学以致用勇于创新

　　杨成刘媛张亚楠端木文燕
　　【摘要】本文以学生参与基于人脸识别的课堂考勤系统的学习与实现为例，讨论如何将课本知识与实际操作相结合，以提高学生的实践操作能力和理论应用能力。本文也介绍了基于人脸识别的课堂考勤系统的及设计思路以及实现开发过程，阐述了当代大学生在实践中实践创新、在实践中学以致用的可行性与必要性。
　　【关键词】大学生自主创新；课堂考勤；人脸识别；特征脸识别算法
　　一、引言
　　目前众多高校的现状是，许多大学生虽然拥有充足的理论知识但是缺乏将理论知识运用到实际操作中的能力，这一现状存在已久又被广大用人企业和社会所垢病。针对这一问题，扬州大学信息工程学院举办了大学生挑战杯和大学生创业苗圃等一系列活动，号召学生在实践中深化理论，在理论中深化实践，使二者相辅相成，最终提高自身的能力，将自己培养成能将理论与实践相结合的优秀人才，在毕业后能适应社会的发展，满足行业和社会发展的需要。参与学生大多加深了对理论知识和实际生产技术的认识。学生动手实践能力顯著提示，学院开拓创新的学风愈发浓厚。活动要求自主创新，以项目为引导，将所学知识、方法和技术运用到项目中。学院联合各个专业的老师，设置了一系列的科创项目，由学生结合自身专业以及长项自主选择，组成5人小组，由出题的指导老师带队，完成项目的需求。本文以学生参与基于人脸识别的课堂考勤系统为例探讨大学生学以致用的必要性，和实践创新可行性。
　　二、项目背景
　　近年来，随着计算机技术的蓬勃发展，特别是人脸识别技术的不断突破，传统的教师课堂手工考勤方式被智能的人脸或指纹课堂考勤方式取代成为一种可能。社会上的智能考勤方式也已经得到了普遍的认可和使用，但是智能考勤在课堂考勤上却一直缺失。相比较其他各种各样的课堂考勤方式，使用人脸识别进行考勤的方式受到的关注最多，除了新颖以外，省去课堂考勤时间，提高课堂效率是主要的原因。经过调查，人工考勤有时很难处理代考勤以及忘记携带证件的问题，而人脸识别的考勤可以很好的处理这些问题。另一方面，大多数学校对课堂考勤的数据有数字化和数据跟踪、分析的需要。在传统的老师点名然后手动记录考勤信息最后交至学院管理处的流程中，存在信息丢失，信息核对繁琐，信息保存不便的缺点，而通过人脸识别的考勤系统可以很方便的收集存储这些信息，在后期的信息管理和分析上也可以做到自动化，例如统计和分析迟到或早退的学生数据，以及对比历史的考勤信息。
　　三、项目介绍
　　本系统的实现是为解决目前高校课堂考勤中出现的问题，系统目标易用、高效。系统工作前先录入每个学生人脸图像。工作时系统通过摄像头取得当前人脸信息，并进行人脸检测和识别，最后保存识别结果。根据识别结果系统进行数据分析，得出考勤结果。除人脸信息以外系统还保存有每个学生的基本信息以及课程信息，根据识别结果，系统最终会生成一条包含有学生基本信息、课程信息和考勤信息的考勤结果供教师参考。另外系统和校网联机，考勤结果最终会自动上传到数据库，供学校管理和以后的数据分析使用。由于本系统采用的人脸识别技术可以达到98的识别成功率，基本可以保证考勤效率和考勤结果的可靠性。相比教师的人工考勤，人脸识别完全可以解决代考勤和代出席的问题。
　　四、技术相关
　　开发本系统使用到的开发工具有Eclipse、Tomcat、Mysql数据库、OpenCV2。0开源库以及可二次开发的人脸识别机器。整个项目的开展包括项目实现以及人脸识别技术的研究学习，由于人脸识别的核心技术非常复杂，受能力和时间限制我们决定采用第三方的可二次开发的人脸识别设备，另外我们也进行人脸识别技术的研究和学习。
　　五、技术学习
　　特征人脸算法是数字图像处理、模式识别、信号处理等方面的一种统计方法，它遵循了PCA的基本原理和基于距离的匹配原理，反复应用于计算机视觉和机器学习应用的各个领域，是最基本的人脸识别方法。在和其余多种人脸识别相关算法比较后，我们选择研究学习特征脸算法。
　　六、系统设计
　　本系统基于CS和BS混合体系结构开发。人脸识别采用CS模式开发，考勤信息管理的设置与查询采用BS模式开发。数据库主要为考勤资料和考勤数据的存取提供服务。Web服务器为请假管理、考勤数据的查询和输出提供服务。
　　本系统采用的体系架构如下图所示。
　　CS和BS混合体系架构图
　　学生可以通过网络查询个人的考勤情况和请假审批情况，不受环境限制；教师可以通过网络查看学生的考勤情况和管理学生请假事务；管理员拥有最高权限，可以通过网络负责管理整个考勤管理系统。BS部分，前端使用HTML、CSS、JS、Ajax开发网页，后端运用Java，JSP，Servlet等编写；CS部分是基本的JavaSE开发；数据库部分，我们使用MySQL。
　　根据需求分析，系统功能模块结构划分如下图所示。
　　系统功能模块结构图
　　七、项目创新
　　市面上的人脸识别方案主要是用于大型公共场所以代替繁杂的身份验证方式或者就是一些个人设备的私人身份登陆验证。而在学生考勤方面的应用却比较少，一是其解决方案较为昂贵，二是其人脸识别系统过于独立无法融入学校的信息系统中。而本系统可采用较为廉价的实现方案：使用教室的电脑资源，同时做到与学校学生考勤系统互连以及数据上传，提升学校的学生管理工作质量。