基于人脸识别的实验教学管理系统研究与开发

罗婷 沈阳广播电视大学

引言

出勤率是影响教学活动开展、教学效果的一个重要因素，而部分高校仍采用人工考核方式确认学生出勤率，即：教学过程中教师依据名单进行点名。然而此种方式主要存在可能冒名顶替上课、退补选课可能导致班级名单变化、点名耗费时间较多等。为避免这些问题、保证教学效果，高校尝试利用人脸识别技术研发实验教学管理系统。

1 基于人脸识别的实验教学管理系统研究与开发

1.1 基于人脸识别的实验教学管理系统的设计

1.1 .1 系统设计

(1）系统构架设计

现阶段，应用程序设计中大多采用C/S与B/S结构这两类。

C/S结构即客户端与服务器端结构。现阶段，采用此种结构的应用软件数量较多。此结构可充分发挥客户端、服务器端的优势，保证任务分配的合理性，且对降低通讯压力有效。基于C/S结构的软件，客户端可独立完成任务处理工作，处理完毕后将结果输入服务器，这对降低服务器压力有利。但是，此结果的维护成本较高，对系统依赖性较高。

B/S结构即浏览器与服务器结构。此结构是由C/S结构发展而来的。利用此B/S结构需利用网络与服务器连接起来，并完成事务的处理。B/S结构客户端工作压力较低、维护成本也比较低，但是其运行速度受网速影响较大。

1.1 .2 总功能模块

依据实验教学管理系统工作要求、用户，可将此系统功能模块分为以下几个：

(1）人脸验证模块。此模块的主要功能是检测、识别人脸。

(2）管理员模块。此模块主要功能是维护管理系统、管理用户、管理实验数据等。

(3）教师模块。此模块的主要功能是管理实验数据、维护个人信息、管理学生人脸信息等。

(4）学生模块。此模块的主要功能是管理个人实验数据、管理个人信息等。

1.1 .3 功能模块设计

(1）人脸验证模块设计

此系统中人脸验证模块是由人脸检测、图像预处理、人脸识别这三个部分组成的。第一，人脸检测。系统将自动检测采集的图像中是否包含人脸。第二，图像预处理。系统为保证可迅速识别图像中的人脸，应对图像进行合理树立。第三，人脸识别。系统将提取人脸图像中的特点，对数据库中的信息进行分析，确定用户身份。

(2）管理员模块设计

管理员模块是由以下功能模块组成的：第一，实验数据管理。教师可利用此模块增加、删除、更改、查看实验数据，了解实验课程进行情况，总结实验状况等。第二，用户信息管理。管理员将管理所有用户的信息，比如：增加用户、删除用户、设置用户权限等。另外，也可查看、拍摄用户人脸图像。第三，个人信息管理。通过此模块，可实现个人信息的维护及管理功能。第四，课程信息管理。通过此模块，可了解教师的课程信息、相关公告。

(3）教师操作模块

此模块主要由以下模块构成：第一，实验数据管理。教师可增加、删除、更改、查看学生的试验数据，了解实验课程开展情况，审核试验报告等。第二，用户信息管理。教师可管理学生的个人信息，查看、拍摄学生人脸图像。第三，个人信息管理。教师可通过此功能管理自己的个人信息。第四，课程信息管理。教师可通过此功能管理自己的课程信息、发布或更改公告。

(4）学生操作模块

此模块主要由以下功能模块构成：第一，实验数据管理。学生可通过此功能查询、提交、删除自己的实验报告，同时可查看自己的实验成绩。第二，个人信息管理。学生可通过此功能管理、维护自己的信息。第三，课程信息管理。学生可通过此功能了解教师安排的实验任务、发布的公告。

1.2 数据库设计

软件设计、软件运行的基础是数据库设计，因而为保证软件可正常、稳定运行需合理规划数据库。因而为保证实验教学管理系统可正常运行，应建立数据库模型，以保证数据可存储、管理。

1.2 .1 概念结构设计

通过部分特殊综合方式，总结功能需求并形成一个独立的概念模型即概念结构设计。采用此种方式，研究人员将重视信息的组织结构。实验教学管理系统设计过程中，将依据E_R模型图进行数据库设计。为保证实验教学管理系统可稳定运行，对其进行了以下设计：

(1）管理员。其主要涉及账号、姓名、登录密码等。

(2）教师。其主要涉及教师工号、教师姓名、教师登录密码、教师性别等。

(3）学生。其主要涉及学生学号、学生姓名、学生登录密码、学生班级等。

(4）实验任务。其主要涉及实验题目、实验要求等。

(5）实验报告。其主要涉及实验报告题目、实验报告分数、实验课任课教师等。

(6）公告。其主要涉及公告标题、公告内容、公告发布时间等。

1.2 .2 逻辑结构设计

设计人员在明确实验教学管理系统数据库概念结构之后，应将其转变为逻辑结构，进而完成数据库的设计工作。

1.2 .3 数据表设计

设计人员在明确系统实体之后，应进行下一步设计工作。为保证数据可快速、顺利处理，应设置数据表。数据表中同一列的数据属于同一类型，行则表示一条记录。实验教学管理系统中，数据可表主要包含以下几类：管理员表、教师表、学生表、课程表、实验任务表、实验报告表、公告表。通过这些表格存储、管理相关信息。

2 基于人脸识别的实验教学管理系统的实现

此系统的实现需要人脸验证模块、用户登录模块、教师操作模块、学生操作模块、管理员操作模块的支持。

(1）人脸验证模块实现。此模块是由人脸验证、图像预处理、人脸识别这几个部分组成。基于Adaboost算法、图像预处理技术、主成分分析算法可实现人脸验证功能。

(2）用户登录模块实现。用户将通过统一界面登录系统，用户输入自己的用户名、密码，经过验证用户名、密码、人脸，才可进入系统界面。

(3）教师操作模块实现。教师在经过上述验证方式后，顺利进行教师操作系统，其主要包含报告管理、个人信息管理、学生管理、课程信息几个菜单。每个菜单均有其各自功能，教师可依据自己的需求点击不同菜单完成后续操作。

(4）学生操作模块实现。学生在经过一系列验证之后，将登陆学生操作系统。此系统主要包含报告管理、个人信息管理、课程信息几个菜单。学生可依据自己的需要点击不同菜单，依据提示进行后续操作。

(5）管理员操作模块实现。管理员通过用验证用户名、密码、人脸之后登录管理员系统。此系统拥有报告管理、个人信息管理、用户管理、课程信息几个菜单。管理员可依据工作要求，点击不同菜单。

目前，此系统已在某高校进行试运行，且本系统可满足学校对实验室教学管理系统的要求。系统操作方式简单、安全性较高，可满足用户要求。

3 结语

基于人脸识别技术的实验教学管理系统，对推动教育事业稳定发展、提高教学效果具有重要意义。此管理系统可实时识别实验室人员出入时间，提高高校教务管理效率及管理质量。同时，此管理系统的应用可降低实验室管理难度，提高实验室管理效率、实验设备使用率，且对提高实验室管理工作智能化水平具有重要意义。