课堂智慧点名系统研究与设计开题报告

1.1背景

当今时代随着信息技术的快速发展，由于每个人的人脸有差异这一特性和计算机数据海量而且细致入微的特点决定了人脸识别是一种很有效的分辨识别技术^[1]，基于人脸识别技术^[2]的应用最近几年也越来越多起来，应用最广泛的是安检系统^[3][4]，公安刑侦部门的罪犯备案系统^[5]，以及奥运馆的人脸识别报警系统^[6]等等。在计算机技术广泛推广的今天，应用计算机已经大大的提高了社会的各方面的效率。而作为学校，社会知识的高度集中区，计算机已经成为一种必需品。

随着大学学生规模的不断壮大，大学原有的很多管理制度和教育理念，已越来越难以适应新形势的需要。大学生课堂考勤制度^[7]是培养大学生良好的纪律意识、学习风气、意志品质和良好学习习惯的一项重要保障；同时也是及时了解课堂教学效果和学生心理困扰、心理健康、生活困难等的一个重要途径。学生考勤制度至关重要，但是，学校的管理层、教师作为学生考勤制度的实施者在考勤制度^[8]的实施过程中却遇到了不少的困扰，从而影响了学生考勤制度的有效实施。本文尝试对这些困扰进行分析，并提出了相应的解决途径。

2016年，Bhukya R K与其团队介绍了一种基于语音生物识别^[9]的考勤系统。用户通过几个预先设定好的手机打电话进入系统。该系统已被110名学生定期使用约两个月，识别率方面的系统性能表现良好。Caute A设计出了一种基于ZigBee技术^[10]的无线指纹考勤系统，大幅度提高了学校和企业的考勤效率，惠及了各行各业的工作者们。Watanabe S和他的实验室同伴们针对传统考勤方式存在的误报、接线复杂等缺点，提出了基于DSP和ZigBee技术^[11]的无线指纹考勤系统，该系统为中、远程考勤管理提供了有效、可靠的解决方案，布线简单。大型企业。

2017年，Mohamed B K P提出了利用生物识别技术实现教育机构考勤过程自动化的系统^[12]。这将节省浪费在点名上的时间，并提供了一种简单的考勤方法。Koizumi S在工作室同事的帮助下设计出一种系统使出勤登记自动化^[13]，该自动考勤系统具有实时性强、远程监控能力强、向学校提供考勤报告等优点，更加有效、高效、可靠。Masnicki R研究了一种基于超球面字符串覆盖的仿生模式^[14]识别方法，并将其应用于指纹考勤系统中。在分析实际教学需求的基础上，设计了一套完整的指纹考勤系统的硬件和软件系统，通过指纹传感器采集指纹数据并对其进行预处理，然后利用超球面串覆盖算法对指纹图像进行识别。该系统达到了预期效果，解决了课堂实时考勤问题。

2018年，Mohammed I. Younis认为射频识别（RFID）技术^[15]是一种方便灵活的技术，非常适合全自动化系统，它将人类的生活方式导向自动化和现实。设计将RFID集成到考勤管理系统中，可以方便、智能、方便、实用地完成用户和管理员的任务。Ferrante E设计研究出了基于iBeacon的课堂自动考勤系统^[16]，该系统采用配备DA14850芯片的iBeacon基站完成室内精确定位，并使用Android和iOS移动设备完成自动考勤并上传考勤信息。本系统具有建设成本低、实用性强的特点,并可便捷地移植到会议、企事业单位日常签到等应用场景。Kim P的团队设计出了一款结合虹膜识别技术^[17]的井下施工人员考勤系统，它能够保证井下施工人员的身份得到有效的认证，同时能够监督员工井下工作的时间长度,便于对施工过程进行信息化的管理。

2016年，嵌入式领域专家刘兴云与其合作伙伴针对如何快速有效方便签到,对基于Android平台的WLAN热点技术^[18]进行了研究，设计了一种基于手机MAC地址签到系统。提出该系统的逻辑设计及各个模块的功能设计，分析了系统的优势，最后针对所设想的系统进行了编译、实现及验证。该设计对签到考勤管理具有一定的实用价值，低成本、高效率的特点使它具有广阔的市场前景。

2017年，王瑜带领其团队利用计算机软件设计一种课堂点名系统^[19]。介绍了系统的整体设计方案，在Labwindows/CVI 2012环境下实现系统界面及系统功能设计，同时，使用DatabaseAssistant工具包将学生成绩记录到Access数据库中，为考评学生的平时成绩提供依据。该系统具有顺序点名、随机点名、单号点名、双号点名、拍照点名、课堂提问、自动记录成绩、自动计算成绩、自动统计成绩等功能，不但可以活跃课堂气氛,提高学生学习的积极性,而且提高了点名效率和课堂有效时间的利用率。经试验证明,该系统功能强大、界面友好、运行可靠。

2018年，计算机领域学者戴志诚针对校园环境下课堂签到耗时耗力的现状，设计并实现了一种方便、快捷且实现成本低的课堂签到系统。系统利用基于蓝牙4.0的信标设备^[20]使人物、事件、时间和地点之间相互联系，从而在课程指定时间和地点实现主动签到，提出了在实际应用中易于实现并且满足定位精度需求的室内定位方法。实验结果表明，基于蓝牙4.0的课堂签到系统能够快速准确完成主动签到过程，效率高且系统可扩展性强。

1.2目的意义

当今时代是一个信息化时代，因此，一些国家考勤管理系统在国内外的高校中都有广泛的运用，与其相似的就有企业指纹考勤机插卡打卡等系统。目前，国内的考勤技术已经趋向成熟，有一些CPU内核均为科学院自主研发的考勤机器，像中控品牌的产品已经远销欧美、中非、东亚等，无论从质量、模具、品质均不输于其他国家。而学生考勤系统的开发条件低，开发周期短。功能结构相对简单，属于自行开发，自行使用，所以国内外对学生考勤管理系统的研究也就不多。但是传统的学生考勤都是通过老师或学生干部点名和签到进行的，花费了很多时间和人力，学校统计也比较麻烦，不便于学校管理。随着国内外高校校园管理逐渐成熟完善，学校考勤管理也在逐渐改善，因而一个网上即时考勤管理就能提高管理工作效率，加强对学生信息的统一管理和及时查询。学生考勤信息系统就是作为实现现代信息管理的重要平台，在未来具有非常好的发展前景。

2.1主要研究内容

人工智能技术的发展使得课堂智慧点名系统的解决方案更加丰富，本课题拟研究课堂智慧点名系统，具体研究内容如下：

（1）研究课堂智慧点名系统现状及可行性分析。分析课堂智慧点名系统研究现状，对比各种方法及其应用场合、优缺点，分析本设计的可行性；

（2）硬件系统构建。硬件选型，实现课堂智慧点名系统外围电路设计；

（3）软件系统构建。根据硬件系统，设计课堂智慧点名系统软件程序；

（4）系统综合调试。对软件系统和硬件系统进行综合调试。

（5）实现课堂智慧点名系统。

2.2预期目标

（1）实现学生信息的录入，学生信息的更新；

（2）通过摄像头拍摄照片，对学生的面部信息进行学习；

（3）通过面部识别系统确认学生信息；

（4）可以添加课程信息，实验室信息。

3.1研究方法

（1）对传入图像数据进行人脸检测，返回人脸位置信息和人脸在图像中的朝向信息，可用于后续的人脸分析、人脸比对操作，支持图像模式和视频流模式；

（2）将两个人脸进行比对，来判断是否为同一个人，返回比对相似度值；

（3）检测输入图像数据指定区域人脸的三维角度信息；

（4）将两个人脸进行比对，来判断是否为同一个人，返回比对相似度值，从而实现精确识别签到功能。

3.2研究步骤

本课题研究可以通过对国内外有关课堂点名和人脸识别的论文或文献进行分析，同时参考其他国内外研究成果与课堂点名系统相类似的系统设计，从而达到取长补短的目的，再结合互联网以及馆藏书籍中相关的技术和理论内容，总结出已参考各种系统中具备的优越性或者不足的地方，然后对智慧课堂点名系统进行构思，列出系统所需框架和关系图，最后综合起来实现本课题要求的智慧课堂点名系统。

[1] 宋嘉程. 人脸识别技术的现状和发展[J]. 电子技术与软件工程, 2017(17):104-104.

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[5] 刘富汉. 高校学生考勤制度浅议[J]. 湖南工业职业技术学院学报, 2011, 11(3):97-98.

[6] 杨永平, 曾艺, 刘世兴. 基于WIFI的高校课堂考勤系统设计实现[J]. 信息技术与信息化, 2017(1-2):102-103.

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[17]Kim P, Chen J, Yong K C. SLAM-driven robotic mapping and registration of 3D point clouds[J]. Automation in Construction, 2018, 89:38-48.

[18] 刘兴云, 杨火祥, 付晶晶, et al. 基于Android手机MAC地址的签到系统[J]. 单片机与嵌入式系统应用, 2016, 16(6):77-79.

[19] 王瑜, 闫沫. 基于Labwindows/CVI的课堂点名系统设计[J]. 自动化与仪器仪表, 2017(6) :55-58.

[20] 戴志诚 , 周家瑶 . 基于蓝牙4.0的课堂签到系统设计与开发[J]. 计算机应用与软件, 2018，25(9):127-129.

2022-02-25----2022-03-18 课题调研，了解相关技术和要求；

2022-03-19----2022-04-01 查阅资料，撰写并提交开题报告；

2022-04-02----2022-04-15 硬件设计与调试；

2022-04-16----2022-05-03 软件设计与调试；

2022-05-04----2022-05-24 完成论文初稿；

2022-05-25----2022-06-14 论文完善、修改、论文答辩。