[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

权利要求书

1.一种基于人脸识别技术的课堂考勤签到系统，其特征在于：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。

2.一种如权利要求1所述的基于人脸识别技术的课堂考勤签到系统的工作方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(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。

3.根据权利要求2所述的基于人脸识别技术的课堂考勤签到系统的工作方法，其特征在于步骤(4)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：

sk=Σj=0kmjM,k=0,1,2,...,L-1]]>

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：

xn=-radius×sin(2.0×π×n/neighbors)yn=-radius×cos(2.0×π×n/neighbors)]]>

其中，radius表示LBP算子的半径，n表示第n个采样点，neighbors表示采样点个数；

利用双线性差值计算所有像素坐标的(x,y)第n领域的灰度值gray(x,y)_n，并计算每个分模块中所有像素的LBP编码值，计算公式如下

lbp(x,y)=Σn=0neighbors-1lbp(x,y)n×2n]]>

得到图像的直方图后利用卡方法计算两直方图之间相似度，公式如下：

d(H1,H2)=(H1-H2)2H1+H2]]>

其中H₁、H₂分别表示两图像的直方图。

4.根据权利2所述的基于人脸识别技术的课堂考勤签到系统的工作方法，其特征在于步骤(4)中考勤机制的具体流程如下：

第一步，根据自主签到图像与学生登记信息表中的个人图像的人脸识别结果，判定自主签到图像中学生的真实身份，如果图像不匹配，则代表学生存在代课现象，直接记当堂考勤分数为0；

第二步，根据自动考勤签到图像的识别，考勤机制计算得到学生的上课有效时间；考勤机制如下：取两次自动考勤签到图像识别结果，如果两次都识别为同一个人即考勤识别信息表中记录都为1，则表示该时间段有效；学生的课堂考勤分数是按照公式：score＝result*5/45*100来计算，这里每堂课程按照45分钟计算，用有效时间除以课堂总时间得到课堂考勤分数，将考勤分数记入数据库考勤分数表中；

第三步，在课程结束后，服务器会查询选修该课程的学生名单，对比路由出入检测中的学生名单，得到未到达课堂的学生名单，直接记考勤分数为0。