基于人脸识别的校园签到系统

顾帅 江磊 李天歌

摘 要：随着硬件与软件技术的发展，计算机视觉识别逐渐成为软件行业的热门技术，其中人脸识别作为最普遍、热门的应用技术受到了众多机构的关注。目前，国内外多家厂商和科研机构推出了比较成熟的商用系统或解决方案，其中0rbeus、Face++等已具备工业级别的人脸识别能力。但是这些商用的解决方案授权费用普遍较高，同时由于其只提供服务，源代码不开源，很难对其进行灵活的定制化改动。

本论文以开源的原则出发，通过使用OpenVC的视觉识别库，对人脸特征进行训练，获得相应的人脸特征分类器，制作出人脸识别引擎，并与QtCreator下开发的学生管理系统和相应的数据库进行整合，搭建出一个完整的校园人脸识别签到系统，解决了人脸识别签到成本高的难题，同时验证了人脸识别在签到应用中的价值和技术、经济可行性。

关键词：签到;人脸识别;管理系统;OpenCV;QtCreator

一、引言

随着当今技术的迅速发展，如今各种各样的签到管理系统应运而生，通过软、硬件结合的电子签到技术，它拥有无纸化、高效、低碳、环保等优点，已逐渐取代传统的笔签方式，这也是社会发展的必然趋势。

由于目前相关技术的不断成熟，生物特征识别技术在近几十年中得到了飞速发展。作为人的一种内在属性，且具有很强的自身稳定性及个体差异性，生物特征成为了自动身份验证的最理想依据。当前的生物特征识别技术主要有：指纹识别，视网膜识别，虹膜识别，步态识别，静脉识别，人脸识别等。与其他识别方法相比，人脸识别由于具有直接、友好、隐蔽、方便的特点，使用者无任何心理障碍，易于为用户所接受，从而受到了广泛的研究与应用。除此之外，我们还能够对人脸识别的结果作进一步的分析，得到有关人的性别、种族、表情、年龄等诸多额外的丰富信息，扩展了人脸识别的应用前景，其中一项重要应用就是进行电子签到。

二、人脸识别的设计

該系统主要有以下功能要求：

（1）用户登录模块

该模块主要用于用户的登录。用户权限分为系统管理员和普通用户。当用输入用户名和密码并经过确认为正确后，才能进入人脸识别签到系统，并识别用户身份和相应权限，使其拥有相应的功能。如果不是用户，拒绝进入本系统。普通用户拥有的权限及功能为创建签到事件、签到页面签到、查看修改学生信息、查询修改签到信息、信息统计、修改密码系统管理员除拥有普通用户的所以权限和功能外，还拥有对系统内其他用户增删改查的权限。

（2）前台首页模块

登录系统后首先进入该页面，并在窗口上方显示当前登录用户名和身份。该模块是本系统功能流程的核心所在。在选中某一签到事件后即可在该页面开启摄像头进行人脸识别来签到。

（3）签到信息管理模块

该模块主要对签到信息进行增删改查的操作。创建新的签到事件后直接可以跳转到首页签到，简化软件的操作流程查询某一特定范围的签到事件信息，并可以导出当前显示的签到事件表。

（4）学生信息管理模块

该模块主要对学生的信息进行增删改查的操作，并可以导出当前显示的学生信息表，同时可以查看某个学生的考勤情况，方便了学生的考勤信息统计。

高级管理员管理模块：该模块用于系统管理员对系统内用户进行增删改查，同时也可以重置普通用户的登录密码、修改自己的登录密码。

（6）普通管理员管理模块

该模块主要用于普通用户修改自己的登录密码。

（7）核心模块--人脸识别算法

该模块与前面的模块不同，它不在界面上显示，是本系统识别人脸信息的主要控制与验证模块，它包括人脸识别算法和人脸特征库两部分，主要负责后台的人脸图像采集及检测、图像预处理、人脸特征提取以及匹配与识别。

三、系统的分析与设计

（一）系统总设计

根据实际使用中的需求，本系统划分为五个模块，分别为：用户管理、系统登录、签到信息管理、学生信息管理及核心模块，其中核心模块包含首页签到、人脸识别算法、人脸特征库三个小模块。

（二）签到信息管理模块

签到信息管理模块作为签到系统的信息主体，是系统业务最为复杂的模块，本系统中该模块的基本功能为对签到信息的增删查。同时该模块还有选择签到项目的功能，进行该操作后可以进行某一项签到活动。

（三）学生信息管理模块

学生信息管理模块的功能是基本的增删查改操作，其中学生信息查询功能除查询学生个人信息之外，还可以查询签到情况和相关记录的统计数据。

（四）用户信息管理模块

用户信息管理模块除基本的增删查改功能之外，系统管理员用户还可以重置其他用户的密码，同时所有用户都有拥有修改本用户密码的功能。

（五）人脸识别算法模块

人脸识别算法模块作为本系统最核心和最重要的一部分，其功能实现最为困难，其基本流程为图像采集及检测、图像预处理、特征提取、人脸匹配与识别，

四、系统流程设计

由于各功能模块操作多为数据库的增删查改，操作较为简单，本系统流程设计主要分析登录的操作，如图4-1所示，在登录窗口对登录用户进行验证，并弹窗提示登录错误信息，登录成功后则根据用户权限进入不同的用户界面。

五、总结与展望

本系统实现了人脸识别的功能，包括对摄像头图像的采集、人脸图像采集及检测、人脸图像预处理、人脸图像特征提取以及匹配与识别，以及对学生信息、签到信息、用户信息的管理与统计。系统不足之处在于对环境的适应性较差，包括光线和人本身的表情及遮盖物等。这是由于本身人脸是立体的，在不同光照环境下造成的阴影影响了最终的图像效果，同时人脸本身的遮盖物如口罩、眼镜、头发、胡须等也会遮盖一部分五官，会造成人脸特征的大幅度波动，最终对识别效果造成极大影响，如果有需要可以设计使用红外敏感摄像头采集图像，并尽量减少面部遮盖物，提高识别效果。同时相信在未来的几年里，这种人脸识别签到技术将不断完善，希望倒是能够活跃在大学课堂里，甚至在任何的考勤场合都可以看到。