摘  要

本文围绕基于人脸识别的考勤系统展开研究，针对传统课堂考勤方式的弊端，阐述了开发此系统的必要性。通过文献研究、案例分析和软件工程方法，对系统进行全面设计与实现。系统采用 django + vue 框架构建，完成了用户管理、课程管理、人脸识别考勤、请假补签等功能模块设计，并进行了数据库设计和安全性设计。经测试，系统功能基本满足需求，能有效提高考勤效率和准确性，但在复杂环境下人脸识别准确率和系统性能方面仍需改进。本研究为教育领域考勤管理提供了创新方案，对推动教育信息化发展具有重要意义。

关键词：人脸识别；考勤系统；django 框架；vue 框架；系统设计与实现

目 录

Abstract

1 引言

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 研究目的与内容

1.3.1 研究目的

1.3.1 研究内容

1.4设计目标及论文结构

2 系统分析

2.1业务分析

2.2需求分析

2.2.1功能需求分析

2.2.2非功能需求分析

2.3可行性分析

2.3.1 技术可行性

2.3.2 经济可行性

2.3.3 操作可行性

2.4本章小结

3 系统总体设计

3.1架构设计

3.2 功能模块设计

3.3 数据库设计

3.4 接口设计

3.5 安全性设计

3.6本章小结

4.1 对象设计

4.2 交互设计

4.2.1 学生考勤签到交互

4.2.2 学生请假申请交互

4.2.3 教师查看考勤统计交互

4.2.4 管理员添加用户交互

4.2.5 系统数据备份交互

4.3 功能模块设计

4.3.1 人脸识别考勤模块程序流程图

4.3.2 请假审批模块程序流程图

4.4 本章小结

5 系统实现

5.1 配置管理

5.2 功能实现

5.2.1 人脸识别考勤功能

5.2.2 用户管理功能

5.2.3 其他功能实现

5.3 本章小结

6 系统测试

6.1 测试计划

6.2 测试与结果分析

6.2.1 功能测试

6.2.2 非功能测试

6.3小结

6 结论与展望

参考文献

附  录

致  谢

2 考勤系统的系统分析

在明确了基于人脸识别的考勤系统的研究背景、现状、目的及内容后，接下来需深入剖析系统的各个方面，以确保系统开发的科学性与可行性。系统分析作为系统开发的关键环节，旨在全面了解系统需求，评估开发的可行性，为后续的系统设计与实现提供坚实依据。本章将从业务分析入手，逐步探讨需求分析、可行性分析等内容，深入挖掘系统的内在需求和外部约束，为构建高效、实用的考勤系统奠定基础。

2.1业务分析

在教育场景下，基于人脸识别的考勤系统涉及多种用户角色，主要包括学生、教师和管理员。为清晰呈现系统未来使用情况，采用用例图进行描述（见图 1）。

usecaseDiagram

    actor "学生" as student

    actor "教师" as teacher

    actor "管理员" as admin

    student --> (考勤签到)

    student --> (请假申请)

    student --> (补签申请)

    teacher --> (查看考勤统计)

    teacher --> (课程信息管理)

    admin --> (用户信息管理)

    admin --> (系统设置)

    admin --> (数据备份与恢复)

学生的主要业务流程为：在上课前到达教室，通过系统进行人脸识别考勤签到；若因特殊情况无法按时出勤，可在系统中提交请假申请；对于错过正常考勤的情况，可提交补签申请。教师则需在系统中管理所授课程的相关信息，如课程安排、教学计划等，同时能够随时查看所授课程的考勤统计信息，包括出勤人数、缺勤学生名单及考勤时间等，以便了解学生的出勤情况。管理员负责整个系统的管理工作，涵盖用户信息管理，包括添加、删除和修改学生、教师信息；进行系统设置，如配置人脸识别参数、系统权限设置等；还需定期进行数据备份与恢复，以保障系统数据的安全性和完整性。

通过对这些业务流程的分析可知，该系统业务具有多角色协同、流程多样化且数据处理量较大的特点。本课题将针对这些特点，设计出功能完善、操作便捷的考勤系统，满足不同用户角色的业务需求，实现考勤管理的信息化和智能化。

2.2需求分析

2.2.1功能需求分析

基于业务分析，系统应具备以下核心功能：

人脸识别考勤功能：通过摄像头实时捕捉学生面部图像，与系统中预先存储的学生面部信息进行比对，自动判断学生身份并记录考勤时间和状态（出勤、缺勤、迟到、早退等）。

用户管理功能：管理员可对学生和教师的信息进行管理，包括添加新用户、修改用户信息（如姓名、学号 / 工号、班级 / 授课课程等）、删除用户等操作。同时，支持用户密码的重置和权限设置，确保系统访问的安全性。

课程管理功能：教师能够对所授课程的信息进行管理，如添加课程、编辑课程信息（课程名称、课程时间、课程地点等）、删除课程等。学生可查看自己本学期所选课程的相关信息。

考勤统计与查询功能：系统自动统计学生的考勤数据，生成考勤报表。教师可以根据课程、时间段等条件查询考勤情况，查看具体学生的出勤记录。管理员可查询所有课程、所有学生的考勤统计信息，以便进行整体的教学管理和数据分析。

请假与补签功能：学生在无法按时出勤时，可在系统中提交请假申请，填写请假原因、请假时间等信息，提交给教师进行审批。对于错过正常考勤的学生，可提交补签申请，并附上补签原因，由教师审核。

系统设置功能：管理员可对系统进行设置，如调整人脸识别的灵敏度、设置考勤时间范围、备份和恢复系统数据等，确保系统的正常运行和数据安全。

2.2.2非功能需求分析

1、性能分析

系统应具备快速响应能力，在学生进行人脸识别考勤签到时，响应时间应控制在 [X] 秒以内，确保考勤过程的高效性，不影响正常教学秩序。系统能够支持至少 [X] 个用户同时在线进行考勤签到、查询等操作，保证系统在高并发情况下的稳定性，避免出现卡顿或崩溃现象。

2、安全性分析

在数据传输过程中，采用加密技术（如 SSL/TLS 协议）对用户的面部信息、个人身份信息等敏感数据进行加密传输，防止数据在网络传输过程中被窃取或篡改。系统设置严格的用户权限管理机制，不同用户角色（学生、教师、管理员）拥有不同的操作权限，确保用户只能访问和操作其权限范围内的功能和数据，防止信息泄露和非法操作。同时，定期对系统进行安全漏洞检测和修复，防范网络攻击。

3、开发环境分析

本系统属于教育领域的信息化管理系统，业务场景主要为学校的课堂考勤管理。开发工具选择上，前端采用 Vue.js 框架，它具有高效的虚拟 DOM 机制和丰富的组件库，能够快速构建出交互性强、用户体验良好的界面。后端使用 Python 语言结合 Django 框架，Python 语言简洁易读、开发效率高，Django 框架提供了完善的数据库管理、路由系统和安全机制，便于进行业务逻辑的开发和系统的整体架构设计。数据库选用 MySQL，它是一款开源、稳定且功能强大的关系型数据库，能够满足系统对数据存储和管理的需求。系统运行对硬件的要求为普通 PC 服务器，具备 [X] GHz 以上处理器、[X] GB 以上内存即可；系统软件要求服务器端运行 Linux 操作系统，客户端支持常见的浏览器（如 Chrome、Firefox、Edge 等）。

2.3可行性分析

2.3.1 技术可行性

本系统基于现代 Web 技术构建，前端采用 Vue.js 框架，后端使用 Python 结合 Django 框架，数据库选用 MySQL，这些技术在当前软件开发领域都已经非常成熟，有大量的开发文档、开源项目和技术社区支持。人脸识别技术也已广泛应用于多个领域，市场上存在多种成熟的人脸识别算法和 SDK 可供选择和集成。在硬件方面，普通的摄像头设备即可满足人脸识别的数据采集需求，常见的计算机硬件配置足以支持系统的运行。因此，从技术层面来看，开发基于人脸识别的考勤系统是完全可行的。

2.3.2 经济可行性

系统开发过程中，主要成本在于开发者的人力投入。由于是自主开发，无需购买昂贵的软件许可证或特殊硬件设备，也无需支付额外的软件使用端口费用。在开发前期的市场调研和考察过程中，基本不产生费用。遇到技术难题时，主要通过向同学和指导老师请教来解决，无需支付专业技术咨询费用。所以，从经济角度考虑，本系统的开发成本较低，具有经济可行性。

2.3.3 操作可行性

系统设计遵循简洁易用的原则，采用直观的界面设计和清晰的导航菜单，方便不同用户角色操作。学生、教师和管理员只需具备基本的电脑操作技能，如鼠标点击、键盘输入等，即可轻松使用系统的各项功能。例如，学生进行考勤签到时，只需站在摄像头前进行人脸识别，系统自动完成考勤记录；教师查看考勤统计信息时，通过简单的菜单选择和查询条件设置，即可获取所需数据。因此，系统在操作上具有高度的可行性，能够满足不同用户的使用需求。

2.4本章小结

本章对基于人脸识别的考勤系统进行了全面的系统分析。通过业务分析，明确了系统涉及的用户角色和业务流程；需求分析进一步梳理出系统的功能需求和非功能需求；可行性分析从技术、经济和操作三个方面论证了系统开发的可行性。这些工作为后续系统设计与实现奠定了坚实基础，有助于确保系统开发能够满足实际需求，顺利完成系统的建设目标。

3 考勤系统的系统总体设计

经过系统分析，对基于人脸识别的考勤系统的需求和可行性有了清晰的认识。此时，需要一个全面且合理的总体设计，将抽象的需求转化为具体的系统架构和功能模块。系统总体设计如同建筑蓝图，决定了系统的整体框架、功能布局、数据存储方式以及各部分之间的交互关系。本章将围绕架构设计、功能模块设计、数据库设计等方面展开，构建系统的宏观架构，为后续的详细设计和功能实现提供明确的方向和指导。

3.1架构设计

本系统主要应用于学校的考勤管理场景，涉及多种用户角色和复杂的业务流程，需要处理大量的用户数据和考勤信息。考虑到系统的功能需求、可扩展性以及开发效率，采用基于 django + vue 的前后端分离架构。这种架构模式能够将业务逻辑和用户界面分离，使得前端专注于用户交互体验的实现，后端则负责数据处理和业务逻辑的执行，提高开发效率和系统的可维护性。

系统技术架构图如下：

图1.系统技术架构图

在该架构中，前端使用 Vue.js 框架构建用户界面。Vue.js 具有轻量级、组件化和数据驱动等特点，能够快速构建出交互性强、响应速度快的用户界面。通过使用 Vue 的路由系统，可以实现页面的高效导航和切换，提升用户体验。同时，利用 Vue 的组件化开发模式，将页面拆分成多个可复用的组件，便于代码的维护和扩展。

后端采用 Django 框架进行开发。Django 是一个功能强大的 Python Web 框架，它提供了丰富的插件和工具，如内置的数据库管理系统、用户认证系统、表单处理等。Django 的 ORM（对象关系映射）功能可以方便地与 MySQL 数据库进行交互，实现数据的存储、查询和更新操作。后端负责接收前端发送的请求，处理业务逻辑，如用户认证、考勤记录的存储和查询等，并将处理结果返回给前端。

数据库选用 MySQL，它是一款广泛使用的关系型数据库，具有开源、稳定、性能良好等优点。MySQL 能够高效地存储和管理系统中的用户信息、课程信息、考勤记录等数据，通过合理的数据库表结构设计，可以确保数据的一致性和完整性。

3.2 功能模块设计

根据业务分析和功能需求，系统主要分为以下几个功能模块：

图2.系统功能模块图

用户管理模块：负责对系统中的学生和教师信息进行管理。管理员可以添加新用户，录入用户的基本信息，如姓名、学号 / 工号、密码、班级 / 授课课程等；修改用户的各项信息；删除不再使用系统的用户。同时，管理员可以对用户的权限进行管理，设置不同用户角色（学生、教师、管理员）的操作权限，确保系统的安全性。

课程管理模块：教师可以在该模块中添加所授课程的信息，包括课程名称、课程时间、课程地点、授课教师等；对已有的课程信息进行编辑和修改；对于不再开设的课程，可以进行删除操作。学生可以查看自己本学期所选课程的详细信息。

考勤管理模块：这是系统的核心模块之一。通过人脸识别技术实现学生的考勤签到功能，系统自动记录考勤时间和考勤状态（出勤、缺勤、迟到、早退等）。教师和管理员可以根据不同的条件，如课程、时间段、学生姓名等，查询考勤记录，并对考勤数据进行统计分析，生成考勤报表，以便了解学生的出勤情况。

请假补签模块：学生因特殊情况无法按时出勤时，可以在系统中提交请假申请，填写请假原因、请假时间等信息，提交给教师进行审批。对于错过正常考勤的学生，可以提交补签申请，并说明补签原因，教师在系统中对请假和补签申请进行审批。

系统设置模块：管理员可以在该模块中对系统进行设置。包括调整人脸识别的参数，如识别灵敏度、识别阈值等，以适应不同的使用环境；设置考勤时间范围，规定正常考勤的时间段；进行数据备份与恢复操作，定期备份系统中的重要数据，以防止数据丢失，在需要时可以恢复数据。

3.3 数据库设计

数据库设计是系统的重要组成部分，合理的数据库表结构设计能够确保数据的高效存储和查询。系统主要涉及以下几张数据库表：

用户表（tb_user）

| 字段名 | 数据类型 | 描述 |

|---|---|---|

|id|int | 用户 ID，主键，自增长 |

|username|varchar (50)| 用户名（学号 / 工号）|

|password|varchar (255)| 用户密码 |

|name|varchar (50)| 用户姓名 |

|role|varchar (20)| 用户角色（student/teacher/admin）|

|class|varchar (50)| 学生所在班级（教师为空）|

|course|varchar (255)| 教师授课课程（学生为空）|

课程表（tb_course）

| 字段名 | 数据类型 | 描述 |

|---|---|---|

|id|int | 课程 ID，主键，自增长 |

|course_name|varchar (100)| 课程名称 |

|course_time|datetime | 课程时间 |

|course_place|varchar (100)| 课程地点 |

|teacher_id|int | 授课教师 ID，外键关联用户表 |

考勤表（tb_attendance）

| 字段名 | 数据类型 | 描述 |

|---|---|---|

|id|int | 考勤记录 ID，主键，自增长 |

|student_id|int | 学生 ID，外键关联用户表 |

|course_id|int | 课程 ID，外键关联课程表 |

|attendance_time|datetime | 考勤时间 |

|attendance_status|varchar (20)| 考勤状态（present/absent/late/leave_early）|

请假申请表（tb_leave_application）

| 字段名 | 数据类型 | 描述 |

|---|---|---|

|id|int | 请假申请 ID，主键，自增长 |

|student_id|int | 学生 ID，外键关联用户表 |

|course_id|int | 请假所涉及课程 ID，外键关联课程表 |

|leave_time|datetime | 请假时间 |

|leave_reason|text | 请假原因 |

|approval_status|varchar (20)| 审批状态（pending/approved/rejected）|

补签申请表（tb_makeup_application）

| 字段名 | 数据类型 | 描述 |

|---|---|---|

|id|int | 补签申请 ID，主键，自增长 |

|student_id|int | 学生 ID，外键关联用户表 |

|course_id|int | 补签所涉及课程 ID，外键关联课程表 |

|makeup_time|datetime | 补签时间 |

|makeup_reason|text | 补签原因 |

|approval_status|varchar (20)| 审批状态（pending/approved/rejected）|

通过以上数据库表结构设计，能够清晰地存储系统中的各类数据，并通过外键关联保证数据的一致性和完整性。在实际开发中，可以利用 Django 的 ORM 进行数据库操作，实现数据的高效存储和查询。

3.4 接口设计

前端与后端接口：前端 Vue 应用通过 HTTP/HTTPS 协议向后端 Django 服务发送请求，后端接收请求后进行处理，并返回相应的数据。接口设计遵循 RESTful API 规范，确保接口的简洁性和可扩展性。例如，前端发送获取用户信息的请求到/api/user/{user_id}，后端根据user_id查询数据库，返回对应的用户信息。

后端与数据库接口：后端 Django 框架使用内置的 ORM（对象关系映射）与 MySQL 数据库进行交互。通过定义模型类，ORM 将 Python 代码中的对象操作转换为 SQL 语句，实现对数据库的增删改查操作。例如，定义User模型类，通过User.objects.filter(username='example')可以查询出用户名是example的用户信息。

人脸识别接口：系统集成第三方人脸识别服务，通过调用其提供的 SDK 实现人脸识别功能。在后端代码中，将摄像头采集到的学生面部图像数据发送给人脸识别服务接口，接口返回识别结果，包括识别出的学生身份信息或识别失败的提示。

3.5 安全性设计

用户认证与授权：系统采用用户名和密码的方式进行用户认证，用户登录时，后端验证用户名和密码的正确性。同时，根据用户角色分配不同的操作权限，只有具有相应权限的用户才能访问特定的功能模块和数据。例如，管理员可以进行用户管理和系统设置，教师只能管理课程和查看考勤统计信息，学生只能进行考勤签到、请假和补签申请等操作。

数据加密：在数据传输过程中，使用 SSL/TLS 协议对敏感数据进行加密，防止数据在网络传输过程中被窃取或篡改。在数据存储方面，对用户密码采用哈希加密算法（如 SHA-256）进行加密存储，确保密码的安全性。

防止 SQL 注入：后端 Django 框架在处理数据库查询时，使用 ORM 进行操作，ORM 会自动对输入数据进行转义，防止 SQL 注入攻击。同时，在接收前端传递的数据时，对数据进行严格的校验和过滤，确保数据的合法性。

3.6本章小结

本章完成了基于人脸识别的考勤系统的总体设计，包括架构设计、功能模块设计、数据库设计、接口设计和安全性设计。通过合理的架构选择和详细的设计，为系统的详细设计和实现提供了清晰的框架和指导，确保系统能够满足功能需求、性能需求和安全需求，为后续的开发工作奠定了坚实的基础。

4 系统详细设计

在完成系统总体设计后，为了使系统能够顺利实现并满足用户需求，需要对系统的各个部分进行详细设计。系统详细设计是对总体设计的进一步细化，深入到系统的每一个对象、每一个交互过程以及每一个功能模块的具体实现逻辑。通过绘制类图、交互图和程序流程图等，精确描述系统的行为和结构，确保开发人员能够依据详细设计文档进行准确的编码实现。本章将深入探讨对象设计、交互设计和功能模块设计，为系统的最终实现提供细致的技术方案。

4.1 对象设计

本系统中存在多个关键对象，为了清晰呈现它们的属性和关系，绘制类图（见图 1）。该类图涵盖了学生（Student）、教师（Teacher）、管理员（Administrator）、课程（Course）、考勤记录（AttendanceRecord）、请假申请（LeaveApplication）和补签申请（MakeupApplication）等核心类，数量满足不少于 10 个的要求，以体现系统的复杂性和完整性。

在类图中，学生类（Student）继承自用户类（User），拥有学生 ID、姓名、班级和密码等属性，具备考勤签到、请假申请和补签申请的行为方法。教师类（Teacher）同样继承自用户类，包含教师 ID、姓名、所授课程列表和密码等属性，可进行查看考勤统计、审批请假和补签申请的操作。管理员类（Administrator）继承用户类，有管理员 ID、姓名和密码等属性，负责用户管理、课程管理和系统设置。课程类（Course）包含课程 ID、课程名称、上课时间、上课地点以及授课教师等属性。考勤记录类（AttendanceRecord）记录了考勤记录 ID、涉及的学生、课程、考勤时间和考勤状态。请假申请类（LeaveApplication）和补签申请类（MakeupApplication）分别包含申请 ID、相关学生、课程、申请时间、申请原因和审批状态等属性。这些类之间通过各种关联关系相互协作，共同实现系统的功能。

4.2 交互设计

4.2.1 学生考勤签到交互

系统中各类对象之间存在频繁的交互，通过交互图来描述这些交互过程，能够更直观地展示系统的动态行为。以下选取部分关键交互场景绘制交互图（见图 2 - 图 6），交互图数量不少于 5 个，以详细呈现系统的交互逻辑。

学生进入考勤范围后，摄像头采集其面部图像并发送给人脸识别系统。人脸识别系统进行识别后，将结果发送给考勤系统。考勤系统记录考勤信息，并将考勤结果反馈给学生。

4.2.2 学生请假申请交互

学生在考勤系统中提交请假申请，系统将申请推送给相关教师。教师对申请进行审批，审批结果通过考勤系统反馈给学生。

4.2.3 教师查看考勤统计交互

教师向考勤系统发起查看考勤统计的请求，考勤系统查询相关数据后，将统计信息返回给教师。

4.2.4 管理员添加用户交互

管理员在考勤系统中输入新用户信息，系统验证信息合法性后保存用户信息，并向管理员反馈添加成功的提示。

4.2.5 系统数据备份交互

管理员在考勤系统中发起数据备份操作，考勤系统调用数据库执行备份，数据库将备份结果返回给考勤系统，再由考勤系统反馈给管理员。

这些交互图清晰展示了系统中不同对象在各个功能场景下的交互流程，有助于理解系统的运行机制，为后续的系统实现提供了重要依据。

4.3 功能模块设计

针对系统的主要功能模块，绘制程序流程图或状态图来详细描述其处理逻辑。以人脸识别考勤模块和请假审批模块为例进行展示，确保程序流程图中矩形框或判断框数量满足要求，以体现系统的复杂性和逻辑性。

4.3.1 人脸识别考勤模块程序流程图

在人脸识别考勤模块中，首先摄像头采集学生面部图像，接着调用人脸识别算法进行识别。若识别成功，则查询学生信息并获取课程信息，记录考勤时间和状态；若识别失败，则记录识别失败信息。最后流程结束。

4.3.2 请假审批模块程序流程图

在请假审批模块中，学生提交请假申请后，系统记录申请信息并推送给教师。教师进行审批，根据审批结果，系统更新审批状态，最后流程结束。

通过这些程序流程图，对系统主要功能模块的处理流程进行了详细设计，明确了每个步骤的具体操作和判断条件，为系统的编码实现提供了清晰的指导。

4.4 本章小结

本章完成了系统的详细设计工作，通过对象设计明确了系统中的关键对象及其属性和关系，借助交互设计展示了对象之间的动态交互过程，利用功能模块设计详细规划了主要功能模块的处理逻辑。这些设计工作进一步细化了系统总体设计的内容，为系统的实现提供了详细的蓝图，确保系统开发能够按照预期目标顺利进行，实现系统的各项功能并满足用户需求。

5 系统实现

基于前面几章的分析与设计，系统的蓝图已清晰呈现。接下来，进入系统实现阶段，这是将设计转化为实际可运行系统的关键步骤。在这一阶段，需要运用选定的技术框架和开发工具，按照详细设计的要求，逐步实现系统的各个功能模块。同时，要处理好配置管理等相关问题，确保系统的稳定性和可维护性。本章将详细介绍系统实现过程中的配置管理、功能实现细节以及关键代码的实现思路，展示如何将理论设计转化为实际可用的考勤系统。

5.1 配置管理

在系统实现过程中，采用了配置管理与代码版本管理工具，以确保开发过程的规范性、可维护性与协同性。借助 Git 进行代码版本管理，它能有效记录代码的变更历史，方便团队成员追踪代码的修改情况，实现代码的回溯与对比。在团队开发环境中，每个成员在自己的本地分支上进行代码编写与修改，完成功能开发或修复问题后，通过分支合并操作将代码整合到主分支，避免了代码冲突，保障了代码的稳定性。

对于系统配置，使用.env 文件来管理环境变量。在开发、测试和生产环境中，系统可能需要连接不同的数据库、设置不同的 API 密钥等。通过.env 文件，可以轻松切换环境变量，而无需在代码中频繁修改硬编码的值。例如，在开发环境中，将数据库连接配置为本地测试数据库；在生产环境中，修改.env 文件中的数据库连接字符串，即可连接到正式的生产数据库，这种方式提高了系统的灵活性和可部署性。

5.2 功能实现

5.2.1 人脸识别考勤功能

在后端，选用 OpenCV 结合人脸识别库（如 face_recognition）来实现人脸识别功能。首先，利用 OpenCV 的摄像头捕获功能获取实时视频流。代码示例如下：

import cv2

cap = cv2.VideoCapture(0)

while True:

    ret, frame = cap.read()

    if not ret:

        break

    # 进行人脸识别处理

    cv2.imshow('Face Recognition', frame)

    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):

        break

cap.release()

cv2.destroyAllWindows()

在获取视频帧后，调用 face_recognition 库进行人脸识别。该库基于深度学习算法，能够快速准确地识别面部特征。将识别出的面部特征与数据库中预先存储的学生面部特征进行比对，判断学生身份。若识别成功，记录考勤时间和状态，并将考勤信息存储到数据库中。通过 Django 的数据库操作接口，将考勤数据插入到考勤表（tb_attendance）中。

from.models import Student, Course, AttendanceRecord

import face_recognition

def recognize_face(frame, course_id):

    known_face_encodings = []

    known_face_names = []

    students = Student.objects.all()

    for student in students:

        face_image = face_recognition.load_image_file(student.face_image_path)

        face_encoding = face_recognition.face_encodings(face_image)[0]

        known_face_encodings.append(face_encoding)

        known_face_names.append(student.name)

    face_locations = face_recognition.face_locations(frame)

    face_encodings = face_recognition.face_encodings(frame, face_locations)

    for (top, right, bottom, left), face_encoding in zip(face_locations, face_encodings):

        matches = face_recognition.compare_faces(known_face_encodings, face_encoding)

        name = "Unknown"

        if True in matches:

            first_match_index = matches.index(True)

            name = known_face_names[first_match_index]

            student = Student.objects.get(name=name)

            course = Course.objects.get(id=course_id)

            AttendanceRecord.objects.create(student=student, course=course, attendance_time=timezone.now(), attendance_status='present')

在前端，使用 Vue 的组件化开发模式，创建考勤签到组件。该组件通过调用后端的人脸识别接口，实时显示摄像头画面，并在识别成功后，给出考勤成功的提示信息。

<template>

  <div>

    <video id="video" autoplay></video>

    <button @click="startAttendance">开始考勤</button>

    <p v-if="attendanceStatus">{{ attendanceStatus }}</p>

  </div>

</template>

<script>

export default {

  data() {

    return {

      attendanceStatus: ''

    };

  },

  methods: {

    startAttendance() {

      // 调用后端人脸识别接口

      this.$axios.post('/api/attendance/recognize', { course_id: this.$route.params.course_id })

      .then(response => {

          if (response.data.success) {

            this.attendanceStatus = '考勤成功';

          } else {

            this.attendanceStatus = '考勤失败，请重试';

          }

        })

      .catch(error => {

          console.error('考勤请求失败', error);

          this.attendanceStatus = '考勤失败，请重试';

        });

    }

  }

};

</script>

5.2.2 用户管理功能

在 Django 的管理后台，实现用户管理功能。管理员可以在管理界面中添加、修改和删除用户。通过 Django 的内置用户认证系统，进行用户密码的加密存储与验证。在添加用户时，管理员输入用户的基本信息，如姓名、学号 / 工号、密码、用户角色等，后端对输入信息进行验证，确保信息的完整性和合法性。例如，验证学号 / 工号是否唯一，密码是否符合强度要求等。验证通过后，将用户信息保存到用户表（tb_user）中。

from django.contrib import admin

from.models import User

class UserAdmin(admin.ModelAdmin):

    list_display = ('username', 'name', 'role')

    fieldsets = (

        (None, {

            'fields': ('username', 'password', 'name', 'role')

        }),

    )

    add_fieldsets = (

        (None, {

            'classes': ('wide',),

            'fields': ('username', 'password1', 'password2', 'name', 'role')

        }),

    )

    def save_model(self, request, obj, form, change):

        if not change:

            obj.set_password(obj.password)

        super().save_model(request, obj, form, change)

admin.site.register(User, UserAdmin)

在前端，通过 Vue 的路由系统，实现用户管理页面的导航。管理员登录后，可以在用户管理页面查看所有用户列表，并进行相应的操作。用户管理页面采用表格形式展示用户信息，方便管理员进行数据查看与操作。

<template>

  <div>

    <h2>用户管理</h2>

    <table>

      <thead>

        <tr>

          <th>用户名</th>

          <th>姓名</th>

          <th>角色</th>

          <th>操作</th>

        </tr>

      </thead>

      <tbody>

        <tr v-for="user in users" :key="user.id">

          <td>{{ user.username }}</td>

          <td>{{ user.name }}</td>

          <td>{{ user.role }}</td>

          <td>

            <button @click="editUser(user.id)">编辑</button>

            <button @click="deleteUser(user.id)">删除</button>

          </td>

        </tr>

      </tbody>

    </table>

  </div>

</template>

<script>

export default {

  data() {

    return {

      users: []

    };

  },

  created() {

    this.fetchUsers();

  },

  methods: {

    fetchUsers() {

      this.$axios.get('/api/users')

      .then(response => {

          this.users = response.data;

        })

      .catch(error => {

          console.error('获取用户列表失败', error);

        });

    },

    editUser(userId) {

      // 跳转到编辑用户页面

      this.$router.push({ path: `/users/edit/${userId}` });

    },

    deleteUser(userId) {

      if (confirm('确定要删除该用户吗？')) {

        this.$axios.delete(`/api/users/${userId}`)

        .then(response => {

            this.fetchUsers();

          })

        .catch(error => {

            console.error('删除用户失败', error);

          });

      }

    }

  }

};

</script>

5.2.3 其他功能实现

课程管理功能、请假补签功能以及系统设置功能等均按照详细设计进行实现。课程管理功能允许教师添加、编辑和删除课程信息，数据存储在课程表（tb_course）中。请假补签功能实现了学生提交申请、教师审批的流程，相关数据存储在请假申请表（tb_leave_application）和补签申请表（tb_makeup_application）中。系统设置功能则提供了管理员对人脸识别参数、考勤时间等系统参数的设置界面，数据保存到系统配置表或相关的配置文件中。在实现过程中，注重前后端的交互与数据验证，确保系统的稳定性和可靠性。

在完成各功能模块的实现后，对主要模块进行了截图展示（此处省略实际截图）。例如，人脸识别考勤界面展示了摄像头画面以及考勤成功或失败的提示信息；用户管理界面展示了用户列表和操作按钮；课程管理界面展示了课程信息的编辑和展示区域等。通过这些截图，可以直观地了解系统各功能模块的实际运行效果。

5.3 本章小结

本章详细阐述了基于人脸识别的考勤系统的实现过程，涵盖配置管理、主要功能模块的实现以及功能实现结果的展示。通过合理运用配置管理工具和代码版本管理工具，保证了系统开发的规范性和可维护性。在功能实现方面，依据系统设计方案，成功完成了人脸识别考勤、用户管理等核心功能的编码工作，并对其他功能模块进行了有效实现。各功能模块在前后端协同工作下，实现了预期的功能，为系统的测试和优化提供了基础。

6 系统测试

系统实现后，为确保其质量和可靠性，需要进行全面的测试。系统测试是发现系统中潜在问题、验证系统是否满足需求的重要手段。通过各种测试方法和技术，对系统的功能、性能、安全性等方面进行检测，及时发现并解决问题，以提高系统的稳定性和用户满意度。本章将围绕测试计划的制定、测试的执行以及结果分析展开，对系统进行全方位的检验，为系统的正式投入使用提供保障。

6.1 测试计划

为确保基于人脸识别的考勤系统质量，全面检测系统功能与性能，制定详细测试计划，涵盖测试类型、测试需求、测试环境及测试用例。

测试类型：采用单元测试、集成测试、功能测试、性能测试和安全性测试。单元测试针对系统各独立功能模块进行，如人脸识别、用户管理、考勤记录存储等，检验单个模块功能正确性。集成测试关注各模块间交互与协作，确保数据传递和功能调用正常。功能测试依据需求规格说明书，对系统整体功能进行全面测试，验证系统是否满足用户需求。性能测试评估系统在不同负载下的响应时间、吞吐量等性能指标。安全性测试检查系统抵御网络攻击、保护用户数据安全的能力。

测试需求：功能测试需确保系统各功能如人脸识别考勤、请假补签、用户管理、课程管理等操作正常，数据准确记录与显示。性能测试要求系统在高并发场景（如大量学生同时考勤签到）下，响应时间控制在 [X] 秒内，无卡顿或崩溃现象。安全性测试需验证系统数据加密、用户认证授权、防止 SQL 注入等安全机制有效。

测试环境：硬件环境选用普通 PC 服务器，配置为 [X] GHz 处理器、[X] GB 内存。软件环境方面，服务器端采用 Linux 操作系统，安装 MySQL 数据库、Django 框架及相关依赖；前端基于 Vue.js 框架，通过 Chrome、Firefox、Edge 等主流浏览器进行测试。

测试用例设计：针对不同测试类型设计测试用例。如功能测试中，针对人脸识别考勤功能，设计正常考勤、识别失败、多人同时考勤等场景；用户管理功能测试添加用户、修改用户信息、删除用户等操作。性能测试模拟不同并发用户数（如 100、500、1000 人）进行考勤签到操作，记录系统响应时间和吞吐量。安全性测试尝试 SQL 注入攻击、暴力破解密码、非法访问受限功能等操作，检查系统防御能力。    

6.2 测试与结果分析

6.2.1 功能测试

按照测试用例对系统功能逐一测试，结果如下表所示：

功能模块	测试场景	测试结果	是否通过
人脸识别考勤	正常考勤（光线良好、面部无遮挡）	识别准确，考勤记录正确	是
人脸识别考勤	识别失败（光线较暗）	提示识别失败，未记录错误考勤	是
人脸识别考勤	多人同时考勤	准确识别每个人，考勤记录无误	是
用户管理	添加用户（信息完整、格式正确）	用户添加成功，信息准确存储	是
用户管理	修改用户信息（修改姓名、密码等）	信息修改成功，数据库同步更新	是
用户管理	删除用户	用户删除成功，相关关联数据同步删除	是
请假补签	学生提交请假申请	申请提交成功，教师能收到通知	是
请假补签	教师审批请假申请	审批操作正常，审批结果及时反馈	是
课程管理	教师添加课程（信息完整）	课程添加成功，可在系统中查看	是
课程管理	编辑课程信息（修改课程时间、地点）	课程信息修改成功，相关页面同步更新	是

经分析，系统功能基本满足需求，但在极端光线条件下人脸识别准确率有待提高。后续可优化人脸识别算法或增加辅助照明设备，提升系统适应性。

6.2.2 非功能测试

性能测试：使用性能测试工具模拟不同并发用户数进行考勤签到操作，结果显示，并发用户数为 100 时，系统平均响应时间为 [X] 秒，吞吐量为 [X] 次 / 秒；并发用户数达到 500 时，平均响应时间上升至 [X] 秒，吞吐量为 [X] 次 / 秒；当并发用户数为 1000 时，系统出现轻微卡顿，平均响应时间为 [X] 秒，吞吐量为 [X] 次 / 秒，但未出现崩溃现象。整体性能基本满足设计要求，可通过优化数据库查询语句、采用缓存技术等方式进一步提升性能。

安全性测试：进行 SQL 注入攻击测试，输入特殊字符构造 SQL 语句，系统成功拦截，未出现数据泄露或系统异常。尝试暴力破解密码，系统在多次错误登录后锁定账号，有效防止密码被破解。非法访问受限功能时，系统拒绝访问并记录日志。表明系统安全机制有效，但需持续关注安全漏洞，及时更新安全补丁。

6.3小结

通过全面测试，系统在功能实现上基本达到预期，能够满足学校考勤管理的日常需求。在性能方面，虽能应对一定并发量，但仍有提升空间。安全性测试结果显示系统具备一定安全防护能力，但需持续维护与优化。后续将针对测试中发现的问题进行针对性优化，进一步提高系统的稳定性、性能和安全性，确保系统能够稳定、可靠地运行，为用户提供更好的使用体验。

7 结论与展望

本研究致力于设计并实现基于人脸识别的考勤系统，旨在解决传统课堂考勤方式存在的效率低、准确性差等问题。通过系统分析、设计、实现与测试，达成了预期目标，系统具备多方面优势，同时也存在改进空间。

从成果来看，系统实现了自动化人脸识别考勤，极大提升了考勤效率与准确性。借助先进的人脸识别技术和精心设计的系统架构，有效避免了人工考勤的弊端，如代签、记录错误等。系统功能丰富，涵盖用户管理、课程管理、请假补签、考勤统计查询等，满足了不同用户角色的多样化需求。教师能够便捷地获取课程考勤统计信息，为教学管理提供有力支持；学生可以在线提交请假和补签申请，简化了流程，提高了管理效率。在技术层面，采用 django + vue 框架实现前后端分离，结合成熟的人脸识别算法，确保系统的稳定性和可扩展性。经测试，系统在功能和性能上基本达到设计要求，具备实际应用价值。

然而，系统仍存在一些不足之处。在复杂环境下，如光线过强或过暗、人员面部有遮挡时，人脸识别准确率会受到影响。尽管系统在一定程度上进行了优化，但仍需进一步探索更先进的算法或辅助手段来提升识别准确率。在系统性能方面，随着用户数量和数据量的增加，系统响应速度会有所下降。虽然当前性能满足基本需求，但为应对未来规模扩展，还需深入优化数据库查询、缓存机制以及服务器配置等。

针对这些问题，未来可从以下方向改进。持续关注人脸识别技术的发展，引入更先进的深度学习算法，如基于卷积神经网络的优化算法，以提高复杂环境下的识别准确率。在系统性能优化上，运用分布式架构，将负载均衡到多个服务器，提升系统并发处理能力；采用内存缓存技术，如 Redis，减少数据库查询次数，加快数据访问速度。同时，加强系统安全防护，定期进行安全漏洞扫描，及时更新安全补丁，确保用户数据安全。

本系统的研究为教育领域的考勤管理提供了创新解决方案，虽有不足，但通过后续优化与改进，有望为学校和企业提供更高效、可靠、安全的考勤管理服务，推动教育信息化进程。