[发明专利]一种基于人脸识别技术的课堂考勤签到系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明属于考勤签到技术领域，具体涉及一种基于图像识别技术的人脸识别课堂考勤签到系统及其工作方法。

技术背景

课堂考勤是用来衡量学生课堂出勤情况的指标，是学生平时成绩分数的来源。传统的课堂管理都是采取人工管理方式，对于学生的出勤情况，一般采取人工点名随机抽查的方式。

传统的人工管理方式存在以下弊端：

(1)效率低：学生课堂考勤通过教师或班委随机点名来抽查，占用教师上课时间，且只能判断点名时间学生是否到课。而且这种方式只能在某几节课抽查，无法做到学习过程全面监督，无法形成统计数据。

(2)出错率高：通过人工点名的方式，存在一定的随机性，无法检测代签现象的发生，无法记录学生的迟到和早退行为。

(3)操作繁琐：教师需要通过对随机抽查的学生考勤进行统计才能得到学生的平时成绩，操作太繁琐，耗费人力和时间。

综上所述，鉴于传统的人工考勤管理存在的缺陷，开发半自动课堂考勤签到系统具有重要的意义和推广应用价值。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术中的不足，提出一种基于图像识别技术的人脸识别课堂考勤签到系统及其工作方法，该系统能够实现对学生课堂考勤的实时检测，能够对考勤情况进行全面、自动化记录。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于人脸识别技术的课堂考勤签到系统，该系统包括学生自主考勤装置、服务器自动考勤装置、人脸识别考勤装置；

所述学生自主考勤装置，用于获取学生自主签到图像；学生自主考勤装置包括摄像机、路由器及移动设备，使用时将摄像机通过固定装置固定于教室内，摄像机通过无线网络将拍摄的教室图像传至移动设备，学生在移动设备上进行自主签到后，将自主签到图像上传至人脸识别考勤装置；

所述服务器自动考勤装置，用于获取自动考勤签到图像；服务器自动考勤装置包括摄像机、路由器及服务器设备，使用时摄像机将拍摄的教室图像上传服务器，服务器定时对教室图像进行截图处理，并将图像上传至人脸识别考勤装置；

所述人脸识别考勤装置，用于对学生考勤图像进行识别并进行考勤打分，其中学生考勤图像包括学生自主签到图像和服务器自动考勤签到图像；人脸识别考勤装置包括人脸检测模块、人脸图像预处理模块、人脸识别及考勤打分模块，使用时对学生考勤图像进行处理，根据考勤机制得到学生考勤分数。

本发明还提供了一种如上述的基于人脸识别技术的课堂考勤签到系统的工作方法，包括以下步骤：

(1)学生进入教室后，服务器进行路由出入检测信息的验证，判断学生是否在指定时间内处于教室里，验证成功则进行学生自主签到，验证失败则直接将考勤分置为0；

(2)学生在移动设备接收到最新的课堂图像后,将图像中学生人脸位置区域截图进行自主签到，学生利用矩形框将自己的人脸图像标记后，将矩形框的坐标信息上传服务器，服务器将得到的学生自主签到图像与学生登记信息表中的个人图像发送到人脸考勤识别装置进行识别，判断学生身份，如果识别失败则直接将考勤分数置为0；

(3)如果识别成功，课程开始后服务器会查询学生的签到坐标信息，对课堂图像进行时间间隔为5分钟的定时自动签到，利用人脸检测技术检测自动考勤签到图像中是否有人脸存在，若未检测到人脸则直接记录识别结果为失败；

(4)如果检测到人脸，服务器会将学生自主签到图像和服务器自动考勤签到图像发送至人脸考勤识别装置进行人脸识别，根据识别结果利用考勤机制将学生课堂有效时间转化为考勤分数。

在上述技术方案中，人脸识别的具体流程如下：

第一步，对图像进行人脸检测，利用haarcascade分类器实现人脸检测功能；

第二步，对检测到人脸的自主签到图像和自动考勤签到图像进行预处理，首先将彩色图像灰度化，然后对图像进行直方图均衡化操作，其过程为先计算输入图像的直方图，统计直方图每个灰度级出现的次数，归一化直方图并计算直方图积分，根据映射函数计算新的像素值；映射函数如下：

其中M是图像中像素的总和，m_j是当前灰度级的像素个数，L是图像中的灰度级总数；

第三步，对图像进行大小校正，具体方法是先得到人眼坐标，根据坐标计算两眼之间的距离，将距离扩大或者缩小到指定长度，并保持图像的其他比例不变；

第四步，利用基于LBP的方法进行识别；首先将图像分块，计算第n领域对应像素偏移坐标(x,y)_n，公式如下：