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第 1   章  绪论   1

1.1    研究背景及意义   1

1.2    国内外研究现状  2

1.2.1    国外研究现状  2

1.2.2    国内研究现状  2

1.3    研究内容及思路  3

1.3.1    主要内容  3

1.3.2    创新点   3

1.4    研究思路  3

第 2   章  相关技术介绍  5

2.1    MySQL   5

2.2    Opencv   5

2.3    Vue   5

2.4    Django   5

第 3   章  系统需求分析  7

3.1    系统概述   7

3.2    可行性分析   7

3.3    系统功能模块需求分析  7

3.3.1    后台管理功能   7

3.3.2    考勤系统管理   8

3.3.3    学生签到情况  9

第 4   章  系统整体设计   11

4.1    系统整体架构   11

4.2    系统总体功能模块设计   11

4.3    接口设计   12

4.4    数据库设计   13

第 5   章  系统实现与测试   15

5.1    后台管理模块   15

5.2    考勤系统管理模块   15

5.2.1    教师查看学生到达人数   16

5.2.2    教师查看未到达人数   17

5.2.3    教师查看和审批请假学生   18

5.3    学生签到情况管理模块   21

5.3.1    学生请假请求和查看审批情况   21

5.3.2    学生人脸识别   22

5.4    系统测试概述   24

5.5    测试用例   25

第 6   章  研究总结与反思   27

6.1    研究总结   27

6.2    研究反思   27

参考文献   29

致    谢   31

基于 Django 的人脸识别考勤系统设计与实现

作者: 王贸  指导教师: 邢海花 教授

(海南师范大学信息科学技术学院，海口 571158)

摘 要：

传统的学生签到与考勤方式存在着许多问题，如教师人工签到不便，学生代签到、漏签到和误签到等。为了解决这些问题并提高考勤的效率和准确率，本文引入人脸识别技术作为改进方案。系统通过采集学生或教职工的人脸图像，利用人脸识别算法进行身份验证，将采集到的人脸数据与数据库中的身份信息进行比对，从而实现考勤功能。本系统能够自动准确地记录学生的签到情况，亦能完成学生请假和老师审批、统计学生签到及旷课人数。本研究旨在为学校提供了一种高效、准确的考勤方式，有助于减轻教师的工作负担，提高学校的课堂管理效率。关键词：人脸识别；考勤系统；Django 技术

Design and implementation of face recognition attendance

system based on Django

Author: Mao Wang    Supervisor: lecturer. Haihua Xing

(School of Information Science and Technology,

Hainan Normal University, Haikou 571158, P. R. China)

Abstract:

The traditional student check-in and attendance system has many issues, such as inconvenient manual check-in by teachers, student proxy check-in, missed check-in, and incorrect check-in. To address these issues and improve the efficiency and accuracy of attendance, this paper introduces face recognition technology as an improvement plan. Through collecting students’ facial data and using advanced face recognition algorithms for real-time recognition and identity verification, the system can identify and authen- ticate students’ or teachers’ faces through comparison with the database of identity in- formation, thus achieving check-in functionality. The system can automatically and ac- curately record students’ check-in status, as well as complete student absence reporting and teacher approval, statistics on student check-in and absenteeism. The aim of this re- search is to provide a highly efficient and accurate attendance system for schools, which can help reduce teachers’ workload and improve classroom management efficiency.

Key words: face recognition; attendance system; Django technology

第 1 章  绪论

1.1    研究背景及意义

随着信息技术的不断进步，以及各方面对快速有效的自动身份验证的急切需求，生物识别技术在近几十年来得到了突飞猛进的发展。生物特征作为人的一种内在属性, 并具有很强的自身稳定性和个体差异性, 因而成为最理想的自动身份验证依据。[1] 人脸识别是生物识别技术的一种，占有极为重要的地位，已经广泛应用于金融、教育、医学等各个领域[2] 。人脸识别由于具有直接、友好、方便、快捷的特点，易于被用户接受，因此得到了广泛的研究与应用。

常见的生物特征识别技术有 DNA 识别、虹膜识别、指纹识别等[3] 。通常情况下，每个人的 DNA 信息都是独一无二的，因此通过 DNA 验证可以准确地识别个体的身份。基于 DNA 的身份验证是一种精确的身份验证方法，但因其所需的时间成本和金钱成本较高，大规模推广和应用比较困难。虽然基于虹膜的身份验证具有唯一性和稳定性，但其所需的设备难以小型化，因此在市面上推广存在一定的挑战[4] 。基于指纹的身份验证具有稳定性和可靠性， 但是对环境的要求较高，手指的清洁度和完整性均会对识别的结果产生影响[2] 。上述的生物特征识别技术综合分析和比较表明，人脸识别技术具有快捷、隐蔽、非接触等特性，这些特性使得人脸验证具有巨大的应用潜力和研究价值。如今，人脸识别技术已广泛应用于我们身边的各个领域，如基于人脸识别的门禁系统、基于人脸识别的移动支付系统、基于人脸识别的车站验票系统等[5] 。

近年来教育部严抓大学本科教育, 提倡“严进严出”的管理制度, 课堂考勤依旧是保证课程学习, 教学秩序正常运行的前提。根据调查如今大部分高校仍旧采用较为传统的课堂考勤方式, 存在效率低, 数据量大, 替答代签到的现象比较严重等问题[6] 。为了改善上述问题，设计一个可以实现快速、精确的考勤数据收集和管理，对学校学生适用的人脸识别考勤系统，提高学生课堂考勤效率和准确度，减轻学校相关部门及班委的管理负担和成本。

因此，本文研究人脸识别的签到系统，系统采用 Vue 进行前台开发，结合Python 作为后台开发框架，使用Django 作为后端开发工具，并利用MySQL 设计后台数据库。通过研究现有的深度学习人脸识别系统， 使用成熟的人脸识别算法，优化系统和减少该系统可能产生的漏洞，设计和实现一个适用于学校的人脸识别考勤系统。该系统主要功能模块有课堂考勤功能模块、信息采集功能模块、考勤情况查询功能模块、数据管理功能模块、请假登记功能模块。本文研究成果对提

高学生学习积极性和老师的的管理水平起到积极的促进作用。本系统具有成本较低、操作简单、便于部署等优点，可以提高考勤准确率、可靠性和安全性[7] 。通过本研究，可以促进人脸识别技术的发展和应用，提高学校的工作效率和管理水平，实现数字化、智能化的劳动力管理，同时也有助于保护学校信息安全和学生隐私。

1.2    国内外研究现状

1.2.1    国外研究现状

国外对人脸识别技术的研究较早, 已提出多种主流算法。如麻省理工学院的Turk 和 Pentland 等人提出的特征脸方法[8] ; 耶鲁大学 Kriegman 等人提出的 Fisher脸肪法[9] 。

香港科技大学研究团队提出了一种基于深度学习的人脸识别技术，可以实现精准的员工考勤管理和统计。该系统利用 Chrome 扩展程序，在 PC 端和移动端都可以进行考勤签到[10] 。此外， Google 还提出了深度卷积神经网络，用于提高识别精度，以及处理复杂的图像信号[11] 。

总体来说，国外的人脸识别考勤系统在技术上较为领先，特别是在深度学习、机器学习和人工智能等方面取得了一定的成果。同时，由于国际间考勤制度以及企业环境的不同，国外的人脸识别考勤系统也相对更加灵活和多样化，可以根据不同的需求进行个性化定制和开发[2] 。

1.2.2    国内研究现状

国内对人脸自动识别的研究始于 20 世纪 80 年代，主要的研究单位有清华大学，哈尔滨工业大学，中科院计算所，中科院自动化所，复旦大学，北京科技大学等，均取得了一定的成果[12] 。

首先，人脸识别考勤系统的研究和应用已经涉及多个领域和行业。例如，银行、政府机构、交通运输企业、大型商场等都已经开始尝试应用该技术进行员工考勤管理，以及出入口安全控制等方面的管理[13] 。从技术角度来看， 当前国内的人脸识别考勤系统主要分为两类。传统系统主要采用数字信号处理和模式识别等技术，结合传统的机器视觉算法，对 2D 图像进行处理，识别出其中的人脸信息。然而，新型系统则借助深度神经网络强大的计算能力和人脸特征表达能力，通过大量训练数据的学习和模型优化，实现快速、准确的人脸识别功能。这种方法相较于传统系统，更具优势和前瞻性。

当前国内已经出现了一批领先的人脸识别考勤系统厂家和研究团队。这些公司和团队不仅拥有自主研发的核心技术和产品，还在持续进行技术创新和完善，

提高系统的准确性、可靠性和安全性。同时，这些厂家和团队还针对不同的行业和应用场景，提供了定制化的解决方案和服务，充分满足了用户的需求[14] 。

目前国内的人脸识别考勤系统已经能够实现多种功能，例如：人脸识别签到、迟到早退记录、请假管理、考勤统计等等，基本满足了企业日常考勤管理需求。同时，一些企业还加入了 AI 语音助手、智能咨询机器人等功能， 使员工的工作进一步智能化、便利化[15] 。

随着产业化和规模化发展，国内的人脸识别考勤系统性能价格比逐渐提高，已经在一定程度上代替了传统的考勤打卡方式[16] 。未来， 人脸识别考勤系统将会进一步发展和应用，并不断优化技术和服务，助力学校企业更加高效地进行管理。

1.3    研究内容及思路

1.3.1    主要内容

本文的主要研究内容概括为以下几个方面：

1、创建一个 Eigenface 人脸识别器，通过读取图像文件并进行人脸识别，实现对学生到课情况的自动统计和记录。通过这种方式可以有效地减少处理数据的维度，同时保留最重要的特征。

2、设计和实现一个学校的人脸识别考勤系统，并以现有的人脸识别系统为基础。该系统具备出勤签到，考勤查询，数据管理等功能。

1.3.2    创新点

本设计使用 Python 语言开发了基于人脸识别技术的人脸识别出勤系统。该系统利用信息技术，借助人脸识别技术进行考勤管理，并使用 MySQL 数据库进行请假管理和考勤数据的查询和输出。与传统考勤中的人工统计管理相比，该系统具有更高的效率和准确性，能够有效地避免替签等出勤不规范行为，解决了以往出勤管理中出现的问题，为推行出勤制度提供了科学依据。

1.4    研究思路

本文研究思路如1.1所示

图 1.1    研究思路图

第 2 章  相关技术介绍

2.1    MySQL

MySQL 是一种开源、小型的关系型数据库管理系统，因其速度快、成本低、规模较小，成为世界上最受欢迎的开放源代码数据库之一。由于其提供的功能对于稍微复杂的应用已经足够，因此任何人都可以在通用公共许可证的许可下下载并根据个性化需要对其进行修改。它的速度、可靠性和适应性使其成为管理内容的最优选择。这种关系型数据库管理系统具有逻辑上的清晰性和可扩展性，使其在许多应用场景中发挥着重要作用。

2.2    Opencv

OpenCV 是一个开源计算机视觉库，具有全面且强大的图像和视频处理功能。它支持多种编程语言，使得开发者能够在各种平台上进行图像处理和计算机视觉应用程序的开发。它包含许多用于图像处理、特征检测、对象识别、视频分析等领域的函数和工具，为图像处理提供了更多的功能。此外， 它还支持高级功能，如直方图操作、二值化、形状描述符计算、图像轮廓提取等，适用于更复杂的图像处理和分析任务。凭借其丰富多样的功能，OpenCV 已成为计算机视觉领域的强大工具，为解决各种问题提供了有力支持。它的功能多样性和灵活性使其成为视觉体验和智能化应用的重要推动者。。

2.3    Vue

Vue.js 是一种采用自底向上增量开发设计、渐进式构建用户界面的框架。 Vue专注于视图层，有易学习和与其他库或已有项目整合的特点。另一方面，Vue 能支持复杂单页应用，这些应用由采用单文件组件和 Vue 生态系统支持的库开发。 Vue.js 是一个提供 MVVM 风格双向数据绑定的 Javascript 库，它的核心是 MVVM中的 VM，即 ViewModel，负责连接视图和模型，确保视图和数据的一致性。这种轻量级的架构使得前端开发更加高效、便捷。

2.4    Django

Django 是一个基于Python 的开源 Web 应用框架，为 Python 开发人员提供了一个高级工具包，以快速开发可维护和可扩展的 Web 应用程序。使用Django，仅需少量代码即可实现正式网站所需的大部分功能，并进一步构建完整的 Web 服

务。该框架基于 MVC 模型，即数据模型、视图和控制器设计模式。有助于提高代码的可读性和可维护性，并使开发人员能够更高效地构建 Web 应用程序。使用Django，可更高效地开发高质量的 Web 应用程序，并获得更好的用户体验。

第 3 章  系统需求分析

3.1    系统概述

本文实现的人脸识别考勤系统，是为了提升教育机构的管理效率，促进信息技术与教育行业的深度融合，构建互联网现代化的考勤管理系统。在使用该系统的情况下，更方便的建立新的教学管理模式，创新教育机构的考勤管理方式。

本系统利用人脸识别技术，实现了学生的无接触签到，大大提高了考勤效率，减少了人力资源的投入。系统具有课堂考勤功能、信息采集功能、考勤情况查询功能、请假登记功能等，可以满足教育机构日常管理的需要。

本系统通过互联网的数据支持进行最优资源配置，从而减少教师的管理负担，提高教学效率。同时，系统也为学生提供了便捷的请假和查询考勤情况的渠道，提升了学生的用户体验。

同时，系统可以根据教育机构的实际需求进行定制和扩展，满足更多的教学管理需求。该系统可以大大促进教育机构可以实现信息化、智能化的考勤管理，提升教育质量，推动教育行业的发展。

3.2    可行性分析

本系统是基于 Django4.2 和 Vue3 进行设计的，采用前后端分离技术进行开发，同时使用 Django 的 Django REST framework 进行后端开发，Django 本身就是 mvc模型，再加上 Django REST framework 可以大大加速 web api 的开发，同时采用Django 的 model 模块进行数据库构建，方便了数据库的编写，使用 vue3 脚手架进行前端开发，同时采用 element-plus 进行 ui 设计，使页面更加简洁好看，同时前后端采用jwt 进行验证，使系统更加安全。综合以上框架技术， 利于完善该项目。

3.3    系统功能模块需求分析

3.3.1    后台管理功能

用户管理，可以管理教师、学生的账户和密码，包括创建、更改账户密码的功能。此外，还提供修改、添加学生和教师基本信息的途径。

用例图如下3.1

图 3.1    用户管理用例图

3.3.2    考勤系统管理

管理员和教师可以查询学生的考勤记录，包括签到时间、签到状态，还有未到达的学生等信息，方便老师进行人数的统计。

用例图如图 3.2所示。

图 3.2    教师管理用例图

3.3.3    学生签到情况

学生可以上传自己的照片进行签到。同时也可以向老师进行请假。用例图如图 3.3所示：