一种基于人脸识别的学生考勤管理设备

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于人脸识别的学生考勤管理设备。

背景技术

现如今，在学校的课堂中，传统的点名方式不仅浪费时间，同时，由于学生人数过多，老师不可能记得所有同学，这导致了一些学生代替答到以及签名的问题，于是，方便快捷的考勤系统是签到信息与出勤学生的唯一对应性的重要保证。

因此，提供一种新的技术方案改善上述问题，是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于人脸识别的学生考勤管理设备，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于人脸识别的学生考勤管理设备，包括考勤终端、服务器、用户终端和管理终端。

在上述的方案中，所述考勤终端用于对待识别的人脸信息进行采集。

在上述的方案中，所述服务器与所述考勤终端相互通信，所述用户终端和所述管理终端均与所述服务器相互通信，所述服务器用于对所述考勤终端发送的信息进行处理，并将处理后的信息发送至所述考勤终端、所述用户终端和所述管理终端，所述用户终端用于用户接收考勤提醒信息和查询考勤记录信息，所述管理终端用于用户信息的录入以及对所述服务器存储的信息进行管理。

在上述的方案中，所述考勤终端包括时钟模块、定位模块、红外感应模块、人脸信息采集模块、信息处理模块、考勤界面显示模块和语音提示模块，所述时钟模块、所述定位模块、所述红外感应模块、所述人脸信息采集模块、所述考勤界面显示模块和所述语音提示模块均与所述信息处理模块相连接，所述信息处理模块接收所述时钟模块发送的时钟信息和所述定位模块发送的位置信息，发送至所述服务器进行存储，所述信息处理模块根据所述红外感应模块发送的信息控制所述人脸信息采集模块进行信息采集，并控制所述考勤界面显示模块进行开启和关闭，同时，所述信息处理模块将所述时钟模块采集的时钟信息和所述人脸信息采集模块采集的图像信息处理后通过所述考勤界面显示模块进行显示，并根据所述服务器发送的考勤处理信息控制所述考勤界面显示模块和所述语音提示模块输出考勤结果。

在上述的方案中，所述人脸信息采集模块包括USB摄像机、摄像机主控板、云台、步进电机和电机驱动器，所述USB摄像机和所述摄像机主控板均安装在所述云台上，所述摄像机主控板与所述USB摄像机想连接，所述步进电机与所述云台相连接，所述电机驱动器与所述步进电机和所述摄像机主控板相连接，所述电机驱动器用于接收所述摄像机主控板发送的控制信号，并驱动所述步进电机控制所述云台转动。

在上述的方案中，所述信息处理模块包括人脸检测单元和信息反馈单元，所述人脸检测单元用于根据所述人脸信息采集模块获取的图像进行人脸检测，所述信息反馈单元与所述人脸检测单元相连接，所述信息反馈单元用于根据所述人脸检测单元的检测结果发送控制信号至相应模块。

在上述的方案中，所述人脸检测单元包括第一候选框提取模块、候选框筛选模块、第二候选框提取模块、判断模块和人脸姿态角获取模块，所述第一候选框提取模块用于将所述人脸信息采集模块获取的图像输入至多任务卷积神经网络中的P-Net子网络获取多个候选框，并对处理后的图像进行非极大值抑制处理；所述候选框筛选模块与所述第一候选框提取模块相连接，所述候选框筛选模块将经过所述第一候选框提取模块处理后的图像输入至多任务卷积神经网络中的R-Net子网络，排除图像中的非人脸的候选框；所述第二候选框提取模块与所述候选框筛选模块相连接，所述第二候选框提取模块用于将经过所述第二候选框提取模块的处理后的图像输入至多任务卷积神经网络中的O-Net子网络，生成精确的候选框；所述判断模块与所述第二候选框提取模块相连接，所述判断模块用于根据所述第二候选框提取模块处理后的信息判断人脸信息是否完整；所述人脸姿态角获取模块与所述判断模块相连接，所述人脸姿态角获取模块用于在所述判断模块判定人脸信息完整时，获取人脸的姿态角信息。

在上述的方案中，所述信息反馈单元包括摄像机控制模块，所述摄像机控制模块用于根据所述人脸检测单元获取的人脸的姿态角信息计算摄像机的协同位姿，并将协同位姿转换为脉冲发送至所述人脸信息采集模块。

在上述的方案中，所述信息反馈单元还包括语音提示控制模块，所述语音提示控制模块包括语音芯片，所述语音提示控制模块用于在所述人脸检测单元判定获取的人脸信息不完整时，发送语音提示控制信号至所述语音提示模块。

在上述的方案中，所述服务器包括存储模块、信息注册模块和信息录入模块，所述信息注册模块和所述信息录入模块均与和所述存储模块相连接，所述存储模块用于对所述信息注册模块的注册信息、所述信息录入模块的录入信息以及所述考勤终端发送的信息进行存储，所述信息注册模块包括管理员注册单元、教师注册单元和学生注册单元，所述管理员注册单元用于管理员进行信息注册，所述教师注册单元用于教师通过教职工号进行信息注册，所述学生注册单元用于学生通过学号进行信息注册；所述信息录入模块包括教师信息录入单元和学生信息录入单元，所述教师信息录入单元用于管理员录入教师的教职工号信息以及课程信息，所述学生信息录入单元用于管理员录入学生的学号信息、人脸图像信息以及课程信息。

在上述的方案中，所述服务器还包括人脸识别模块，所述人脸识别模块与所述存储模块相连接，所述人脸识别模块包括图像增强单元、人脸区域提取单元和特征提取单元，所述图像增强单元包括滤波模块和灰度化模块，所述滤波模块用于通过均值滤波算法对所述存储模块存储的所述考勤终端发送的人脸图像信息进行滤波处理，所述灰度化模块与所述滤波模块相连接，所述灰度化模块用于通过直方图均衡化算法对经过所述滤波模块处理后的人脸图像进行灰度变换处理；所述人脸区域提取单元与所述图像增强单元相连接，所述人脸区域提取单元用于通过Adaboost算法获取经过所述图像增强单元处理后的图像中的人脸区域；所述特征提取单元与所述人脸区域提取单元相连接，所述特征提取单元用于通过Gabor滤波器与所述人脸区域提取单元获取的人脸区域图像进行卷积处理人脸区域的Gabor特征，同时，通过LBP特征提取算法对所述人脸区域提取单元获取的人脸区域图像进行特征提取得到人脸特征的统计直方图后根据统计直方图获取人脸区域图像的特征向量，并对Gabor特征和人脸区域图像的特征向量进行融合处理后通过主成分分析法对融合处理后形成的特征向量进行降维处理。

在上述的方案中，所述人脸识别模块还包括匹配单元和签到反馈单元，所述匹配单元与所述特征提取单元相连接，所述匹配单元用于通过随机森林算法对所述特征提取单元提取的人脸特征和所述存储模块存储的人脸图像样本进行匹配；所述签到反馈单元与所述匹配单元相连接，所述签到反馈单元用于根据所述匹配单元的匹配结果反馈签到成功或失败信息至所述考勤终端。

综上所述，本发明的有益效果是：通过考勤终端采集待识别的人脸信息，并通过获取人脸的姿态角信息来控制USB摄像机进行旋转采集到正向的人脸图像，这为服务器对人脸识别的准确性和速度提供了重要基础，同时，老师可通过用户终端查看考勤信息，学生可通过用户终端查看打卡信息，提高了用户使用的方便性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明中基于人脸识别的学生考勤管理设备的组成示意图。

图2为本发明中人脸信息采集模块的组成示意图。

图3为本发明中信息处理模块的组成示意图。

图4为本发明中服务器的组成示意图。

图5为本发明中人脸识别模块的组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的一种基于人脸识别的学生考勤管理设备，包括考勤终端、服务器、用户终端和管理终端。

下面结合附图对本发明上述各模块间的连接关系做进一步详细说明。

所述考勤终端用于对待识别的人脸信息进行采集；所述服务器与所述考勤终端相互通信，所述用户终端和所述管理终端均与所述服务器相互通信，所述服务器用于对所述考勤终端发送的信息进行处理，并将处理后的信息发送至所述考勤终端、所述用户终端和所述管理终端，所述用户终端用于用户接收考勤提醒信息和查询考勤记录信息，所述管理终端用于用户信息的录入以及对所述服务器存储的信息进行管理。

在本实施例中，所述用户终端包括教师终端和学生终端，教师可通过教师终端查看课堂的出勤人数信息以及未出勤学生信息，学生可通过学生终端查看当前与历史的打卡签到信息。

在本实施例中，管理员通过所述管理终端录入教师的教职工号信息以及课程信息，并录入学生的学号信息、人脸图像信息以及课程信息。

进一步地，所述考勤终端包括时钟模块、定位模块、红外感应模块、人脸信息采集模块、信息处理模块、考勤界面显示模块和语音提示模块，所述时钟模块、所述定位模块、所述红外感应模块、所述人脸信息采集模块、所述考勤界面显示模块和所述语音提示模块均与所述信息处理模块相连接，所述信息处理模块接收所述时钟模块发送的时钟信息和所述定位模块发送的位置信息，发送至所述服务器进行存储，所述信息处理模块根据所述红外感应模块发送的信息控制所述人脸信息采集模块进行信息采集，并控制所述考勤界面显示模块进行开启和关闭，同时，所述信息处理模块将所述时钟模块采集的时钟信息和所述人脸信息采集模块采集的图像信息处理后通过所述考勤界面显示模块进行显示，并根据所述服务器发送的考勤处理信息控制所述考勤界面显示模块和所述语音提示模块输出考勤结果。

在本实施例中，所述红外感应模块包括红外传感器，所述信息处理模块接收红外感应模块发送的信息，并在所述红外感应模块感应到考勤终端有人时，驱动所述人脸信息采集模块开始采集人脸信息，同时，开启考勤界面显示模块，可实现能源的节约。

在本实施例中，所述考勤界面显示模块包括LCD显示屏，所述LCD显示屏可显示人脸信息采集模块采集的人脸图像信息、当前时间信息以及考勤结果信息，所述语音提示模块包括语音提示器。

如图2所示，所述人脸信息采集模块包括USB摄像机、摄像机主控板、云台、步进电机和电机驱动器，所述USB摄像机和所述摄像机主控板均安装在所述云台上，所述摄像机主控板与所述USB摄像机想连接，所述步进电机与所述云台相连接，所述电机驱动器与所述步进电机和所述摄像机主控板相连接，所述电机驱动器用于接收所述摄像机主控板发送的控制信号，并驱动所述步进电机控制所述云台转动。

如图3所示，所述信息处理模块包括人脸检测单元和信息反馈单元，所述人脸检测单元用于根据所述人脸信息采集模块获取的图像进行人脸检测，所述信息反馈单元与所述人脸检测单元相连接，所述信息反馈单元用于根据所述人脸检测单元的检测结果发送控制信号至相应模块。

进一步地，所述人脸检测单元包括第一候选框提取模块、候选框筛选模块、第二候选框提取模块、判断模块和人脸姿态角获取模块，所述第一候选框提取模块用于将所述人脸信息采集模块获取的图像输入至多任务卷积神经网络中的P-Net子网络获取多个候选框，并对处理后的图像进行非极大值抑制处理；所述候选框筛选模块与所述第一候选框提取模块相连接，所述候选框筛选模块将经过所述第一候选框提取模块处理后的图像输入至多任务卷积神经网络中的R-Net子网络，排除图像中的非人脸的候选框；所述第二候选框提取模块与所述候选框筛选模块相连接，所述第二候选框提取模块用于将经过所述第二候选框提取模块的处理后的图像输入至多任务卷积神经网络中的O-Net子网络，生成精确的候选框；所述判断模块与所述第二候选框提取模块相连接，所述判断模块用于根据所述第二候选框提取模块处理后的信息判断人脸信息是否完整；所述人脸姿态角获取模块与所述判断模块相连接，所述人脸姿态角获取模块用于在所述判断模块判定人脸信息完整时，获取人脸的姿态角信息。

进一步地，所述信息反馈单元包括摄像机控制模块，所述摄像机控制模块用于根据所述人脸检测单元获取的人脸的姿态角信息计算摄像机的协同位姿，并将协同位姿转换为脉冲发送至所述人脸信息采集模块。

在本实施例中，所述人脸信息采集模块接收协同位姿脉冲，所述电机驱动器根据脉冲并驱动所述步进电机控制所述云台转动相应的偏转角，从而获取正向的人脸图像。

进一步地，所述信息反馈单元还包括语音提示控制模块，所述语音提示控制模块包括语音芯片，所述语音提示控制模块用于在所述人脸检测单元判定获取的人脸信息不完整时，发送语音提示控制信号至所述语音提示模块。

在本实施例中，所述语音提示模块接收所述语音提示控制模块发送的信息，并在由于用户戴口罩、摄像机只采集部分人脸信息等导致的人脸信息不完整时，提示用户。

如图4所示，所述服务器包括存储模块、信息注册模块和信息录入模块，所述信息注册模块和所述信息录入模块均与和所述存储模块相连接，所述存储模块用于对所述信息注册模块的注册信息、所述信息录入模块的录入信息以及所述考勤终端发送的信息进行存储，所述信息注册模块包括管理员注册单元、教师注册单元和学生注册单元，所述管理员注册单元用于管理员进行信息注册，所述教师注册单元用于教师通过教职工号进行信息注册，所述学生注册单元用于学生通过学号进行信息注册；所述信息录入模块包括教师信息录入单元和学生信息录入单元，所述教师信息录入单元用于管理员录入教师的教职工号信息以及课程信息，所述学生信息录入单元用于管理员录入学生的学号信息、人脸图像信息以及课程信息。

如图5所示，所述服务器还包括人脸识别模块，所述人脸识别模块与所述存储模块相连接，所述人脸识别模块包括图像增强单元、人脸区域提取单元和特征提取单元，所述图像增强单元包括滤波模块和灰度化模块，所述滤波模块用于通过均值滤波算法对所述存储模块存储的所述考勤终端发送的人脸图像信息进行滤波处理，所述灰度化模块与所述滤波模块相连接，所述灰度化模块用于通过直方图均衡化算法对经过所述滤波模块处理后的人脸图像进行灰度变换处理；所述人脸区域提取单元与所述图像增强单元相连接，所述人脸区域提取单元用于通过Adaboost算法获取经过所述图像增强单元处理后的图像中的人脸区域；所述特征提取单元与所述人脸区域提取单元相连接，所述特征提取单元用于通过Gabor滤波器与所述人脸区域提取单元获取的人脸区域图像进行卷积处理人脸区域的Gabor特征，同时，通过LBP特征提取算法对所述人脸区域提取单元获取的人脸区域图像进行特征提取得到人脸特征的统计直方图后根据统计直方图获取人脸区域图像的特征向量，并对Gabor特征和人脸区域图像的特征向量进行融合处理后通过主成分分析法对融合处理后形成的特征向量进行降维处理。

进一步地，所述人脸识别模块还包括匹配单元和签到反馈单元，所述匹配单元与所述特征提取单元相连接，所述匹配单元用于通过随机森林算法对所述特征提取单元提取的人脸特征和所述存储模块存储的人脸图像样本进行匹配；所述签到反馈单元与所述匹配单元相连接，所述签到反馈单元用于根据所述匹配单元的匹配结果反馈签到成功或失败信息至所述考勤终端。

在本实施例中，所述考勤终端接收所述所述签到反馈单元发送的信息，在签到成功时，通过语音提示模块发出签到成功的语音信息，并通过考勤界面显示模块显示包含签到成功字样的界面信息；在签到失败时，通过语音提示模块发出签到失败的语音信息，并通过考勤界面显示模块显示包含签到失败字样的界面信息。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。