PAGE25基于人臉識別的簽到系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)【摘要】本文介紹了一種基于人臉識別技術(shù)的課堂簽到系統(tǒng)，旨在優(yōu)化簽到流程，提高簽到效率和準確性。系統(tǒng)采用了TensorFlow作為基礎(chǔ)，結(jié)合Django和Celery框架，以及opencv.js和HTML技術(shù)，實現(xiàn)了實時的人臉檢測功能。在后端，利用Django、dlib和resnet構(gòu)建的系統(tǒng)完成了人臉檢測、提取、特征提取和分類等任務，實現(xiàn)了簽到功能。系統(tǒng)還包括注冊、簽到和用戶管理等功能，為用戶提供了更便捷高效的操作體驗。。【關(guān)鍵詞】人臉識別；TensorFlow；Django；Celery；SQLite；dlib；Facedetection

目錄 52601引言 1153811.1系統(tǒng)設(shè)計背景 1319181.2系統(tǒng)設(shè)計目標 1172091.3系統(tǒng)建設(shè)意義與內(nèi)容 132661.3.1建設(shè)意義 1302371.3.2研究內(nèi)容 1204401.4文檔內(nèi)容概述 226082文獻綜述 2106882.1國外相關(guān)平臺研究現(xiàn)狀 2160232.2國內(nèi)相關(guān)平臺研究現(xiàn)狀 29202.3本系統(tǒng)設(shè)計的動機及擬解決的實際問題 391783平臺需求 3268033.1功能模塊分析 338393.2界面需求 4195894系統(tǒng)設(shè)計 556014.1系統(tǒng)設(shè)計原則 6149634.2系統(tǒng)流程設(shè)計 6305944.2.1系統(tǒng)開發(fā)流程 6312194.2.2添加信息流程 7225164.2.3人臉識別流程 759894.3系統(tǒng)功能設(shè)計 8287724.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計 8297964.4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則 9318984.4.2數(shù)據(jù)庫實體 991624.4.3數(shù)據(jù)庫表設(shè)計 12147045系統(tǒng)實現(xiàn) 13140265.1開發(fā)環(huán)境分析 1392305.2登錄 1530055.3注冊 16298625.4識別簽到 1866185.5簽到界面 2041806系統(tǒng)測試 23104486.1測試方法 23181186.2測試環(huán)境 2388536.3系統(tǒng)功能測試 23213906.4系統(tǒng)性能測試 30229536.5系統(tǒng)交付測試 30184307系統(tǒng)總結(jié) 3122914參考文獻 311引言1.1系統(tǒng)設(shè)計背景人臉識別技術(shù)，是一種通過捕捉人臉特征信息進行身份鑒別的生物識別手段。它依賴于攝像設(shè)備捕捉含有人臉的圖像或視頻，進而在圖像中自動尋找并鎖定人臉，再對鎖定的人臉進行精確識別。這項技術(shù)也常被稱作人像或面部識別。在計算機視覺研究領(lǐng)域，人臉檢測技術(shù)扮演了舉足輕重的角色，特別體現(xiàn)在兩大方面：首先，人臉的自動檢測和定位是實現(xiàn)身份識別的基石，它為面部識別、合成、編碼，以及唇讀等技術(shù)提供了必要的前提；其次，人臉檢測技術(shù)在智能安防監(jiān)控、電子商務、視頻會議和遠程教學等領(lǐng)域中也有著廣泛的應用。總之，人臉識別技術(shù)以其獨特的應用價值，正在逐漸改變我們的生活和工作方式?；趦?nèi)容的檢索等諸多領(lǐng)域值得廣泛應用。在高校的教學和學生管理工作中，課堂簽到是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)的簽到方式效率低下，不僅給教師帶來了沉重的負擔，還耗費了大量時間。此外，傳統(tǒng)簽到方式所記錄的數(shù)據(jù)不易整理和利用，難以滿足教學管理的需求。隨著科技的不斷發(fā)展，人臉識別技術(shù)逐漸普及，學校也開始嘗試使用人臉考勤機進行簽到。然而，考勤機的安裝過程較為繁瑣，且效率并未得到顯著提升。為了解決這一問題，我利用人臉識別技術(shù)，開發(fā)了一款基于人臉識別的簽到系統(tǒng)。這款系統(tǒng)旨在使課堂簽到更加科學化、正規(guī)化、系統(tǒng)化和簡單化，從而提升簽到的效率和準確性，減輕教師的工作負擔，并更好地滿足教學管理的需求。通過這一系統(tǒng)的應用，我期望能夠為高校的教學和學生管理工作帶來更大的便利和效益。1.2系統(tǒng)設(shè)計目標設(shè)計基于人臉識別的課堂簽到系統(tǒng)時，核心目標是確保系統(tǒng)能夠迅速且準確地識別學生身份，進而高效地記錄他們的出勤情況。這一系統(tǒng)旨在簡化教師的管理負擔，通過實現(xiàn)自動化簽到流程，讓教師能夠更加專注于教學活動本身，可以即時了解學生的出席狀況除此之外，系統(tǒng)應提供直觀易用的用戶界面，以及靈活的配置選項，以滿足不同教師和學生的具體需求?？傊?，基于人臉識別的簽到系統(tǒng)的設(shè)計目標是在提高教學管理效率、確保出勤準確性，以支持和增強教育活動。1.3系統(tǒng)建設(shè)意義與內(nèi)容1.3.1建設(shè)意義基于人臉識別的簽到系統(tǒng)通過利用先進的人工智能技術(shù)，為簽到流程帶來了革命性的改變，具有多方面的建設(shè)意義。首先，這種系統(tǒng)極大地提高了簽到效率，用戶只需面對攝像頭即可迅速完成驗證，省去了傳統(tǒng)手工簽到的繁瑣過程。同時，人臉識別簽到提供了良好的用戶體驗，特別適用于大型活動或課堂場景，且在諸如疫情等特殊背景下尤為重要，因為它減少了接觸式交互的需要。此外，該系統(tǒng)的模塊化設(shè)計使得它易于擴展和維護，能夠根據(jù)不同場合的需求進行定制。它還賦予了活動一種現(xiàn)代和科技的氛圍，同時長期使用可以為企業(yè)或機構(gòu)節(jié)約人工和管理成本。綜上所述，基于人臉識別的簽到系統(tǒng)不僅提升了簽到流程的效率和安全性，還改善了用戶體驗，并且有助于實現(xiàn)成本效益，是現(xiàn)代化管理和服務中的重要工具。1.3.2研究內(nèi)容研究基于人臉識別的簽到系統(tǒng)主要關(guān)注幾個核心領(lǐng)域：首先是技術(shù)精度的提升，包括算法的優(yōu)化和圖像處理技術(shù)的改進，以增強在不同環(huán)境和條件下的識別準確性。其次，重視系統(tǒng)的用戶體驗設(shè)計，確保界面簡潔直觀，方便用戶快速理解和操作。此外，性能優(yōu)化針對的是提高處理速度和穩(wěn)定性，以便適應高并發(fā)場景。安全性與隱私保護同樣重要，涉及數(shù)據(jù)保護法規(guī)遵從性和個人隱私的安全措施。最后，系統(tǒng)需要具備良好的異常處理機制和無障礙服務特性，確保所有用戶都能順暢使用。這些研究內(nèi)容旨在打造一個高效、安全且用戶友好的簽到系統(tǒng)。2文獻綜述2.1國外相關(guān)平臺研究現(xiàn)狀當前，國外在人臉識別簽到系統(tǒng)的研究與發(fā)展方面表現(xiàn)出較高的成熟度和廣泛的應用范圍。眾多研究機構(gòu)如MITREF_Ref15335\w[1]、CMUREF_Ref15335\w[2]等不斷推進技術(shù)創(chuàng)新，使得識別精度已經(jīng)達到令人印象深刻的水平，尤其在處理高清晰度圖像時幾乎可以達到百分之百的準確率。隨著深度學習等先進技術(shù)的應用，系統(tǒng)的魯棒性持續(xù)提高，能有效抵御各種干擾因素。此外，國外的研究還涉及了將人臉識別技術(shù)與智能家居、云計算等新興技術(shù)相結(jié)合，擴展了其在智能設(shè)備和便捷服務中的應用?；谌四樧R別的考勤系統(tǒng)也朝著更加智能化的方向發(fā)展，提供了更高效和用戶友好的簽到體驗。總體上，國外研究平臺的現(xiàn)狀顯示了人臉識別技術(shù)作為一種強大的身份驗證工具，正逐步滲透到社會生活的各個層面。人臉識別技術(shù)在海外已廣泛應用于多個領(lǐng)域，其迅速發(fā)展得益于深度學習和大規(guī)模數(shù)據(jù)集的進步。深度學習在人臉識別方面的應用取得了顯著成果，并在實際場景中得到了廣泛應用。比如，先進的端到端人臉識別系統(tǒng)能夠高效地從自然圖像或視頻幀中精準提取人臉特征，實現(xiàn)高效識別。此外，芬蘭的創(chuàng)新企業(yè)Uniqul也推出了基于臉部識別技術(shù)的支付平臺，展示了人臉識別技術(shù)的廣泛應用前景。該系統(tǒng)集成了人臉識別技術(shù)，使得支付過程非?？焖俸头奖恪＿@表明人臉識別技術(shù)不僅僅局限于安全和認證領(lǐng)域，還在金融支付等其他領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。為了提高人臉識別簽到系統(tǒng)的性能，研究人員正在深入探討如何利用深度學習技術(shù)進行模型調(diào)優(yōu)和性能評估，以及關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的優(yōu)化。這些研究有助于提升系統(tǒng)的準確性和效率，確保其在實際應用中的可靠性。國外的研究不僅關(guān)注于人臉識別技術(shù)本身，還包括對業(yè)務流程、數(shù)據(jù)管理以及人臉信息處理等方面的研究。這些研究為人臉識別簽到系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了全面的技術(shù)支持。盡管人臉識別技術(shù)在國外得到了廣泛的應用，但是依舊面臨著如數(shù)據(jù)安全、技術(shù)標準化和隱私保護等挑戰(zhàn)。并且，隨著技術(shù)的進步，也為各行各業(yè)提供了新的機遇。在國際層面上，各國的研究機構(gòu)和企業(yè)之間的合作也在推動人臉識別技術(shù)的發(fā)展。通過共享數(shù)據(jù)、研究成果和技術(shù)創(chuàng)新，全球范圍內(nèi)的研究者共同推動了這一領(lǐng)域的進步2.2國內(nèi)相關(guān)平臺研究現(xiàn)狀中國在人臉識別簽到系統(tǒng)的研究與發(fā)展呈現(xiàn)出跨領(lǐng)域、高效率和市場導向的特點。隨著深度學習等尖端技術(shù)的引入，國內(nèi)的研究和應用已經(jīng)顯著提升了人臉識別的準確性和便捷性，進而推動了在交通、教育、醫(yī)療等多個行業(yè)的廣泛應用。國家政策的支持和市場的積極反應為該技術(shù)的發(fā)展提供了肥沃土壤，使得人臉識別技術(shù)被社會廣泛接受并快速融入公共安全、智慧城市REF_Ref15335\w[3]REF_Ref15335\w建設(shè)等領(lǐng)域。企業(yè)和研究機構(gòu)正不斷探索新的技術(shù)和應用場景，致力于優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品并推動行業(yè)進步，顯示出中國在人臉識別簽到系統(tǒng)領(lǐng)域的研究和應用具有巨大的潛力和活力。國內(nèi)基于人臉識別的簽到系統(tǒng)技術(shù)不斷的在進步，效率和準確率得到了明顯的提升。在實際應用方面，該技術(shù)已在教育、金融、安防等多個領(lǐng)域得到廣泛應用。例如，在教育這一行業(yè)中，越來越多的教育機構(gòu)和學校采用人臉識別的簽到系統(tǒng)進行考勤，通過快速掃描學生的面部信息，實現(xiàn)無紙化、高效率的考勤管理。此外，一些公司和機構(gòu)也開始利用人臉識別技術(shù)來記錄員工出入、訪客登記以及會議簽到等，不僅提高了工作效率，也增強了場所的安全性。比如，支付寶的“刷臉”支付功能就是將人臉識別技術(shù)應用于金融領(lǐng)域的一個實例。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)的人臉識別簽到平臺也在不斷涌現(xiàn)，如曠視科技、商湯科技等公司在提供高精度的人臉識別解決方案方面處于領(lǐng)先地位。盡管如此，隱私保護和數(shù)據(jù)安全仍然是人臉識別技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)之一，未來的發(fā)展需要在確保用戶隱私和信息安全的前提下繼續(xù)推進。2.3本系統(tǒng)設(shè)計的動機及擬解決的實際問題傳統(tǒng)的簽到方法，如紙質(zhì)簽到或電子表格，容易遭受人為篡改和欺詐。而人臉識別作為一種生物識別技術(shù)，提供了更高的安全標準。本系統(tǒng)可提供快速的簽到流程，減少排隊等待時間，降低管理成本。人臉識別可以實時驗證個人身份，避免了代簽或漏簽的情況，確保了數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。且對于用戶來說，無需攜帶額外的卡片或記住密碼，只需面部特征即可完成身份驗證，用戶體驗更加自然和友好。擬解決的實際問題有：避免非法替代或虛假簽到現(xiàn)象，加快入場流程，減輕人力資源負擔，增強場所安全。3系統(tǒng)需求3.1功能模塊分析用戶管理模塊：用戶注冊：系統(tǒng)應支持用戶注冊并錄入人臉信息和用戶信息，以生成系統(tǒng)賬戶。用戶登錄：系統(tǒng)應支持用戶通過刷臉進行身份驗證，以此來登錄系統(tǒng)。用戶信息管理：系統(tǒng)應支持查看和修改用戶個人信息?？记诠芾砟K：人臉簽到：用戶通過刷臉進行簽到。簽到記錄管理：查看用戶的簽到記錄和統(tǒng)計信息。系統(tǒng)管理模塊：權(quán)限管理：設(shè)置不同角色的用戶權(quán)限。參數(shù)設(shè)置：設(shè)置系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，如簽到間隔時間等。統(tǒng)計報表模塊：生成考勤統(tǒng)計報表，包括個人和整體的考勤情況。圖3-1系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖圖3-2系統(tǒng)模塊用例圖3.2界面需求如今，界面設(shè)計已經(jīng)成為評估軟件質(zhì)量的重要指標之一。一個優(yōu)秀的用戶界面能夠增強用戶對系統(tǒng)的信心和興趣，從而提高工作效率。Python的服務器端庫單元提供了一個接口，用于為前端應用程序提供服務。這使得創(chuàng)建動態(tài)頁面變得更加便捷。客戶界面是指軟件系統(tǒng)與用戶交互的接口，往往涵蓋輸出、輸入、人機對話REF_Ref15335\w[4]的界面格式等。(1)輸出設(shè)計輸出設(shè)計的主要責任和目標是從電腦輸入的基本信息中生成高質(zhì)量、有效的信息，并按照一定的格式提供給管理者使用。系統(tǒng)開發(fā)的過程與實施過程相反，先從輸出設(shè)計到輸入設(shè)計。輸出設(shè)計著重于確保使用者能夠方便地使用輸出表格，并及時反映出各部分的有用信息。準則是綜合考慮不同管理層的需求，確保輸出簡潔，不提供不必要的信息REF_Ref15335\w[5]。(2)輸入設(shè)計數(shù)據(jù)的收集和錄入是一項繁瑣的任務，同時也容易出錯。確保輸入數(shù)據(jù)的準確性至關(guān)重要，錯誤的數(shù)據(jù)會導致輸出錯誤，從而影響整個系統(tǒng)的性能。在設(shè)計數(shù)據(jù)輸入方面，有以下幾點原則：盡量減少輸入量，保持在能夠滿足處理要求的最低限度。這樣可以降低錯誤率和數(shù)據(jù)準備時間。確保輸入數(shù)據(jù)的準備和錄入過程盡可能方便，以降低出錯的可能性。盡早檢查輸入數(shù)據(jù)，最好在數(shù)據(jù)產(chǎn)生點附近進行，以便及時發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤。將輸入數(shù)據(jù)盡早記錄為處理所需的形式，以避免在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移過程中需要轉(zhuǎn)錄而引發(fā)的錯誤。4系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)分析完成后，開始系統(tǒng)設(shè)計，包括總體設(shè)計和詳細設(shè)計?？傮w設(shè)計是一個概括性的設(shè)計階段，通過它我們可以劃分系統(tǒng)的組成部分，如文件、文檔、數(shù)據(jù)等，并初步確定程序的模塊和功能。系統(tǒng)總體框架圖如下，包括前端層、應用層、服務層和數(shù)據(jù)層。前端負責用戶界面，應用層實現(xiàn)業(yè)務邏輯，服務層提供人臉檢測、特征提取和分類等服務，數(shù)據(jù)層采用SQLite數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用前后端分離架構(gòu)，前端通過HTTP協(xié)議與服務端進行交互。圖4-1系統(tǒng)總體框架圖4.1系統(tǒng)設(shè)計原則(1)數(shù)據(jù)安全性設(shè)計識別系統(tǒng)時，存儲涉及隱私權(quán)的數(shù)據(jù)必須保證安全性。(2)易用性用戶權(quán)限內(nèi)，一個風格統(tǒng)一的界面提供所有業(yè)務流程操作和信息獲取，提高操作員效率和易用性，靈活應用系統(tǒng)。(3)柔軟性由于基于人臉識別的簽到系統(tǒng)涉及多方面的業(yè)務，系統(tǒng)設(shè)計必須具備適應變化的能力。(4)擴展性隨著用戶對人臉識別管理需求的變化，調(diào)度系統(tǒng)需要不斷更新和擴展業(yè)務。因此，設(shè)計初期就需要考慮良好的可擴展性方案。4.2系統(tǒng)流程設(shè)計4.2.1系統(tǒng)開發(fā)流程 開發(fā)人臉識別系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟包括需求分析、系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃、功能模塊設(shè)計和數(shù)據(jù)庫選擇等。整個開發(fā)流程可用圖4-2表示。圖4-2系統(tǒng)開發(fā)流程圖4.2.2添加信息流程用戶可添加系統(tǒng)中缺少的人臉識別模型信息。輸入要添加的信息后，系統(tǒng)將自動驗證數(shù)據(jù)的合法性。驗證成功后，信息將添加至數(shù)據(jù)庫；驗證失敗時，系統(tǒng)將提示添加失敗，并要求重新輸入信息。添加信息流程如圖4-3所示。圖4-3添加信息流程圖4.2.3人臉識別流程系統(tǒng)對人臉的識別首先進行檢測，對圖像進行預處理并且進行特征的提取，接著到數(shù)據(jù)庫中進行對比，最后進行匹配輸出結(jié)果。識別流程如圖4-4所示。圖4-4人臉識別流程圖4.3系統(tǒng)功能設(shè)計根據(jù)第三章所說明的功能分析，可以得出基于人臉識別的簽到系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，如圖4-5所示：圖4-5系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖4.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫是計算機信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，承擔著信息的收集、整理、存儲、檢索、更新、加工、統(tǒng)計和傳播等操作。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持是必不可少的。在當前，數(shù)據(jù)庫開發(fā)的質(zhì)量和速度直接影響著整個系統(tǒng)的表現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計一般可以分為個步驟：分別是分析需求、設(shè)計概念、設(shè)計邏輯、以及設(shè)計物理。4.4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則在概念設(shè)計中，通常用四種方法：分別是自頂向下、自底向上、逐步擴張、混合策略，以這四種方法為骨架集成由自底向上策略中設(shè)計的各局部概念結(jié)構(gòu)在物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段可以分兩步走：確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中主要是指存儲結(jié)構(gòu)和存取方法。對物理結(jié)構(gòu)的評價是空間效率和時間。選取正確的關(guān)系模式存取方法，常用的有：存取索引方法REF_Ref15335\w[5]、聚簇存取REF_Ref15335\w[6]、HASH存取方法REF_Ref15335\w[7]等。4.4.2數(shù)據(jù)庫實體在這個階段，用戶可以參與和評價數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計，從而有利于保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計與用戶的需求相吻合。在概念模式的設(shè)計中，E-R模型法是最常見的設(shè)計方法。通過上述分析對數(shù)據(jù)庫的需求，與系統(tǒng)概念模型的特點及開發(fā)方法相結(jié)合，我們可以建立E-R模型REF_Ref15335\w[8]圖，本系統(tǒng)的實體屬性圖如下圖所示：1、學生實體屬性圖如圖4-6所示：圖4-6學生實體圖2、簽到實體屬性圖如圖4-7所示：圖4-7簽到實體圖3、用戶表實體屬性圖如圖4-8所示：圖4-8用戶表實體圖人臉特征表實體屬性圖如圖4-9所示：圖4-9人臉特征表實體圖簽到記錄表實體屬性圖如圖4-10所示：圖4-10簽到記錄表實體圖6、課程表實體屬性圖如圖4-11所示：圖4-11課程表實體圖7、教師表實體屬性圖如圖4-12所示：圖4-12教師表實體圖8、考勤統(tǒng)計表實體屬性圖如圖4-13所示：圖4-13考勤統(tǒng)計表實體圖系統(tǒng)總體E-R圖圖4-14系統(tǒng)總體E-R實體圖4.4.3數(shù)據(jù)庫表設(shè)計數(shù)據(jù)庫的設(shè)計通常是以一個已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)REF_Ref15335\w[9]有SQLSERVER，SQLITEOracle等。本系統(tǒng)采用的是SQLITE數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，接下來介紹一下數(shù)據(jù)庫中的各個表的詳細信息。表4-1學生表列名數(shù)據(jù)類型長度主鍵允許空說明idint10是否編號namevarchar50否否姓名numvarchar50否否學號img_src1varchar50否否正面圖片img_src2varchar50否否左側(cè)img_src3varchar50否否右側(cè)Sexvarchar50否否性別Classvarchar50否否班級Joyvarchar50否否專業(yè)表4-2簽到信息表列名數(shù)據(jù)類型長度主鍵允許空說明idint10是否編號usernamevarchar50否否用戶Datevarchar50否否日期coursenamevarchar50否否課程表4-3用戶信息表列名數(shù)據(jù)類型主鍵說明idint是用戶編號usernamevarchar否用戶名passwordvarchar否密碼namevarchar否姓名sexvarchar否性別ageint否年齡表4-4人臉特征信息表列名數(shù)據(jù)類型主鍵說明idint是特征編號user_idint否用戶編號featurevectorblo否人臉特征向量表4-5簽到記錄信息表列名數(shù)據(jù)類型主鍵說明idint是簽到記錄編號useridint否用戶編號signintimedatetime否簽到時間courseidint否課程編號表4-6課程信息表列名數(shù)據(jù)類型主鍵說明idint是課程編號coursenamevarchar否課程名稱teacheridint否教師編號表4-7教師信息表列名數(shù)據(jù)類型主鍵說明idint是教師編號namevarchar否姓名表4-8考勤統(tǒng)計信息表列名數(shù)據(jù)類型主鍵說明idint是統(tǒng)計編號useridint否用戶編號total_sign_in_countint否累計簽到次數(shù)total_sign_in_ratedecimal否累計簽到率laatest_sign_in_timedatetime否最近簽到時間5系統(tǒng)實現(xiàn)5.1開發(fā)環(huán)境分析（1）開發(fā)硬件平臺：內(nèi)存：4G以上CPU：酷睿I5及以上硬盤：80G以上(2)開發(fā)軟件平臺：操作系統(tǒng)：Windows7開發(fā)工具：Pycharm開發(fā)語言：python數(shù)據(jù)庫：SQLite（3）系統(tǒng)實現(xiàn)所需要的平臺和框架及數(shù)據(jù)庫平臺TensorFlow是一個由Google團隊開發(fā)的端到端開源機器學習平臺，專門為了深度學習而設(shè)計。它是一個非常靈活的框架，用于部署和實現(xiàn)各種機器學習算法，尤其擅長處理深度神經(jīng)網(wǎng)絡。TensorFlow的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是張量（Tensor），通過流式（Flow）的方式表現(xiàn)出數(shù)據(jù)流圖的計算過程。它結(jié)合了計算代爾技術(shù)的優(yōu)化，以高效地處理復雜的數(shù)學表達式，這在深度學習中涉及大量數(shù)值運算的場景下尤其重要。作為一個全面的機器學習平臺，TensorFlow適用于多種不同的應用場景，包括但不限于圖像識別、自然語言處理、手寫數(shù)字分類以及視頻檢測等。它的架構(gòu)既靈活又具有高度可擴展性，支持多平臺運行，包括多個CPU或者GPU設(shè)備，也可以在移動操作系統(tǒng)如ios、安卓上運行。TensorFlow擁有豐富的生態(tài)系統(tǒng)，包含了多種庫、工具和社區(qū)資源。這些資源會幫助開發(fā)者和研究人員推動先進機器學習技術(shù)的發(fā)展，并且簡化了構(gòu)建和部署基于機器學習的應用的過程。其官網(wǎng)提供了詳細的學習文檔以及最新版本的下載方式，這對于教學和學術(shù)研究具有極大的幫助。學生和研究者可以利用這些資源來深化對機器學習和深度學習概念的理解?？偟膩碚f，TensorFlow的作用不僅限于提升計算能力，它還為機器學習領(lǐng)域帶來了一整套工作流程的解決方案，從數(shù)據(jù)處理到模型部署，覆蓋了整個開發(fā)周期。這使得企業(yè)能夠利用人工智能來解決實際的挑戰(zhàn)，并實現(xiàn)產(chǎn)品級的大規(guī)模應用。Django是一個高級的PythonWeb框架，它旨在幫助開發(fā)者快速構(gòu)建可擴展、安全且維護成本低的Web應用程序。其核心功能包括一個直觀的對象關(guān)系映射（ORM）系統(tǒng)，用于簡化數(shù)據(jù)庫操作；一個優(yōu)化的路由系統(tǒng)，以支持靈活和強大的URL設(shè)計；以及一個模板引擎，允許分離設(shè)計內(nèi)容與Python代碼，利于前端開發(fā)和后端邏輯的解耦。此外，Django還提供了一整套的Web開發(fā)工具，如自動化管理界面，讓開發(fā)者無需從頭編寫內(nèi)容管理或后臺管理界面；一個表單生成及驗證系統(tǒng)，減少手動編寫并處理表單的工作量；以及內(nèi)置的用戶認證系統(tǒng)，支持用戶注冊、登錄、權(quán)限管理等常見功能。Django還具有廣泛的第三方庫生態(tài)，社區(qū)支持強大，這使得從基本的網(wǎng)站到復雜的商業(yè)應用都能通過Django得到快速開發(fā)。它的中間件架構(gòu)使得諸如緩存、用戶認證和跨站請求安全等通用功能能夠輕松集成。綜上所述，Django以其全面的開發(fā)功能、優(yōu)雅的代碼設(shè)計、豐富的開箱即用功能和強大的社區(qū)支持，成為開發(fā)現(xiàn)代Web應用的優(yōu)選框架之一。Celery是一個功能豐富的異步任務隊列，它專為處理分布式、高并發(fā)的任務設(shè)計。它通過支持多種消息傳遞系統(tǒng)（如RabbitMQ、Redis等）來實現(xiàn)任務的異步執(zhí)行和負載均衡，同時提供靈活的任務調(diào)度機制，包括實時和定時任務。Celery還允許使用不同的后端存儲來保存任務的狀態(tài)和結(jié)果，并且具備強大的容錯和錯誤退避機制，確保系統(tǒng)的穩(wěn)健運行。它的監(jiān)控和日志功能為應用提供了深入的執(zhí)行洞察，而其易于集成的特性使得它可以無縫地與現(xiàn)有的多種編程語言和框架配合使用。此外，Celery的可定制性高，用戶可以根據(jù)需要調(diào)整傳輸協(xié)議和序列化方式等核心配置。綜上所述，Celery是一個適用于構(gòu)建大規(guī)模、高性能應用的健壯工具，特別適合于處理計算密集型或長時間運行的任務。SQLite是一個輕量級的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，他的核心功能包括了對ACID事務的支持，確保數(shù)據(jù)的完整性和并發(fā)訪問的安全性。它遵循SQL92標準，提供了全面的SQL查詢語言支持，使得開發(fā)者能夠執(zhí)行各種復雜的數(shù)據(jù)庫操作。由于SQLite使用ANSI-C編寫，并提供了一個簡單易用的API，它可以在多個平臺上無縫運行，包括Linux、MacOS-X、Android、iOS以及Windows系統(tǒng)，如Win32、WinCE和WinRT，使其成為跨平臺應用開發(fā)的理想選擇。dlib是一個功能全面的C++開源庫，它提供了一系列豐富的圖像處理功能和機器學習算法以及面部識別技術(shù)。它特別以高性能計算和機器視覺能力著稱，在工業(yè)界和學術(shù)界得到廣泛應用。dlib的機器學習算法包括支持向量機、決策樹、隨機森林等，可以用于分類、回歸和其他機器學習任務。此外，dlib還提供了一些深度學習相關(guān)的方法，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，可用于圖像識別和人臉識別。在圖像處理方面，dlib包含了一系列功能，如圖像加載和保存、圖像濾波器以及圖像特征提取等。它還具有強大的面部識別功能，使用68個點來標識人臉的重要部位，并提供了從人臉檢測到人臉匹配的全套解決方案。dlib是使用現(xiàn)代C++技術(shù)編寫的，可以在多種平臺上運行，包括Linux、Windows和MacOS。它為每個類和函數(shù)提供了詳細且精確的文檔，并且附有大量的示例代碼，方便用戶理解和使用。dlib遵循BoostSoftwareLicense，這意味著它是一個對商業(yè)和非商業(yè)用途都友好的開源許可協(xié)議?？傊?，dlib是一個強大的工具，特別適用于需要高性能計算和機器視覺功能的應用程序。它在工業(yè)和學術(shù)界都有廣泛的應用，比如嵌入式設(shè)備開發(fā)、機器人技術(shù)以及大型高性能計算環(huán)境。5.2登錄若要使用基于人臉識別的簽到系統(tǒng)，必須要先進行登錄，依次輸入用戶名和密碼進行登陸。如圖5-1。圖5-1登錄界面5.3注冊使用人臉識別簽到，就必須先進行用戶信息的注冊錄入，輸入用戶基本信息以及人臉信息進行注冊。如圖5-2-1。圖5-2-1注冊界面注冊需要提供3張照片，分別是正臉照片，左側(cè)臉照片，右側(cè)臉照片，和用戶的一些基本信息，post發(fā)送3張照片后，將會將3張照片一次使用dlib提取出人臉，然后使用

resnet提取3個1*128的向量，將用戶信息和用戶人臉向量組存儲在user數(shù)據(jù)庫中。可使用拍照功能現(xiàn)場拍攝照片也可上傳本地照片完成上傳，如圖5-2-2.圖5-2-2拍照界面圖5-2-3上傳界面5.4識別簽到進入系統(tǒng)后，點擊簽到，進行拍照簽到。如圖5-3-1，再點擊簽退，開始簽退，可判斷學生是否早退，如圖5-3-2。圖5-3-1簽到界面圖5-3-2簽退界面在瀏覽器中打開

:8000

查看簽到頁面

可以選擇拍照

按鈕，javascriptREF_Ref15335\w[10]

將會調(diào)用攝像頭

并且使用opencv.jsREF_Ref15335\w[11]，實時獲取攝像頭中頭像

，在確定頭像沒有問題后

自動將當前攝像頭中圖像填充到表單中

然后輸入簽到的課程

點擊簽到就可以開始簽到。簽到使用post

發(fā)送請求到后端

djangoREF_Ref15335\w[12]接受請求后，使用dlib將當前人臉提取出來，然后使用resnet

將人臉特征提取出來

提取為一個

1*128的特征向量。最后使用歐氏距離，來預測

特征向量是屬于誰。最后得到一個數(shù)組

返回

特征向量REF_Ref15335\w[13]與當前數(shù)據(jù)庫中所有賬號的相似度

默認

相似度高于80%

，即認為是同一人。5.5簽到界面當想查詢簽到結(jié)果時就可使用此功能，進入界面后如圖5-4-1圖5-4-1簽到查詢界面輸入相關(guān)信息即可查詢簽到情況，如圖5-4-2圖5-4-2簽到查詢5.6管理數(shù)據(jù)庫當用戶使用此功能就可查詢學生個人信息（注冊信息），如圖5-5-1所示，并且可以對用戶信息進行選中刪除，以及修改用戶相關(guān)信息，如圖5-5-2。圖5-5-1用戶查詢圖5-5-2用戶信息查詢此界面還可查詢課堂的簽到記錄，如圖5-5-3。圖5-5-3簽到記錄6系統(tǒng)測試6.1測試方法本次系統(tǒng)采用的測試方法主要是黑盒測試，其中進行測試的人員不需要理解系統(tǒng)內(nèi)部是如何工作也不需要理解系統(tǒng)如何實現(xiàn)REF_Ref15335\w[14]。只需要根據(jù)系統(tǒng)程序的輸入輸出以及點擊運行方面進行測試即可。6.2測試環(huán)境處理器：pc端：因特爾酷睿處理器I3內(nèi)存：pc端：4GB硬盤：pc端：80G以上操作系統(tǒng)：pc端：Win7-10或windowsXP數(shù)據(jù)庫：SQLite6.3系統(tǒng)功能測試系統(tǒng)測試是系統(tǒng)在完成開發(fā)使用前的最后一個階段，經(jīng)過系統(tǒng)的功能測試，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)功能模塊內(nèi)一些錯誤REF_Ref15335\w[15]，從而保證系統(tǒng)的可靠性。因此本系統(tǒng)在完成實現(xiàn)系統(tǒng)功能的代碼編寫之后，對系統(tǒng)的整體功能部分進行了一些系統(tǒng)的測試。1、使用正對屏幕的正臉姿勢進行簽到。圖6-1正臉姿勢簽到測試最終結(jié)果為識別人臉成功，簽到成功，簽退成功。遮擋左右半邊臉進行簽到簽退。圖6-2遮擋左右半邊臉簽到簽退測試最終結(jié)果為無法識別人臉，簽到與簽退失敗。帶口罩進行簽到測試。圖6-3帶口罩簽到測試最終結(jié)果為無法識別人臉，簽到失敗。在比較昏暗燈光下進行簽到簽退。圖6-4昏暗燈光下進行簽到簽退測試最終結(jié)果為識別人臉成功，簽到簽退成功在非常昏暗的燈光下進行簽到簽退。圖6-5非常昏暗的燈光下進行簽到簽退測試最終結(jié)果為無法識別人臉，簽到失敗。通過以上測試可了解到，系統(tǒng)需要在清晰拍攝到人臉時才可識別成功，通過書本遮擋人臉左右部分，以及戴口罩遮擋人臉下半部分都無法識別成功，是因為攝像頭無法捕捉到完整的人臉，無法進行信息對比，昏暗光線也是同理，在特別昏暗的燈光條件下，無法獲得一張完整的人臉，故無法識別成功，簽到失敗。對注冊界面進行測試，輸入完整的信息圖6-6注冊測試結(jié)果顯示注冊成功，若只輸入一部分信息，如圖6-7.圖6-7信息不全測試結(jié)果為無法提交注冊。所以注冊界面需要輸入的完整的用戶信息才可注冊成功。簽到查詢功能測試圖6-8簽到查詢功能測試輸入完整信息進行查詢，可得到該用戶的簽到簽退情況，若只輸入用戶姓名，是否也能查詢的到呢？如圖6-9所示。圖6-9簽到簽退查詢測試結(jié)果是同樣能查詢到，由此可了解到，只需要知道學生的姓名，即可查詢該學生的簽到簽退情況。若是出現(xiàn)同名同姓情況，則可輸入完整信息進行查詢，且查詢姓名時，其他相關(guān)的信息也會呈現(xiàn)出來，也可通過學號等信息來區(qū)分。6.4系統(tǒng)性能測試通過系統(tǒng)的測試，該系統(tǒng)性能符合需求中的性能指標的要求。6.5系統(tǒng)交付測試本系統(tǒng)面向大型集團公司下的各個子公司，因此在分別在不同子公司內(nèi)部進行最終的交付測試。經(jīng)過一段時間的使用測試后，系統(tǒng)各模塊功能都運行正常。7系統(tǒng)總結(jié)基于人臉識別的簽到系統(tǒng)是一種技術(shù)先進的自動化身份驗證工具，適用于會議、活動或工作場所。該系統(tǒng)通過攝像頭捕獲參與者的面部圖像，并利用深度學習模型等人臉識別技術(shù)提取特征，與數(shù)據(jù)庫中預先存儲的人臉數(shù)據(jù)進行比對，從而快速準確地完成身份驗證和簽到記錄。這一過程無需用戶攜帶任何物理介質(zhì)，大幅提升了便捷性和效率。然而，系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)包括確保識別準確性（可能受光照、角度等因素干擾），處理性能問題（尤其是在高流量場合），以及妥善解決隱私和數(shù)據(jù)保護方面的擔憂。盡管如此，隨著技術(shù)的不斷進步，未來這些系統(tǒng)預期將進一步提高速度和精度，結(jié)合其他生物識別技術(shù)，并在隱私保護方面采取更為嚴格的措施，以適應日益增長的安全和管理需求。參考文獻[1]屈文濤,施偉毅,徐劍波等.MIT測井數(shù)據(jù)的點云轉(zhuǎn)換及井筒形變診斷[J/OL].機電工程技術(shù),1-8[2024-03-21]./kcms/detail/44.1522.TH.20240316.1635.002.html.[2]劉若塵,馮廣,羅良語等.結(jié)合模態(tài)表征學習的多模態(tài)情感分析[J/OL].計算機系統(tǒng)應用,1-8[2024-03-21]./10.15888/ki.csa.009492.[3]何歡,石志廣,張金文.基于智慧城市數(shù)字化治理平臺檔案信息資源的高效活化利用研究[J].中國信息界,2024,(01):51-54.[4]劉強德.生成式人工智能會給家禽業(yè)帶來機遇——智能禽業(yè)的“人機對話”[J].中國禽業(yè)導刊,2024,41(01):38-40.[5]陳亮.高校教師招聘網(wǎng)上報名系統(tǒng)[J].電腦知識與技術(shù),2015,11(16):43-44+48.DOI:10.14004/ki.ckt.2015.1179.[6]謝劍薇,劉濤.一種基于容器存儲結(jié)構(gòu)的空間柵格數(shù)據(jù)管理方法[C]//中國通信學會.第十八屆全國青年通信學術(shù)年會論文集（上冊）裝備學院;,2013:5.[7]宗薇,董占球.聚簇索引在數(shù)據(jù)庫查詢中的重要作用[J].微機發(fā)展,2000,(05):70-73.[8]徐瑩,徐福緣,李生琦.層級結(jié)構(gòu)中基于一元hash函數(shù)的存取控制方法研究[C]//中國電子學會工業(yè)工程分會.全國第十屆企業(yè)信息化與工業(yè)工程學術(shù)年會論文集.上海理工大學管理學院;上海理工大學管理學院;寧夏大學數(shù)學計算機學院;,2006:4.[9]劉紅業(yè),華實,程泊靜.基于E-R需求模型的特勤綠波協(xié)同控制系統(tǒng)設(shè)計[J].裝備制造技術(shù),2021,(10):21-24.[10]梁杰,吳志鏞,符景洲等.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)模糊測試技術(shù)研究綜述[J/OL].軟件學報,