基于人脸识别和蓝牙的课堂管理系统和方法

本发明涉及考勤技术，尤其是一种基于人脸识别和蓝牙的课堂管理系统和方法。

背景技术：

随着高等教育的普及，我国大学生人数日渐增多。大学课堂人数也逐渐增多，随之大学课堂问题也渐渐显露，如大学生迟到、早退、缺课、上课玩手机、课堂上与老师互动不多等。依靠老师人工点名无法有效解决迟到早退等问题，且耗时耗力。

现有的人脸识别和蓝牙综合的课堂管理系统，例如，在专利公开号为cn107516285a的一种基于蓝牙定位和活体监测的课堂签到方法中，提到其基于蓝牙定位检测人员位置，并在确认好人员位置在预定范围的前提下，再利用人脸进行签到。但其需要较好的网络环境上传数据，且在其签到人员端与ibeacon匹配过程中，如果同时匹配人数过高，则会造成匹配延时，导致考勤速度过慢。

技术实现要素：

为解决上述技术问题的至少之一，本发明的目的在于：提供一种高效的基于人脸识别和蓝牙的课堂管理系统和方法。

第一方面，本发明实施例提供了：

一种基于人脸识别和蓝牙的课堂管理系统，包括：

摄像头，用于在考勤时段内拍摄考勤对象的图像；

教师客户端，用于从所述摄像头拍摄的图像中识别第一考勤对象，通过蓝牙基站广播第一考勤对象的标识，将所有的第一考勤对象标记为成功签到；

学生客户端，用于在考勤时段内检测所述蓝牙基站广播的第一考勤对象的标识中是否存在自身的标识，若否，则判断自身是否在签到范围内，当所述学生客户端判断自身在签到范围内时，连接所述蓝牙基站进行补签到。

在一些实施例中，所述教师客户端还用于通过所述蓝牙基站广播签退信息；

所述学生客户端还用于在接收到所述蓝牙基站广播的签退信息后判断自身是否在签退范围内，若是，则记录签退成功；若否，则记录签退失败。

在一些实施例中，所述教师客户端还用于扫描学生客户端，用以检测是否有学生客户端被关闭或者离开设定范围。

在一些实施例中，所述蓝牙基站广播的信息包括课程编号、第一考勤对象的学号和蓝牙基站的物理地址。

在一些实施例中，所述学生客户端还用于判断所述蓝牙基站是否有空闲通道，当有空闲通道时，通过所述蓝牙基站的物理地址，与所述蓝牙基站建立连接，并在完成数据传输后断开连接。

在一些实施例中，所述教师客户端还用于通过蓝牙基站主动连接所述学生客户端以获取所述学生客户端所处手机的使用信息。

在一些实施例中，所述学生客户端还用于通过蓝牙基站主动连接所述教师客户端，上报所述学生客户端所处手机的使用信息。

在一些实施例中，所述学生客户端还用于判断自身所处的手机的电量和流量的使用情况，当所述电量或者流量的用量超过阈值时，通过蓝牙基站主动连接所述教师客户端，上报所述学生客户端所处手机的使用信息。

在一些实施例中，所述学生客户端基于第一输入指令，在所述蓝牙基站空闲时，通过所述蓝牙基站与所述教师客户端连接，并根据所述第一输入指令向所述教师客户端发送提问信息；

所述教师客户端基于第二输入指令向所述学生客户端发送回答信息。

第二方面，本发明实施例提供了：

一种基于人脸识别和蓝牙的课堂管理方法，包括以下步骤：

教师客户端根据摄像头在所述考勤时段内识别到的第一考勤对象，通过蓝牙基站广播第一考勤对象的标识，将所有的第一考勤对象标记为成功签到；

学生客户端在考勤时段内检测所述蓝牙基站广播的第一考勤对象的标识中是否存在自身的标识，若否，则判断自身是否在签到范围内，当所述学生客户端判断自身在签到范围内时，连接所述蓝牙基站进行补签到。

本发明实施例的有益效果是：通过摄像头，用于在考勤时段内识别考勤对象的人脸；然后通过教师客户端，用于根据摄像头在所述考勤时段内识别到的第一考勤对象，通过蓝牙基站广播第一考勤对象的标识，将所有的第一考勤对象标记为成功签到；当学生客户端获取确定用户没有通过人脸签到成功时实施补签，这样可以通过大视觉范围的摄像头进行群体签到，然后利用蓝牙补签来弥补大范围人脸识别的漏检情况，提升了签到的效率。

附图说明

图1为基于人脸识别和蓝牙的课堂管理系统的签到流程图；

图2为基于人脸识别和蓝牙的课堂管理系统的手机检测和课堂互动功能的流程图；

图3为基于人脸识别和蓝牙的课堂管理系统的签退流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。

参照图1，一种基于人脸识别和蓝牙的课堂管理系统，包括：

摄像头，用于在考勤时段内拍摄考勤对象的图像；

蓝牙基站，用于建立蓝牙通信；

教师客户端，用于从所述摄像头拍摄的图像中识别第一考勤对象，通过蓝牙基站广播第一考勤对象的标识，将所有的第一考勤对象标记为成功签到；

学生客户端，用于在考勤时段内检测所述蓝牙基站广播的第一考勤对象的标识中是否存在自身的标识，若否，则判断自身是否在签到范围内，当所述学生客户端判断自身在签到范围内时，连接所述蓝牙基站进行补签到。

需要理解的是，教师客户端可以是安装在个人计算机之中，教师客户端可以安装在手机或者平板等移动设备上，摄像头可以与服务器配合实现人脸识别功能。蓝牙基站，基于蓝牙技术实现，其可以同时连接有限个蓝牙终端。其中，可以通过检测蓝牙信号的rssi值来判断手机等终端所处的位置。

通过摄像头，用于在考勤时段内识别考勤对象的人脸；然后通过教师客户端，用于根据摄像头在所述考勤时段内识别到的第一考勤对象，通过蓝牙基站广播第一考勤对象的标识，将所有的第一考勤对象标记为成功签到；当学生客户端获取确定用户没有通过人脸签到成功时实施补签，这样可以通过大视觉范围的摄像头进行群体签到，然后利用蓝牙补签来弥补大范围人脸识别的漏检情况，提升了签到的效率。

在一些实施例中，所述学生客户端还用于当所述学生客户端判断自身不在签到范围内时，在下一次连接所述教师客户端时上传签到失败信息。

通过以上实施例可知，可以在下一次连接到教师客户端时，上传签到失败的信息，以完善考勤信息。

在一些实施例中，所述教师客户端还用于通过所述蓝牙基站广播签退信息；

所述学生客户端还用于在接收到所述蓝牙基站广播的签退信息后判断自身是否在签退范围内，若是，则记录签退成功；若否，则记录签退失败。

本方案基于蓝牙的方式进行签退，可以将签退记录缓存在终端之中，在适当的时候再上传到教师客户端。

在一些实施例中，所述教师客户端还用于扫描学生客户端，用以检测是否有学生客户端被关闭或者离开设定范围。

可以理解的是，通过上述功能，可以对学生进行实时的监测和考勤，及时发现早退等情况。

在一些实施例中，所述蓝牙基站广播的信息包括课程编号、第一考勤对象的学号和蓝牙基站的物理地址。

在一些实施例中，所述学生客户端还用于判断所述蓝牙基站是否有空闲通道，当有空闲通道时，通过所述蓝牙基站的物理地址，与所述蓝牙基站建立连接，并在完成数据传输后断开连接。

可以理解的是，上述实施例中，可以利用快连快断的方式来增加可连接的数量。这样可以减少终端连接蓝牙基站的等待时间。

在一些实施例中，所述教师客户端还用于通过蓝牙基站主动连接所述学生客户端以获取所述学生客户端所处手机的使用信息。

在一些实施例中，所述学生客户端还用于通过蓝牙基站主动连接所述教师客户端，上报所述学生客户端所处手机的使用信息。

在上述实施例中，可以利用教师客户端主动获取或者学生客户端主动上报的方式，来获取学生手机的使用信息，以监测学生在上课期间的活动。

在一些实施例中，所述学生客户端还用于判断自身所处的手机的电量和流量的使用情况，当所述电量或者流量的用量超过阈值时，通过蓝牙基站主动连接所述教师客户端，上报所述学生客户端所处手机的使用信息。在本实施例中，通过检测学生的手机电量和流量的使用情况来检测学生的行为，可以理解的是，通过阈值判断，可以在条件满足的情况下才产生通信，降低蓝牙的使用频率。

在一些实施例中，所述学生客户端基于第一输入指令，在所述蓝牙基站空闲时，通过所述蓝牙基站与所述教师客户端连接，并根据所述第一输入指令向所述教师客户端发送提问信息；

所述教师客户端基于第二输入指令向所述学生客户端发送回答信息。

通过这样的方式，学生可以通过学生客户端向老师提问，老师也可以回答学生的问题。同样地，教师客户端也可以基于第三输入指令向所述学生客户端发送提问信息，学生客户端也可以基于第四输入指令向教师客户端发送回答信息。这里所指的输入指令，均为用户通过诸如触屏、键盘或者鼠标输入的操作指令。

参照图1，一种基于人脸识别和蓝牙的课堂管理方法，包括以下步骤：

教师客户端根据摄像头在所述考勤时段内识别到的第一考勤对象，通过蓝牙基站广播第一考勤对象的标识，将所有的第一考勤对象标记为成功签到；

学生客户端在考勤时段内检测所述蓝牙基站广播的第一考勤对象的标识中是否存在自身的标识，若否，则判断自身是否在签到范围内，当所述学生客户端判断自身在签到范围内时，连接所述蓝牙基站进行补签到。

参照图1、图2和图3，本系统包括学生客户端，教师客户端，蓝牙基站和摄像头。其中教师客户端固定在教室中，教师客户端在教室中与摄像头和蓝牙基站通过有线连接，并可以外接投影仪。其中，学生客户端要求学生进行实名注册，并自动从学校的教务网站下载该学生的课程表。本系统和方法主要通过定位签到、课堂互动、手机监测、定位签退这四个模块来进行课堂管理。

上述的定位签到模块中，上课前后的一段时间为签到时间，教师客户端的外接摄像头安装在教室门口，对学生进行人脸采集，将人脸数据通过有线的方式传输到教师客户端进行人脸识别考勤，完成人脸识别学生签到，教师客户端将签到信息传输到蓝牙基站，同时蓝牙基站进行短周期性的广播，广播的内容包括该课程编号、和已签到的学生学号和蓝牙基站的物理地址、rssi值。此时，学生进入教室打开学生客户端，学生客户端接收并解析报文，根据课程表确定是该课程的广播并在该课程时间内只接收解析该蓝牙基站的广播，此举可以避免其他教室的蓝牙基站广播干扰；学生客户端会在该课堂的不同时间内进行不同的操作，在上课前后的一段时间里，学生客户端进行签到确认和补签操作，在下课前后的一段时间里，学生客户端进行签退操作，课堂中间的一段时间里，学生客户端进行课堂交互和手机监测操作。学生在进入教室后学生客户端所接收的报文里若有自己的学号，则说明签到成功，学生客户端会弹出签到成功的信息；若所接受到的报文里没有自己的学号，则说明人脸识别签到失败，这时，学生客户端会根据接收到的rssi值进行定位测距，若距离在事先设定的教室范围内，则根据接收的蓝牙物理地址自动连接上该蓝牙基站完成签到，蓝牙基站会传输补签信息到教师客户端，同时继续广播增加了该学生学号的报文，然后学生客户端自动和蓝牙基站断开连接，同时学生客户端弹出补签成功的信息。若教师客户端没有该学生的人脸签到成功信息和补签成功信息，则在上课正式开始时将该学生标注为签到失败。如果蓝牙基站连接繁忙，即基站超过连接数量时，学生客户端会一直请求与蓝牙基站的连接，直到蓝牙基站有多余的连接通道。因为大部分学生已经通过了人脸识别签到，只有小部分的学生因为遮挡等原因没有完成，所以要进行蓝牙补签的学生只是很少的一部分，学生客户端的请求连接的等待时间非常短。在此签到过程中，完全不需要网络。其流程如图1。

上述的课堂互动模块，学生客户端修改自身设备的蓝牙名称为该学生的名字加学号，蓝牙基站扫描周边学生客户端，教师客户端根据该课程的学生名单过滤其他课程的学生客户端，教师客户端可以通过蓝牙基站在扫描列表里选择和某几个学生客户端快速建立蓝牙连接和断开连接，教师客户端可以发送提醒、提问给学生客户端；在蓝牙基站有空闲的连接通道时，因为一个蓝牙基站只能同时连接若干个蓝牙设备，学生客户端可以根据在定位签到模块中接收的蓝牙物理地址与蓝牙基站快速进行连接，给教师客户端发送提问和上课建议等信息。若学生客户端连接上教师客户端后，在一段时间里没有任何互动的操作后，学生客户端会自动地断开与教师客户端地连接；教师客户端也一样，在一段时间里没有任何互动的操作后，便会自动断开连接。

上述的手机监测模块中，在该课程时间内，学生客户端会实时统计学生手机的电量使用情况和网络流量使用情况，若学生手机的电量和流量用于非学习软件超过一定量时，学生客户端会记录下来，主动与教师客户端进行蓝牙连接，将学生手机的统计数据发送至教师客户端，教师客户端将该统计记录下来，然后自动断开连接。教师客户端也可以主动连接学生客户端来获取学生的手机使用情况统计。教师客户端会将扫描列表里的学生客户端和该课程的学生名单进行对比，检测扫描列表里是否缺少学生客户端，来判断学生是否关闭了学生客户端或是已离开了蓝牙基站的扫描范围。

上述的定位签退模块中，在下课前后的一定时间内，蓝牙基站会广播该课程的编号和rssi值，学生客户端接收并解析报文，确定是该课程的编号，防止其他教室的广播干扰，学生客户端会根据接收到的rssi值进行定位测距，若在一定事先设定好的教室范围内，则签退成功，记录在学生客户端里无需上传至教师客户端。若学生已离开教室，没有接收到rssi值或距离大于此范围，则学生客户端会将此记录为签退失败，并在下一次上课时，学生客户端自动与教师客户端连接，将此记录上传至教师客户端；或教师客户端的扫描列表里没有该学生的学生客户端，即该学生已离开蓝牙基站扫描范围或是已关闭了学生客户端，教师客户端会将该情况视为签退失败，若教师客户端里有该学生的学生客户端，记录下来，在下一节课时是否有学生签退失败记录上传，若没，则记该学生为签退成功，若有，则记该学生为签退失败。

可以理解的是上述实施例具有以下优点：

(1)使用人脸识别签到和蓝牙定位补签的方法，使得签到的效率和质量得到提升，蓝牙的定位补签是智能化的，学生只要走进教室打开学生客户端，无需后续操作就能完成补签。

(2)本系统的课堂签到和交互是完全不需要网络的，依靠蓝牙便能完成。

(3)本系统的手机监测模块，老师可以更充分的了解学生的手机使用情况。

(4)在学生客户端与教师客户端的蓝牙连接中，学生客户端和教师客户端进行的是有选择间断性的连接，突破了蓝牙基站连接数的限制，提高了连接效率。

(5)在签退模块中，学生客户端会记录签退信息，学生只要保持学生客户端在打开的状态下，便可自动完成签退，无需再进行任何操作，大大地提高了签退地效率。

对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。