王煜昕

摘要：針對(duì)當(dāng)前學(xué)校課堂傳統(tǒng)簽到方式效率低下，費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問題，該文結(jié)合當(dāng)前課堂簽到環(huán)境，提出一種簡易課堂電子簽到系統(tǒng)的簡單設(shè)計(jì)，并給出了關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：課堂簽到;視頻抓拍;人臉識(shí)別;數(shù)據(jù)庫

中圖分類號(hào)：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）12-0095-02

1 引言

傳統(tǒng)課堂簽到方式包括老師點(diǎn)名，學(xué)生紙質(zhì)簽到等方式。無論哪種方式都存在比較耗時(shí)，不易后期處理，存儲(chǔ)留證等缺點(diǎn)。隨著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，亟需一種簡單、方便的新型課堂簽到系統(tǒng)。

電子簽到方式是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、身份識(shí)別技術(shù)及多媒體互動(dòng)技術(shù)的一種簽到技術(shù)，廣泛應(yīng)用于公司門禁，會(huì)議管理等領(lǐng)域。相對(duì)于傳統(tǒng)紙質(zhì)簽到，具有綠色、環(huán)保、簡單、方便等優(yōu)點(diǎn)。

本文將基于常用電子簽到方式的分析，提出一種適用于課堂簽到的系統(tǒng)，并給出一些關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

2 課堂簽到分析

課堂簽到的主要參與者群體是學(xué)生，電子檔案相對(duì)完善，具有人員信息確定不變的特點(diǎn)，課堂位置也相對(duì)固定。伴隨電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，課堂網(wǎng)絡(luò)攝像頭已廣泛普及，易于捕獲學(xué)生人臉信息。并且人臉識(shí)別匹配技術(shù)發(fā)展逐步完善，各種智能化應(yīng)用也越來越多，此時(shí)電子簽到方式的優(yōu)點(diǎn)便體現(xiàn)出來，它相較于傳統(tǒng)課堂的教師點(diǎn)名以及紙質(zhì)簽到具有省時(shí)省力，效率較高等優(yōu)點(diǎn);而相對(duì)于采用電子考勤機(jī)等設(shè)備的方式，又有著價(jià)格低廉，方便管理的優(yōu)點(diǎn)。

3 課堂簽到設(shè)計(jì)

基于現(xiàn)代課堂簽到環(huán)境的分析，我們提出一種基于視頻抓拍和人臉識(shí)別的新型課堂簽到系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)庫模塊，人臉識(shí)別抓拍模塊，人臉檢索匹配模塊，以及一個(gè)用于管理學(xué)生信息、查看簽到結(jié)果的管理查詢模塊，如圖1所示。

3.1數(shù)據(jù)庫模塊

該模塊主要包括如下兩張表：

1）學(xué)生信息表：用于存儲(chǔ)每個(gè)課堂的學(xué)生信息，主要包括學(xué)生基本信息，人臉照片等。主要表結(jié)構(gòu)如表1所示。

2）簽到信息表：用于存儲(chǔ)學(xué)生的每天、每節(jié)課的簽到信息。

3.2 人臉識(shí)別抓拍模塊

視頻抓拍基于課堂已有的網(wǎng)絡(luò)攝像頭，自動(dòng)識(shí)別人臉并進(jìn)行抓拍，并將抓拍結(jié)果傳送到人臉檢索匹配模塊，進(jìn)行人臉匹配，實(shí)現(xiàn)課堂自動(dòng)簽到。為了保證抓拍識(shí)別結(jié)果的正確性，可以進(jìn)行多次抓拍識(shí)別。

3.3 人臉檢索匹配模塊

人臉檢索匹配的過程是將檢測(cè)到人臉圖像和已知的所有學(xué)生圖像信息做比較，判斷相似度是否達(dá)到規(guī)定閾值，若達(dá)到，則認(rèn)為學(xué)生人臉匹配成功。進(jìn)而在學(xué)生信息表數(shù)據(jù)庫中查詢學(xué)生的更多信息，并更新學(xué)生簽到數(shù)據(jù)庫，標(biāo)記是否完成課堂簽到。

3.4 管理查詢模塊

管理查詢模塊，用于導(dǎo)入學(xué)生信息，查詢學(xué)生課堂簽到情況。并且提供學(xué)生簽到信息批量導(dǎo)出等功能。

4 關(guān)鍵技術(shù)及簡單實(shí)現(xiàn)

本章闡述了實(shí)現(xiàn)上節(jié)設(shè)計(jì)的課堂簽到系統(tǒng)需要的關(guān)鍵技術(shù)和簡單實(shí)現(xiàn)。

4.1 數(shù)據(jù)庫模塊

課堂簽到數(shù)據(jù)庫模塊可以通過MS Access或MariaDB數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)?？紤]到我們本系統(tǒng)的服務(wù)端運(yùn)行在Linux環(huán)境，我們選擇使用MariaDB作為本系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

相比Linux下主流的、收費(fèi)數(shù)據(jù)庫MySQL，MariaDB數(shù)據(jù)庫是MySQL的一個(gè)免費(fèi)分支，主要由開源社區(qū)在維護(hù)，采用GPL授權(quán)許可。MariaDB的目標(biāo)是提供一個(gè)由社區(qū)開發(fā)的、穩(wěn)定的、總是免費(fèi)的MySQL分支。

4.2 人臉識(shí)別匹配模塊

對(duì)于人臉識(shí)別抓拍模塊和人臉檢索匹配模塊，我們使用開源的Face Recognition作為我們的核心識(shí)別軟件。結(jié)合OpenCV、 python腳本等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攝像頭的實(shí)時(shí)幀處理和抓拍功能。

OpenCV用于讀取從網(wǎng)絡(luò)攝像頭中采集的每一幀圖像，讓后通過Face Recognition檢測(cè)人臉。當(dāng)檢測(cè)到人臉之后，保存當(dāng)前圖像幀，實(shí)現(xiàn)抓拍功能。

人臉的檢索匹配是通過遍歷比較已知人臉圖片實(shí)現(xiàn)。圖2顯示了整個(gè)人臉識(shí)別檢索的過程。

經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在人臉未被遮擋的情況下，該人臉識(shí)別模塊具有較高的準(zhǔn)確率;但是在人臉被部分遮擋的情況下，該人臉識(shí)別系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)未能識(shí)別或者識(shí)別錯(cuò)誤的情況，此種情況需要在以后的設(shè)計(jì)實(shí)踐中進(jìn)行分析改進(jìn)。

4.3 管理查詢模塊

管理查詢使用Nginx搭建WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)學(xué)生信息的導(dǎo)入和簽到信息的查詢。

Nginx 可以在大多數(shù) Unix Linux OS 上編譯運(yùn)行，并有 Windows 移植版。 Nginx的1.19.2穩(wěn)定版已經(jīng)于2020年8月11日發(fā)布，一般情況下，對(duì)于新建站點(diǎn)，建議使用最新穩(wěn)定版作為生產(chǎn)版本，已有站點(diǎn)的升級(jí)急迫性不高。Nginx 的源代碼使用 2-clause BSD-like license。

Nginx 是一個(gè)很強(qiáng)大的高性能Web和反向代理服務(wù)，它具有很多非常優(yōu)越的特性：均衡負(fù)載，bug較少。

在連接高并發(fā)的情況下，Nginx是Apache服務(wù)不錯(cuò)的替代品：Nginx在美國是做虛擬主機(jī)生意的老板們經(jīng)常選擇的軟件平臺(tái)之一。能夠支持高達(dá) 50，000 個(gè)并發(fā)連接數(shù)的響應(yīng)，感謝Nginx為我們選擇了 epoll and kqueue作為開發(fā)模型。

5 總結(jié)

本文在分析電子簽到系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合課堂簽到的特點(diǎn)和環(huán)境，選用多媒體簽到的方式，提出了一種新型的課堂簽到解決方案，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)給出了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方案。相比傳統(tǒng)課堂簽到方式具有自動(dòng)，方便等特點(diǎn)，可極大的節(jié)約課堂時(shí)間;相比使用簽到機(jī)簽到，有著費(fèi)用低廉、易于管理等特點(diǎn)。同時(shí)，通過多次拍照識(shí)別也一定程度的避免了代簽現(xiàn)象的出現(xiàn)?？傮w來講，本課堂簽到系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)課堂簽到方式的費(fèi)時(shí)費(fèi)力和使用簽到機(jī)費(fèi)用過高等缺點(diǎn)，較好地滿足了當(dāng)下課堂簽到的需要。

當(dāng)我們測(cè)試人臉識(shí)別模塊時(shí)，出現(xiàn)過被部分遮擋面部無法被識(shí)別或者識(shí)別出錯(cuò)的情況，此種情況需要在以后的研究中進(jìn)行更進(jìn)一步的分析研究。

該系統(tǒng)也可應(yīng)用于會(huì)議簽到等需要簽到的場合。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 王雪松.會(huì)議簽到管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].天津：南開大學(xué)，2011.

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

【通聯(lián)編輯：梁書】