新型课堂签到系统设计

王煜昕

摘要：针对当前学校课堂传统签到方式效率低下，费时费力等问题，该文结合当前课堂签到环境，提出一种简易课堂电子签到系统的简单设计，并给出了关键技术的实现方案。

關键词：课堂签到;视频抓拍;人脸识别;数据库

中图分类号：TP311     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）12-0095-02

1 引言

传统课堂签到方式包括老师点名，学生纸质签到等方式。无论哪种方式都存在比较耗时，不易后期处理，存储留证等缺点。随着信息科学技术的发展，亟需一种简单、方便的新型课堂签到系统。

电子签到方式是基于计算机技术、通信技术、身份识别技术及多媒体互动技术的一种签到技术，广泛应用于公司门禁，会议管理等领域。相对于传统纸质签到，具有绿色、环保、简单、方便等优点。

本文将基于常用电子签到方式的分析，提出一种适用于课堂签到的系统，并给出一些关键技术的实现。

2 课堂签到分析

课堂签到的主要参与者群体是学生，电子档案相对完善，具有人员信息确定不变的特点，课堂位置也相对固定。伴随电子信息技术的高速发展，课堂网络摄像头已广泛普及，易于捕获学生人脸信息。并且人脸识别匹配技术发展逐步完善，各种智能化应用也越来越多，此时电子签到方式的优点便体现出来，它相较于传统课堂的教师点名以及纸质签到具有省时省力，效率较高等优点;而相对于采用电子考勤机等设备的方式，又有着价格低廉，方便管理的优点。

3 课堂签到设计

基于现代课堂签到环境的分析，我们提出一种基于视频抓拍和人脸识别的新型课堂签到系统。该系统主要包括数据库模块，人脸识别抓拍模块，人脸检索匹配模块，以及一个用于管理学生信息、查看签到结果的管理查询模块，如图1所示。

3.1数据库模块

该模块主要包括如下两张表：

1）学生信息表：用于存储每个课堂的学生信息，主要包括学生基本信息，人脸照片等。主要表结构如表1所示。

2）签到信息表：用于存储学生的每天、每节课的签到信息。

3.2 人脸识别抓拍模块

视频抓拍基于课堂已有的网络摄像头，自动识别人脸并进行抓拍，并将抓拍结果传送到人脸检索匹配模块，进行人脸匹配，实现课堂自动签到。为了保证抓拍识别结果的正确性，可以进行多次抓拍识别。

3.3 人脸检索匹配模块

人脸检索匹配的过程是将检测到人脸图像和已知的所有学生图像信息做比较，判断相似度是否达到规定阈值，若达到，则认为学生人脸匹配成功。进而在学生信息表数据库中查询学生的更多信息，并更新学生签到数据库，标记是否完成课堂签到。

3.4 管理查询模块

管理查询模块，用于导入学生信息，查询学生课堂签到情况。并且提供学生签到信息批量导出等功能。

4 关键技术及简单实现

本章阐述了实现上节设计的课堂签到系统需要的关键技术和简单实现。

4.1 数据库模块

课堂签到数据库模块可以通过MS Access或MariaDB数据实现。考虑到我们本系统的服务端运行在Linux环境，我们选择使用MariaDB作为本系统的基础数据库。

相比Linux下主流的、收费数据库MySQL，MariaDB数据库是MySQL的一个免费分支，主要由开源社区在维护，采用GPL授权许可。MariaDB的目标是提供一个由社区开发的、稳定的、总是免费的MySQL分支。

4.2 人脸识别匹配模块

对于人脸识别抓拍模块和人脸检索匹配模块，我们使用开源的Face Recognition作为我们的核心识别软件。结合OpenCV、 python脚本等实现网络摄像头的实时帧处理和抓拍功能。

OpenCV用于读取从网络摄像头中采集的每一帧图像，让后通过Face Recognition检测人脸。当检测到人脸之后，保存当前图像帧，实现抓拍功能。

人脸的检索匹配是通过遍历比较已知人脸图片实现。图2显示了整个人脸识别检索的过程。

经过实践发现，在人脸未被遮挡的情况下，该人脸识别模块具有较高的准确率;但是在人脸被部分遮挡的情况下，该人脸识别系统会出现未能识别或者识别错误的情况，此种情况需要在以后的设计实践中进行分析改进。

4.3 管理查询模块

管理查询使用Nginx搭建WEB服务器实现学生信息的导入和签到信息的查询。

Nginx 可以在大多数 Unix Linux OS 上编译运行，并有 Windows 移植版。 Nginx的1.19.2稳定版已经于2020年8月11日发布，一般情况下，对于新建站点，建议使用最新稳定版作为生产版本，已有站点的升级急迫性不高。Nginx 的源代码使用 2-clause BSD-like license。

Nginx 是一个很强大的高性能Web和反向代理服务，它具有很多非常优越的特性：均衡负载，bug较少。

在连接高并发的情况下，Nginx是Apache服务不错的替代品：Nginx在美国是做虚拟主机生意的老板们经常选择的软件平台之一。能够支持高达 50，000 个并发连接数的响应，感谢Nginx为我们选择了 epoll and kqueue作为开发模型。

5 总结

本文在分析电子签到系统的基础上，结合课堂签到的特点和环境，选用多媒体签到的方式，提出了一种新型的课堂签到解决方案，并对关键技术环节给出了相应的实现方案。相比传统课堂签到方式具有自动，方便等特点，可极大的节约课堂时间;相比使用签到机签到，有着费用低廉、易于管理等特点。同时，通过多次拍照识别也一定程度的避免了代签现象的出现。总体来讲，本课堂签到系统避免了传统课堂签到方式的费时费力和使用签到机费用过高等缺点，较好地满足了当下课堂签到的需要。

当我们测试人脸识别模块时，出现过被部分遮挡面部无法被识别或者识别出错的情况，此种情况需要在以后的研究中进行更进一步的分析研究。

该系统也可应用于会议签到等需要签到的场合。

参考文献：

[1] 人脸识别[EB/OL].[2020-06-20].https：//github.com/ageitgey/face_recognition.

[2] 基于Python的开源人脸识别库：离线识别率高达99.38%[EB/OL]. [2020-06-20].https：//blog.csdn.net/xiaoxianerqq/article/details/76269234

[3] 王雪松.会议签到管理系统设计与实现[D].天津：南开大学，2011.

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

【通联编辑：梁书】