基于校园WiFi的课堂考勤管理系统及其人数统计方法

摘要

本发明是一种基于校园WiFi的课堂考勤管理系统及其人数统计方法，包括基于校园WiFi的图像采集模块、人数统计模块、考勤管理模块和智能手机端，其中：图像采集模块在教室采集图像；然后将数据通过校园WiFi发送给人数统计模块；人数统计模块利用一种基于人头颜色、大小的人数统计方法对课堂人数进行统计；统计结果发送给考勤管理模块，同时考勤管理模块从学校课程管理系统获取课程相关信息，进行出勤率的计算，定时存储，根据需求生成出勤情况报表；当出勤率低于预设值时，考勤管理模块通过校园WiFi向相关管理者的智能手机端发送信息；用户也可以根据权限查询相应教室的出勤情况，从而方便教师上课点名和学校的考勤管理。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于校园WiFi的课堂考勤管理系统及其人数统计方法，属 于物联网领域。

背景技术：

由于学生出勤情况是一项重要的考核指标，教师经常需要在课前进行人数 统计，往往浪费了大量宝贵的课堂时间；管理者也需要定期检查一些课程的出 勤情况，这不仅需要大量的时间、精力和财力，而且还达不到实时的监督效果。

随着校园WiFi和智能手机的普及，如果能有一种基于校园WiFi的课堂人 数统计及其考勤管理系统，定时对课堂人数进行统计，并计算出出勤率，当出 勤率过低时向相关管理者的智能手机端发出警报，同时教师可以通过智能手机 端直接查询自己课程的出勤情况，节省了大量的人力物力，给校园管理产生了 重大意义。

现有考勤管理系统大多是在门口放置一个装置，通过刷卡、指纹识别、人 脸识别等方式进行考勤，这种方法显然不适用于课堂考勤。因为课堂往往是在 很短的时间内涌入大量的学生，现有考勤方法不能满足其特殊性。

发明内容：

发明目的：

为解决上述问题，本发明提出了一种实时监督、及时报警、方便查询的基 于校园WiFi的课堂考勤管理系统。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案实施的：

一种基于校园WiFi的课堂考勤管理系统，包括基于校园WiFi的图像采集 模块、人数统计模块、考勤管理模块和智能手机端，其特征在于：基于校园WiFi 的图像采集模块与人数统计模块之间通过WiFi无线通讯连接，人数统计模块连 接考勤管理模块，考勤管理模块与智能手机端通过WiFi无线通讯连接。

所述基于校园WiFi的图像采集模块包括多个教室的图像采集装置，图像采 集装置包括无线网络摄像头、发射器、接收器和服务器；无线网络摄像头固定 在黑板所在的墙壁上，通过发射器向服务器发射信号，服务器通过接收器接收 信号；摄像头通过视频线与视频发射器相连，视频发射器通过射频线与发射端 的定向天线相连，发射端的定向天线通过WiFi无线连接接收端的定向天线，接 收端的定向天线通过射频线连接视频接收器，视频接收器通过视频线连接服务 器。

所采用的摄像头为无线网络摄像头，摄像头固定在教室黑板所在墙壁的左 上角，斜向下45度方向拍摄。

一种如上所述的基于校园WiFi的课堂考勤管理系统的人数统计方法，其特 征在于：所述的考勤管理模块从学校课程管理系统获取课程相关信息，包括课 程名称、上课教师、上课人数、上课时间、上课教室，同时从人数统计模块获 取相应教室的人数统计结果；考勤管理模块对出勤率进行计算，若低于预设最 低出勤率，考勤管理模块将向学校管理者报警；所述的考勤管理模块定时对出 勤信息进行存储，并根据要求生成相关报表，发送给学校管理者；

考勤管理模块的处理流程步骤如下：

1)向课程管理系统提取所需采集教室的应出勤人数b和最低出勤率c；

2)向人数统计模块提取所需采集教室的实际出勤人数a；

3)计算出勤率a/b；

4)若出勤率a/b低于最低出勤率c，则转向步骤5)，否则转向步骤8)；

5)向课程管理系统提取所需采集教室的上课教师和相关管理者智能手机 IP；

6)向客户端发送报警信息；

7)将出勤信息存储到数据库；

8)定时将出勤信息存储到数据库。

所述智能手机端通过校园WiFi接收报警和查询课堂人数、出勤率。

所述人数统计模块中使用的人数统计方法步骤如下：

1)根据摄像头安装位置和教室座椅位置，制作一个区分干扰和非干扰区域 的二值图像作为图层蒙版，与采集到的原图像进行乘运算，去除干扰区域；

2)通过实验统计头发颜色在HSV空间的V值范围，V值设置为0.25时，对图 像进行二值化，有效的提取出人头候选区域；

3)根据发色的V值范围对图片进行二值化提取出人头候选区域；

4)对图像进行闭合运算，结构元素选择半径为3像素的圆形，先进行腐蚀， 再进行膨胀；

5)为解决摄像头拍摄图片的透视效应，对同一教室中，不同位置的人头坐 标和人头面积进行了大量采样，用公式S＝ax^b+cy^d对人头面积与坐标进行多元非 线性函数拟合，其中S是人头面积，x、y分别是人头相应的横坐标、纵坐标，a、 b、c、d分别为待拟合系数；经拟合后得到的函数关系式为 S＝242.8511x^-0.6807+0.0083y^1.2408；

6)根据人头面积和坐标的关系式，去除相应坐标面积过大和过小的人头区 域，其中，大于相应坐标点预测人头面积4/3的连通区域视为过大面积的非人头 区域，小于预测面积1/2的连通区域视为过小面积的非人头区域；

7)统计连通区域个数作为统计人数。

优点和效果：

本发明提供的基于校园WiFi的课堂考勤管理系统对校园WiFi和智能手机 的普及进行了很好的利用，无线网络摄像头的布置更加快捷方便。上课老师通 过手机对自己所上课程的出勤情况进行实时查询，节省了宝贵的课堂时间，为 教师统计上课人数提供了方便。学校管理者通过本系统可以实时的查询相关课 程的出勤情况，同时，本系统提供的报警和报表功能为教学监督和考核提供了 依据，节省了人力物力。本发明提供的人数统计方法利用人头的颜色、大小信 息，能够快速准确的统计出课堂人数。此外，该系统可推广到会议室、礼堂等 室内公共场所的人员统计，为监督管理，危险应急等情况提供有效的依据，所 以具有较大的市场潜力和广泛的应用前景。

附图说明：

图1为本发明的总体结构图；

图2为图像采集模块的硬件结构图；

图3为考勤管理模块实时考勤管理的处理流程图；

图4为人数统计方法的流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行具体说明：

本发明提出了一种基于校园WiFi的课堂考勤管理系统，如图1所示，包括 基于校园WiFi的图像采集模块、人数统计模块、考勤管理模块和智能手机端， 其特征在于：基于校园WiFi的图像采集模块与人数统计模块之间通过WiFi无 线通讯连接，人数统计模块连接考勤管理模块，考勤管理模块与智能手机端通 过WiFi无线通讯连接。

基于校园WiFi的图像采集模块在教室采集图像，并将图像数据通过校园 WiFi发送给人数统计模块，根据课堂人数统计方法进行人数统计，得到的统计 结果发送给考勤管理模块进行出勤率的计算和定时存储，出勤率低于指定标准 时进行报警；用户可以通过智能手机端根据不同权限接收报警和进行人数、出 勤率等信息的查询。

如图2所示，所述基于校园WiFi的图像采集模块包括多个教室的图像采集装 置，图像采集装置包括无线网络摄像头、发射器、接收器和服务器。无线网络 摄像头固定在黑板所在的墙壁上，通过发射器向服务器发射信号，服务器通过 接收器接收信号。即摄像头通过视频线与视频发射器相连，视频发射器通过射 频线与发射端的定向天线相连，发射端的定向天线通过WiFi无线连接接收端的 定向天线(即定向天线将视频信息通过校园WiFi发送给接收端)，接收端的定 向天线通过射频线连接视频接收器，视频接收器通过视频线连接服务器。

所采用的摄像头为无线网络摄像头，摄像头固定在教室黑板所在墙壁的左 上角，斜向下45度方向拍摄。

一种如上所述的基于校园WiFi的课堂考勤管理系统的人数统计方法，其特 征在于：所述的考勤管理模块从学校课程管理系统获取课程相关信息，包括课 程名称、上课教师、上课人数、上课时间、上课教室等，同时从人数统计系统 获取相应教室的人数统计结果；考勤管理模块对出勤率进行计算，若低于预设 最低出勤率，考勤管理模块将向学校管理者向学校管理者报警(即向管理者的 智能手机端发送信息完成报警功能)；所述的考勤管理模块定时对出勤信息进 行存储，并根据要求生成相关报表，发送给学校管理者；

如图3所示，考勤管理模块的处理流程步骤如下：

1)向课程管理系统提取所需采集教室的应出勤人数b和最低出勤率c；

2)向人数统计模块提取所需采集教室的实际出勤人数a；

3)计算出勤率a/b；

4)若出勤率a/b低于最低出勤率c，则转向步骤5)，否则转向步骤8)；

5)向课程管理系统提取所需采集教室的上课教师和相关管理者智能手机 IP；

6)向客户端发送报警信息；

7)将出勤信息存储到数据库；

8)定时将出勤信息存储到数据库。

上述智能手机端通过校园WiFi可以接收报警和查询课堂人数、出勤率等信 息。

人数统计模块主要提供了一种人数统计方法，对接收到的视频信号进行处 理，抓取一帧进行人数统计，将统计结果发送给考勤管理模块。

如图4所示，上述人数统计模块中使用的人数统计方法步骤如下：

1)根据摄像头安装位置和教室座椅位置，制作一个区分干扰和非干扰区域 的二值图像作为图层蒙版，与采集到的原图像进行乘运算，去除干扰区域；

2)通过实验统计头发颜色在HSV颜色空间的V值范围，经大量实验发现，V 值设置为0.25时，对图像进行二值化，可以有效的提取出人头候选区域；

3)根据发色的V值范围对图片进行二值化提取出人头候选区域；

4)对图像进行闭合运算，结构元素选择半径为3像素的圆形，先进行腐蚀， 再进行膨胀；

5)为解决摄像头拍摄图片的透视效应，对同一教室中，不同位置的人头坐 标和人头面积进行了大量采样，由于人头的面积与横、纵坐标呈现明显的非线 性关系，所以用公式S＝ax^b+cy^d对人头面积与坐标进行了多元非线性函数拟合， 其中S是人头面积，x、y分别是人头相应的横坐标、纵坐标，a、b、c、d分别为 待拟合系数；经拟合后得到的函数关系式为S＝242.8511x^-0.6807+0.0083y^1.2408；

6)根据人头面积和坐标的关系式，去除相应坐标面积过大和过小的人头区 域，其中，大于相应坐标点预测人头面积4/3的连通区域视为过大面积的非人头 区域，小于预测面积1/2的连通区域视为过小面积的非人头区域；

7)统计连通区域个数作为统计人数。

本发明工作过程如下：

如图1所示，本发明提供的基于校园WiFi的课堂考勤管理系统包括多个教 室的基于校园WiFi的图像采集模块，人数统计模块，考勤管理模块和智能手机 端；基于校园WiFi的图像采集模块包括无线网络摄像头和发射器，固定在黑板 所在的墙壁上，无线网络摄像头采集图像，将采集到的图像通过发射器发射到 校园WiFi，接收器接受信息，传给人数统计模块；人数统计模块通过人数统计 算法计算课堂人数，并将计算结果发送给考勤管理模块，考勤管理模块从课程 管理模块得到当前教室的相关课程信息，计算出出勤率，若出勤率低于预设值， 考勤管理模块通过校园WiFi向管理者的智能手机端发送报警信息；同时，教师 可以通过智能手机端根据相应权限实时查询当前上课人数和出勤率等信息。

如图2所示，本发明提供的图像采集模块，先把摄像头固定在各个教室黑 板所在墙壁的左上角，斜向下45度方向拍摄，通过视频线与视频发射器相连， 视频发射器通过射频线与定向天线相连，定向天线将视频信息通过校园WiFi发 送给接收端。