一種基于監控圖像座位判別的中小學課堂自動考勤系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光網絡通信技術領域，更為具體地講，涉及一種基于監控圖像座位判 別的中小學課堂自動考勤系統。
【背景技術】
[0002] 中小學生由于年齡相對較小，自我約束能力較差，并且容易受外界因素影響，出現 主動逃課或被動受害缺席的情況。多數中小學校出于保護學生和維護學校正常課堂教學秩 序目的，制定了嚴格的課堂考勤制度。
[0003] 傳統考勤方式通過課堂點名或教師目視檢查的方式，統計和缺勤學生。由于人數 眾多，這種方式將耗費教師和學生大量的時間和精力，考勤效率低，并且無法對考勤結果進 行信息化管理。電子信息和計算機技術的發展，為中小學課堂提供了新的考勤方式和系統， 典型的考勤系統有:基于非接觸式射頻卡的考勤系統和基于生物特征識別的考勤系統如： 指紋識別考勤機、人臉識別考勤機、掌紋識別和虹膜識別考勤機等。射頻卡考勤系統需要被 考勤人員攜帶射頻卡主動配合考勤，用于課堂考勤，則需要在教室入口設置刷卡點或門禁 系統，且無法避免代刷卡或刷卡后離開的情況。基于生物特征識別的考勤系統，需要提前采 集和提取學生指紋、頭像、掌紋或虹膜中的大量的生物特征信息，并且識別過程中也需要學 生的主動配合，逐個"刷指紋"、"刷臉"、或"刷掌紋"等，考勤過程繁瑣，且存在泄露學生個人 隱私的風險，因此，不適用于中小學生課堂上的快速考勤。以上所述考勤系統，均需要學生 的主動配合，而考勤系統則是被動的接收學生射頻卡信息或生物特征信息。
[0004] 針對上述問題，有學者提出基于主動人臉識別技術的考勤方法，提出可以利用攝 像頭主動捕獲上課學生的人臉，并對其進行識別。但是，這種方式仍需要提前采集、提取和 存儲學生人臉特征信息，并且捕獲和識別上課學生人臉的技術實現難度較大，識別過程容 易受到學生姿態和表情變化等因素的影響，識別算法復雜、識別率低。同時，對硬件設備性 能要求極高，需要高分辨率高幀率的監控攝像頭，清楚捕獲到課堂上每個學生的面部特征， 因此，短時間內無法應用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于監控圖像座位判別的中小 學課堂自動考勤系統，在無需特殊要求和主動配合下，能夠快速、準確的自動考勤，還具有 低成本的特點。
[0006] 為實現上述發明目的，本發明基于監控圖像座位判別的中小學課堂自動考勤系 統，其特征在于，包括：
[0007] -監控攝像頭，安裝在教室一角，可對教室內所有座位進行視頻監控；
[0008] -視頻服務器，用于采集、壓縮和存儲監控攝像頭捕獲的視頻圖像，為考勤服務器 提供考勤時刻教室內的監控圖像；
[0009] -考勤服務器，用于運行考勤程序，并從視頻服務器調取待考勤教室的監控圖像， 再利用教室座位模板對監控圖像中的座位區域摳圖，然后通過彩色直方圖比較，判斷座位 是否有人，最后提取無人座位對應的學生學號，記錄到缺席學生數據庫;考勤服務器上還運 行Web查詢服務程序，通過Web網頁為各類考勤記錄查看終端提供查詢服務；
[0010] 一各類考勤記錄查看終端，用于連接互聯網帶Web瀏覽器的終端設備；學生家長、 教師或學校管理人員可通過這些終端設備，登錄考勤服務器中Web查詢服務網頁，查詢考勤 f目息和記錄。
[0011]其中，所述的考勤服務器包括:教室座位模板庫、空座直方圖庫、座位-學號關系數 據庫、缺席學生記錄數據庫、考勤程序模塊和Web查詢服務模塊；
[0012] 其中，所述的教室座位模板庫保存有提前設計好的教室座位模板，每個教室對應 一個模板，模板中定義了每個座位摳圖區域的座位編號、像素位置和大小;利用教室座位模 板，考勤程序模塊可以快速從教室圖像中摳圖，獲得座位區域的圖像；
[0013] 所述的空座直方圖庫保存有提前計算好的每個座位空座時摳圖后的彩色直方圖 數據，考勤程序模塊提取這些數據，與摳圖后座位圖像的彩色直方圖進行比較，從而判斷座 位上是否有人；
[0014] 所述的座位-學號關系數據庫保存有座位和學號關系數據，每個座位對應一個學 生，考勤程序模塊通過該數據庫，可以查詢到空座位置對應的學生學號；
[0015]所述的缺席學生記錄數據庫，用于記錄考勤程序模塊每次考勤查獲的缺席學生記 錄，包括學號、姓名、時間、教室信息，并為C6Web查詢服務模塊提供缺席學生數據；
[0016] 所述的考勤程序模塊，用于從視頻數據庫獲取考勤時刻的教室圖像，利用教室座 位模板庫、空座直方圖庫提前存儲的信息，判斷相應座位是否有人，并從座位-學號關系數 據庫中查詢出空座座位的學生學號，再記錄到缺席學生記錄數據庫中；
[0017] 所述的Web查詢服務模塊，運行Web查詢服務程序和相關查詢網頁，各類考勤記錄 查看終端可以通過登錄這些網頁獲取缺席學生信息。
[0018] 進一步的，本發明還提供了考勤程序模塊的考勤算法流程：
[0019] (1)、獲取教室的監控圖像
[0020] 通過局域網或其它專用網絡從視頻服務器獲取待考勤教室在考勤時刻的監控圖 像；
[0021] (2)、獲取教室座位模板
[0022] 從教室座位模板庫中提取待考勤教室的座位模板；
[0023] (3)、基于彩色直方圖的空座判別
[0024] (3.1)、座位圖像摳圖：利用步驟(2)提取的座位模板對步驟(1)獲取的教室圖像摳 圖，提取出所有座位的摳圖圖像；
[0025] (3.2)、計算彩色直方圖：對(3.1)提取的座位摳圖圖像逐個座位計算摳圖區域的 彩色直方圖；
[0026] (3.3)、獲取空座直方圖：在空座直方圖庫中提取相應座位空座時已經提前計算并 存儲好的彩色直方圖數據；
[0027] (3.4)、彩色直方圖比較:將(3.2)獲得的座位摳圖區域彩色直方圖與（3.3)獲得的 該座位空座時的彩色直方圖基于偏差平方和（SSD)指標進行比較，兩者偏差大于等于某設 定閾值時，判斷座位有人，小于時，判斷座位無人;其中，SSD指標計算方程為：
[0029] 其中，pci為當前座位摳圖區域中c(c = R，G，B三基色)通道上的亮度值為i的像素點 在當前座位摳圖區域內所有像素點的百分比，qcl為空座時該摳圖區域dl道上亮度值為i的 像素點在區域內所有像素點的百分比；
[0030] (4)、查詢并記錄缺席座位學生編號:對判斷為無人的座位，從座位-學號關系數據 庫中查詢到該座位對應學生的學號，將該學生缺席信息記錄入缺席學生記錄數據庫中。
[0031] 本發明的發明目的是這樣實現的：
[0032] 本發明基于監控圖像座位判別的中小學課堂自動考勤系統，包括:監控攝像頭、視 頻服務器、考勤服務器和各類考勤記錄查看終端。該系統充分利用中小學課堂座位相對固 定的特點，僅需要一副低分辨率的課堂全景圖像即可快速完成對所在教室的一次考勤，且 考勤正確率高，無需學生主動配合，無需提前提取和保存學生生物特征信息，無個人隱私泄 漏風險，并且對硬件系統性能要求低。
[0033] 同時，本發明基于監控圖像座位判別的中小學課堂自動考勤系統還具有以下有益 效果：
[0034] (1)、充分利用中小學生教室學生座位相對固定的特點，采用較簡單的圖像處理算 法判別座位位置是否有人，而不是進行復雜的學生身份識別，無需提前采集和保存學生生 物特征信息，無泄漏學生隱私的風險，并且考勤算法簡單、速度快、準確率高;還可以實現全 天多時段定時考核和突發情況下對缺席學生的快速統計。
[0035] (2)、本發明所述的系統采用基于彩色直方圖比較的空座判別方法，不依賴區域內 顏色信息的空間分布，對學生姿態無任何要求，考勤方式友好，魯棒性高。
[0036] (3)、本發明利用提前設計好的教室座位模板對座位區域快速摳圖，提高了圖像處 理的速度。
[0037] (4)、本發明具有實施成本低，無需高性能的監控攝像頭獲取多幀高分辨率圖像進 行復雜的人臉識別，對圖像采集設備和硬件計算平臺的性能要求低。可利用多數學校已有 的視頻監控系統，進行教室圖像采集，無需增加門禁、考勤機等新的硬件設備。
【附圖說明】
[0038] 圖1是本發明基于監控圖像座位判別的中小學課堂自動考勤系統結構框圖；
[0039] 圖2是圖1所示的考勤服務器的構成示意圖；
[0040] 圖3是圖2所示的考勤程序模塊的考勤流程圖；
[0041]圖4是座位圖像樞圖實施例不意圖；
[0042]圖5是彩色直方圖比較實施例示意圖。
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地 理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許 會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0044] 實施例
[0045] 圖1是本發明基于監控圖像座位判別的中小學課堂自動考勤系統結構框圖。
[0046] 在本實施例中，如圖1所示，本發明基于監控圖像座位判別的中小學課堂自動考勤 系統，其特征在于，包括:監控攝像頭、視頻服務器、考勤服務器和各類考勤記錄查看終端。 [0047]其中，監控攝像頭，安裝在教室一角，可對教室內所有座位進行視頻監控。
[0048] 視頻服務器，用于采集、壓縮和存儲監控攝像頭捕獲的視頻圖像，為考勤服務器提 供考勤時刻教室內的監控圖像。
[0049] 考勤服務器，用于運行考勤程序，并從視頻服務器調取待考勤教室的監控圖像，再 利用教室座位模板對監控圖像中的座位區域摳圖，然后通過彩色直方圖比較，判斷座位是 否有人，最后提