基于人脸图像的考勤系统设计

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　　摘要：为了解决传统的考勤方式存在的问题，缩短课堂考勤时间，提高考勤效率，设计了基于人脸图像的考勤系统。系统基于百度人工智能开放平台提供的人脸识别接口，采用MVC设计模式，高效整合服务器、浏览器和数据库，具有清晰的系统结构。学生通过提交人脸图像进行注册，教师通过现场采集人脸图像进行考勤。教师可通过相应接口查看课堂考勤结果，并汇总统计。该系统能够解决传统的纸质考勤和指纹考勤存在的问题，为高校课堂管理提供技术支持。
　　关键词：考勤;课堂管理;人脸图像;MVC设计模式;人脸识别
　　中图分类号：TP311文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2020）21-0005-03
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　1 背景
　　高校课堂是大学生端正思想、学习知识、提升修养、树立合法正确人生观、价值观、世界观的主要场所。作为当代大学生，我们应当按时到达课堂、积极参与课堂考勤与教学活动，主动维持课堂教学秩序，响应高校建设优良学风的制度，同时也有利于我们自身纪律意识的养成。但是就目前高校形势而言，学生基数大，教室分布范围极广，且学生流动性强，传统的考勤方式存在着工作量大、人手不充足、数据统计困难、管理效率低下等问题，学生缺勤状况频频出现，甚至存在代上课代考勤现象，导致不良学风的形成，严重影响了学生的学习成绩与高校的形象建立。
　　在传统的考勤方式里，人工点名、打卡考勤和指纹考勤各自占有了重要地位。人工点名虽然可以灵活运用，但是需要的人力资本太大，且統计不便。打卡考勤虽然便于统计，但是无法根除代打卡、代考勤问题的出现。指纹签到虽然利用了人体生物特征，不会出现代考勤的状况，但是遇到指纹浅、破损指纹或者干燥天气等无法识别的情况，也会产生一些需要特殊处理的问题。人脸考勤运用了人体生物特征技术，不但具有标记唯一的特点，而且易于管理，便于统计，并且准确度、实时性和可操作性都具有一定保证，相对于传统考勤方式，具有显著的优势。
　　2 系统分析
　　基于人脸图像的考勤系统主要包括四个部分：登录模块部分、学生模块部分、教师模块部分以及管理员模块部分。登录模块部分包括学生、教师、管理员三种目标角色的登录功能;学生模块部分包括人脸注册、查看个人课程信息、查看个人考勤信息以及修改密码功能;教师模块部分包括课堂考勤、查看个人所教授课程信息，查看、修改课程考勤信息，修改密码;管理员模块部分包括查看、修改、删除学生信息、教师信息、课程信息与考勤信息，同时也可对人脸库进行相关管理：人脸注册，人脸更新，复制用户，删除用户，创建学院，删除学院，学院列表查询，人脸搜索。系统用例图如图1所示。
　　3 系统设计
　　3.1 系统体系结构
　　本系统采用MVC设计模式，视图层由JSP结合HTML，css，JavaScript技术实现，负责与用户进行交互，从模型中获取数据向用户进行展示，同时也能将用户请求传递给控制层进行处理。当模型发生变化时，视图层对用户界面进行同步更新，从而保持与模型数据的一致性。控制层由Servlet实现，负责应用程序中处理用户交互的部分，他负责从视图中读取数据，控制用户输入并向模型发送数据。业务逻辑层从控制层接收数据，根据业务规则协调模型层对象完成业务逻辑操作，返回控制层需要数据。
　　DAO层将从业务逻辑层接收到的命令执行，对具体的数据库信息表进行操作，实现增删改查。在本系统中，学生DAO层、教师DAO层、管理员DAO层、课程DAO层、考勤DAO层分别负责对应信息表的查询、修改、删除操作。实体类封装各个实体模型对象，执行实体对象业务逻辑操作，在本层中封装Student、Teacher、Manager、Classl、Attendance五个实体类。
　　3.2 系统总体设计
　　系统的角色分为教师、学生和管理员。三种角色可分别通过登录模块进入系统，学生通过登录模块登录成功以后，可以执行人脸注册操作，通过上传个人清晰无遮挡的正面照片，调用AI开放平台API，向平台人脸库中注册用户人脸。同时也可执行查看课程信息、考勤信息，修改密码与注销登录操作;教师在登录后，将课上通过摄像设备采集的多人图片上传至系统，服务器通过调用AI开放平台的API与人脸库中的人脸进行比对搜索操作，并返回比对成功的人脸信息列表，将该人脸信息列表ID同数据库中的学生信息进行比较搜索并返回至前端;管理员可通过操作数据库的增删改查来操作管理学生信息表、教师信息表、课程信息表以及考勤信息表，同时也可调用相应API对人脸库进行相关操作。系统的模块层次如图2所示。
　　系统在Eclipse平台开发，基于B/S架构，运行维护比较便捷，能够实现不同的用户角色，在不同的地点、利用不同的接人方式、对共同的数据进行访问和操作。运用MVC设计模式，完成系统的体系结构设计，采用HTML、CSS、JavaScript等技术编写JSP页面;Java语言进行后台数据处理。AI开放平台选用“百度智能云”，与其他平台相比，它可以在待识别的图片中存在多张人脸的情况下，支持在一个人脸库中，一次请求，同时返回图片中所有人脸的识别结果（M：N模式），图片支持PNG、JPG、JPEG、BMP等多种图片格式。
　　4 系统主要功能实现
　　4.1 学生端功能实现
　　学生模块主界面采用绿色作为主色调，采用Frameset框架进行嵌套搭建，顶部为Banner及信息提示区，底部为版权信息区，主体部分采用中心1200像素区域作为安全区以避免不同浏览器的兼容问题，左侧为纵向导航，单击后相应信息会在右侧区域进行显示。
　　4.1.1人脸注册
　　进行课堂考勤之前，学生必须将人脸信息注册至人脸库，要求采用清晰无遮挡人脸正面照片来进行注册，逻辑实现时序图如图3所示。 人脸注册需要将人脸ID（学号）、学院以及人脸图片路径作为参数传人，调用API成功注册以后会弹出提示框提示操作结果，运行界面图如图4所示。 　　4.1.2查看课程信息，考勤信息
　　学生可以查看自己专业所要学习的课程信息和自己个人的考勤信息，把查询课程信息请求发送至控制层，在控制层调用业务逻辑层find0方法，利用DAO层与数据库进行交互，获得课程信息并返回，时序图如图5所示。
　　“查看课程信息”导航与“查看考勤信息”导航均以该学生的学号为基础进行查询，展示结果为学生个人信息，不会涉及其他学生信息，安全性较高，运行界面图如图6、7所示。
　　4.2 教师模块功能实现
　　4.2.1查看课程信息
　　教师可以在“查看课程信息”导航里查看自己所教授的课程，将教师查询课程信息请求发送给控制层，在控制层调用业务逻辑层listAIlO方法，利用DAO层与数据库进行交互，获得课程信息并返回。“查看课程信息”导航会显示教师所教授课程的所有信息，包括课程号、课程名称、教工號、教师姓名与课程专业。如图8所示。
　　4.2.2 查看、修改考勤信息
　　教师可以在“查看考勤信息”导航中可查看自己所教授的课程的学生考勤信息，将教师查询/修改课程信息请求发送给控制层，在控制层调用业务逻辑层listAIlO/update0方法，利用DAO层与数据库进行交互，完成相关操作并返回。时序图如图9所示。
　　如果识别有误，教师可在“查看考勤信息”查看自己课程内学生的考勤情况，并及时予以修正，部分相关运行界面图如图10、11所示。
　　5 结束语
　　本文设计实现了基于人脸图像的考勤系统，实现了学生、教师端的人脸注册和考勤功能，界面设计美观，操作简便，能够提高高校课堂管理和教学过程管理的效率。本系统经过测试并部署运行，其功能能够满足高校教学运行需求，并且具有较强的易用性。在下一步工作中，将开发系统的移动端，进一步提高系统的使用效率。
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　　【通联编辑：谢媛媛】
　　基金项目：辽宁省自然科学基金指导计划项目（项目编号：2019-ZD-0171）;大连市青年科技之星项目（项目编号：2017RQ151）;大连民族大学本科教育教学改革研究与实践项目（项目编号：YB2019105）
　　作者简介：代美茹（1997-），女（回族），河北沧州人，学士，主要研究方向为物联网技术及其应用;王法胜（1983-），通讯作者，副教授，博士，主要研究方向为计算机视觉。
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