的作用。基于人脸识别的智能教室系统是在教育行业意义非凡的一项先进技术，它的人工智能会时刻督促学生们进行学习，智能手机的普遍使得代课老师们对于智能教室系统很快地熟练认知、使用，代课老师将不必把大量的时间用在学生的点到和学生听课状态研究上，只需要在智能教室系统首页上进行查询即可，舒缓了代课老师压力，提高了课堂效率。

参考文献：

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[2]李尚国.基于人脸识别技术的智能监控系统设计方案[J].成都大学学报（自然科学报），2009.

[3]李彬，曲寒冰，靳薇.浅谈人脸识别技术在智能视频监控中的应用与发展趋势[J].中国安防.2011，03：50-53.

【通联编辑：闻翔军】