基于人臉識別的學(xué)生學(xué)情分析系統(tǒng)

胡汪靜 趙克華 盧俊杰 郭浩悅 徐鋒

摘要：當(dāng)前，人臉識別技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于社會的很多個領(lǐng)域，但是并沒涉及高?？记谙到y(tǒng)。本論文的基于人臉識別的學(xué)生學(xué)情分析系統(tǒng)是將人臉識別技術(shù)應(yīng)用于高?？记谙到y(tǒng)之中，這種自動點名模式不僅革新了老師上課叫名字點名的傳統(tǒng)簽到模式，而且還可對學(xué)生的出勤情況進行分析得到有效信息。

本項目的PC端將運用J2EE來實現(xiàn)，后臺接口將PC端和Android端相連接實現(xiàn)信息的傳遞。Android端是針對Android系統(tǒng)和人臉識別的核心技術(shù)進行展開研究和分析，根據(jù)人臉識別理論和算法，提出了在Android平臺下實現(xiàn)人臉識別考勤系統(tǒng)的設(shè)計方案，并最終實現(xiàn)把人臉識別技術(shù)用于學(xué)生課堂到課、曠課的統(tǒng)計之中，其基本原理是借助于安卓設(shè)備和計算機網(wǎng)絡(luò)并利用人臉識別技術(shù)實現(xiàn)自動統(tǒng)計學(xué)生到課情況。

關(guān)鍵詞：人臉識別；考勤系統(tǒng)；J2EE；安卓開發(fā)

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）07-0178-02

引言

隨著科技的不斷進步，“快速、便捷、安全”也成為重要的社會代名詞，所以人們在快速有效的自動身份驗證方面也越來越重視。各方面都在朝著這個目標(biāo)而不斷努力，使得生物特征識別技術(shù)在近幾十年中得到了飛速的發(fā)展[1]。

人臉識別技術(shù)在生物特征識別技術(shù)中占據(jù)越來越重要的地位，將這種技術(shù)運用在大學(xué)生考勤上可以形成智能化的高校。伴隨著Android系統(tǒng)的不斷發(fā)展，人臉識別技術(shù)的逐漸成熟，定位技術(shù)的廣泛應(yīng)用，基于 Android 的人臉識別考勤系統(tǒng)應(yīng)運而生了[3]。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)按照系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計方案和各模塊功能可分為Android端和PC端[4]。PC端具有教師登錄、課程安排、根據(jù)條件查詢、查看歷史數(shù)據(jù)、管理員賬號分配、實時監(jiān)控的功能。Android端具有學(xué)生注冊、學(xué)生登錄、考勤記錄、重新定位的功能。本系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)圖，如下圖1所示：

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 PC端應(yīng)用設(shè)計

每一個教師（管理員）根據(jù)自己的賬號密碼登錄PC端，在登錄系統(tǒng)后，系統(tǒng)分為兩大模塊：信息管理維護模塊和信息查詢反饋模塊。信息管理維護模塊主要是對學(xué)生考勤系統(tǒng)的基本信息進行管理和維護，它是由基礎(chǔ)信息管理、管理員管理和考勤時間段設(shè)置三個部分組成。信息查詢反饋模塊主要是顯示學(xué)生的考勤情況，可以根據(jù)相應(yīng)的需求查出學(xué)校的到勤率、學(xué)院到勤率等。

2.1.1 功能技術(shù)設(shè)計

PC端分為教師和管理員端。教師端具有教師登錄、課程安排、根據(jù)條件查詢、查看歷史數(shù)據(jù)的功能。管理員端具有管理員登錄、賬號分配、實時監(jiān)控的功能。

如圖2所示為PC端的技術(shù)路線圖。

1）判斷登錄

當(dāng)Android端登錄頁面輸入學(xué)號和密碼后，將登錄請求發(fā)給后臺數(shù)據(jù)庫。若該學(xué)號密碼與數(shù)據(jù)庫的用戶表里學(xué)號密碼一一對應(yīng)，則做出登錄成功的應(yīng)答；若若該學(xué)號密碼與數(shù)據(jù)庫的用戶表里學(xué)號密碼不對應(yīng)，則做出登錄失敗的應(yīng)答[5]。

2）判斷考勤時間

在數(shù)據(jù)庫里會根據(jù)學(xué)生的課程表的上課時間，設(shè)置相應(yīng)的考勤時間，只有在那段時間內(nèi)才能開啟考勤系統(tǒng)。所以在學(xué)生登錄系統(tǒng)后，Android端會將登錄時間獲取出來，將這個時間與數(shù)據(jù)庫中的考勤時間進行對比[6]。

3）判斷特征值

Android端會將掃臉的圖片轉(zhuǎn)化成特征值，然后將該特征值發(fā)送給后臺數(shù)據(jù)庫[7]。數(shù)據(jù)庫會查詢該學(xué)生數(shù)據(jù)庫內(nèi)的特征值進行判斷，最后將該結(jié)果返回給Android端。

4）判斷考勤結(jié)果

在數(shù)據(jù)庫里對考勤結(jié)果有自己的判斷方法，該判斷方法返回三個結(jié)果值：已到，遲到，曠課。

2.2 Android端平臺設(shè)計

手機App終端直接應(yīng)用于學(xué)生人臉識別，根據(jù)考勤結(jié)果將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫（以便于PC端查詢相對應(yīng)的數(shù)據(jù)），最后Android端返回考勤成功信息[8]。

2.2.1 人臉識別技術(shù)

人臉注冊 ，首先要先檢測出來人臉，對于靜態(tài)圖片，虹軟人臉SDK中對應(yīng)的是FD，提供了一個方法名稱，叫AFD_FSDK_StillImageFaceDetection 。mRect定義一個了一個矩形框Rect，在此之前我們需要注意虹軟人臉SDK使用的圖像格式是NV21的格式，所以我們需要將獲取到的圖像轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的格式，在List中保存了檢測到的人臉的位置信息和深度信息，我們可以將檢測到的人臉位置信息在圖片上用一個矩形框繪制出來表示檢測到的人臉信息。

通常人臉庫會存放在數(shù)據(jù)庫中，本系統(tǒng)使用List來進行簡單的模擬，并將其保存在文本文件中，需要時從文本中讀取，保存時寫入到文件中[9]。

我們使用一個第三方的擴展庫，ExtGLSurfaceView的擴展 庫CameraGLSurfaceView，用ImageView和TextView顯示檢測到的人臉和相應(yīng)的描述信息[10]。從攝像頭識別人臉，需要使用FT庫，F(xiàn)T庫在人臉跟蹤算法上對人臉檢測部分進行了優(yōu)化，是專門為視頻處理而優(yōu)化的庫。

2.2.2 App功能技術(shù)設(shè)計

手機端具有學(xué)生注冊、學(xué)生登錄、考勤記錄的功能。

如圖3所示為Android端的技術(shù)路線圖。

（1）注冊人臉

1）使用openCamera函數(shù)調(diào)用手機攝像頭進行人臉的掃描[11]。掃描后對人臉進行檢測，并調(diào)用AFD_FSDK_StillImageFaceDetection返回特征值存入數(shù)據(jù)庫學(xué)生表中。

（2）登錄考勤

1）注冊成功后直接跳轉(zhuǎn)到登錄頁面，直接登錄進行考勤。

2）登錄后系統(tǒng)獲取本機時間傳入數(shù)據(jù)庫，判斷是是否為考勤時間。

3）考勤成功數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，判斷該學(xué)生的考勤狀況是準(zhǔn)時到、遲到、還是曠課。

（3）考勤記錄

1）實時數(shù)據(jù)：從數(shù)據(jù)庫考勤記錄表中獲取實時數(shù)據(jù)在界面上顯示。

2）歷史數(shù)據(jù)：根據(jù)考勤記錄表對整個學(xué)期課程考勤記錄的顯示。

2.3 PC與Android端的通信

Android學(xué)生以學(xué)號和密碼登錄系統(tǒng)后進行人臉識別考勤，將考勤次數(shù)傳給數(shù)據(jù)庫，PC端獲取數(shù)據(jù)信息，將該條考勤記錄顯示在該生的考勤里面。實現(xiàn)功能操作如下：

1）設(shè)計一個連接服務(wù)器端的類，用戶寫入url，通過類中的函數(shù)根據(jù) url 中的請求參數(shù)向服務(wù)器進行發(fā)送請求；

2）Web服務(wù)器根據(jù)請求指令所調(diào)用相關(guān)的數(shù)據(jù)，制作并制作成JSON格式數(shù)據(jù)包并且及時發(fā)送給Android 系統(tǒng)客戶端[12]。

3）Android 系統(tǒng)客戶端在接收到JSON格式數(shù)據(jù)包后，對其進行解析。

3 系統(tǒng)應(yīng)用實際測試效果

3.1 APP人臉注冊

學(xué)生通過管理員指定的賬號密碼第一次登錄系統(tǒng)時，系統(tǒng)會馬上進入人臉注冊，轉(zhuǎn)到掃一掃進行人臉識別的注冊，注冊過程中將人臉轉(zhuǎn)成特征值進行存儲，顯示注冊成功的提醒。

3.2 APP人臉識別考勤

在多次測試人臉后，發(fā)現(xiàn)人臉識別置信度與注冊時的人臉有直接關(guān)系，因此需要確保注冊時的人臉是清晰的、完整的，這樣可以大大提高識別率。其次在掃臉過程中，人臉需要針對攝像頭，角度左右不能超過大約30°，另外不同的環(huán)境也會影響識別率的高低，例如光線太暗或具有強烈的光。

3.3 PC端與移動端的通信測試

當(dāng)學(xué)生進行人臉識別注冊后數(shù)據(jù)庫中存入該生的特征值信息進行存儲。

特征值獲取后學(xué)生進行人臉識別匹配，匹配率大于0.6，傳給后臺result成功，系統(tǒng)判斷該生的時間返回一個result的值存入數(shù)據(jù)庫中，后臺根據(jù)result值返回學(xué)生考勤信息。

3.4 Web考勤顯示

當(dāng)學(xué)生用Android端進行考勤時，掃臉?biāo)嬎愠龅奶卣髦禃c數(shù)據(jù)庫里面注冊的人臉特征值進行匹配，當(dāng)兩個特征值匹配成功時會對學(xué)生考勤時間與數(shù)據(jù)庫內(nèi)設(shè)置的對應(yīng)考勤情況時間進行比較，根據(jù)學(xué)生的考勤時間將該條考勤記錄存入數(shù)據(jù)庫，最后將該條考勤記錄推給PC端的實時數(shù)據(jù)頁面顯示出來。

4 總結(jié)

本系統(tǒng)設(shè)計針對目前大學(xué)生考勤系統(tǒng)存在的點名耗時長、學(xué)生曠課情況嚴(yán)重、統(tǒng)計學(xué)生考勤情況工作復(fù)雜等問題，是人臉識別技術(shù)+APP+Web應(yīng)用三者的有機結(jié)合，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)的靈活性。這種自動點名模式不僅革新了老師上課傳統(tǒng)的點到模式，而且還可對學(xué)生的考勤信息等進行自動統(tǒng)計，便于老師和學(xué)院及時了解學(xué)生出勤情況，降低人力、溝通成本，極大提高課堂效率；同時也可實現(xiàn)學(xué)生上課的身份核查與認(rèn)證，有效防范冒名點到等現(xiàn)象。而且本系統(tǒng)還可以釋放老師的工作量，提高老師的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻：

[1] 于寶華，賈于博，谷蘇崗.基于Andriod的高校學(xué)生畢業(yè)設(shè)計管理系統(tǒng)設(shè)計[J].福建電腦，2017，33（12）：137-138.

[2] 車志宏，焦子路，劉榮.人臉識別技術(shù)研究與應(yīng)用[J].電腦編程技巧與維護，2017（16）：78-81.

【通聯(lián)編輯：聞翔軍】