计算机视觉丨基于OpenCV的人脸识别打卡系统

写在前面

本期内容：基于OpenCV的WANT公司人脸识别打卡系统。

项目需求：

• pycharm
• opencv
• numpy

项目下载路径：https://download.csdn.net/download/m0_68111267/88754360

项目分析

社会上很多公司，学院都需要使用手机或者智能软件进行打卡签到。随着计算机技术的飞速发展，计算机视觉技术也越来越成熟了，例如人脸识别只需要几行代码就可以实现。打卡系统一般通过摄像头扫描人脸的特征，利用人脸的差异识别不同的人员。本文将利用Python的OpenCV简单实现一个公司打卡系统。

需求分析

打卡系统有 3 个核心功能： 录入打卡人的资料、员工打卡和查看打卡记录， 在满足核心功能的基础上需要完善一些附加功能和功能细节。在开发 MR 智能视频打卡系统前， 先对本系统的一些需求进行如下拆解和分析。

1.数据模型

本系统不使用第三方数据库， 所有数据都以文本的形式保存在文件中，因此要规范数据内容和格式， 建立统一模型。若把软件的使用者设定为“公司”，那么打卡者身份可设定为“员工”， 程序中数据模型就应该是员工数据类。每一位员工都有姓名，“姓名”就作为员工类中必备的数据之一。

因为员工可能会重名， 所以必须使用另一种标记作为员工身份的认证，即为每一位员工添加不重复的员工编号。员工编号的格式为从 1 开始递增数字， 每添加一位新员工，员工编号就+1。员工类中添加“员工编号”。

系统中必须保存所有员工的照片用于人脸识别。为了区分每位员工的照片文件，程序使用“员工特征码 + 随机值. png”的规则为照片文件命名。如果使用员工编号作为特征码， 1号员工和 11号员工的文件名容易发生混淆，所以特征码不能使用员工编号， 而是一种长度一致、复杂性高、不重复的字符串。员工类中添加“特征码”。

员工与编号、姓名、特征码是一对一的关系， 但员工与打卡记录是一对多的关系， 所以打卡记录可以放在员工类中保存，而不是单独保存在打卡记录模型中。打卡记录需要记录每一位员工的具体打卡时间，并能以报表的形式体现。可以使用字段保存打卡记录模型，员工姓名作为key， 该员工的打卡记录列表作为 value。

2.打卡功能

人脸打卡依赖于人脸识别功能。本程序可以使用 OpenCV 提供的人脸识别器实现此功能， 建议使用正确率较高的 LBPH 识别器， 其他识别器也可以考虑，但需要做好测试验证。系统通过拍照保存员工的照片样本。当员工面对摄像头时，按 Enter键就可以生成一张正面特写照片文件。为了增加识别准确率， 每位员工应拍3 张照片，也就是按3 次 Enter键才能完成录入操作。每次员工打卡成功后，都应该记录该员工的打卡时间，然后保存到文件中。

3.数据维护

数据维护总结起来就是增、删、改、查 4 种操作。简化版的打卡系统可以忽略“改”的操作，由先删除，再新增的方式代替。本系统除了提供录入新员工的功能之外，也提供删除已有员工的功能。删除员工之前应输入验证码进行验证，以防用户操作失误，误删重要数据。确认执行删除操作后，不仅要删除员工的信息，也要同时删除员工的打卡记录和照片文件。完成删除操作后，所有数据文件中不再存有被删员工的任何数据。

4.考勤报表

每个公司的考勤制度都不同，很多公司都主动设置“上班时间”和“下班时间”来做考勤的标准。员工要在“上班时间”之前打卡才算正常到岗，在“下班时间”之后打卡才算正常离岗。未在规定时间内打卡的情况属于“打卡异常”，“打卡异常”通常分为3种情况： 迟到、早退或缺席(或缺勤)。本系统分析每一位员工在某一天的打卡记录， 如果该员工在“上班时间”前和“下班时间”后都有打卡记录， 则认为该员工当天全勤， 该员工当天的其他打卡记录会被忽略。但如果该员工在“上班时间”前未能打卡， 而是在“上班时间”后到中午 12 点前打卡， 这种情况被视为迟到。如果该员工在“下班时间”后未能打卡，而是在中午12 点之后到“下班时间”前打卡， 这种情况被视为早退。当天没有打卡记录被视为缺席。

系统设计

WANT打卡系统

• 视频打卡
• 管理员登录
• 查看记录
  • 查看员工记录
  • 查看打卡记录
• 员工管理
  • 录入新员工
  • 删除员工
• 考勤报表
  • 日报
  • 月报
  • 报表设置
• 退出系统

项目设计

1.文件系统

"""
作者：Want595
微信号：Want_595
公众号：Want595
"""
import employees
import os
import cv2
import services

path = 'data/'
img_path = path + 'faces/'
data_file = path + 'employees.txt'
work_file = path + 'work_time.txt'
user_file = path + 'user.txt'
recode_file = path + 'record.txt'


def checking_files():
    if not os.path.exists(path):
        os.mkdir(path)
        print("数据文件丢失，已重新创建：" + path)
    if not os.path.exists(img_path):
        os.mkdir(img_path)
        print("照片文件丢失，已重新创建：" + img_path)
    if not os.path.exists(data_file):
        open(data_file, 'a+')
        print("员工信息文件丢失，已重新创建：" + data_file)
    if not os.path.exists(recode_file):
        open(recode_file, 'a+')
        print("打卡记录文件丢失，已重新创建：" + recode_file)
    if not os.path.exists(user_file):
        file = open(user_file, 'a+', encoding='utf-8')
        user = dict()
        user['want595'] = '123456'
        file.write(str(user))
        file.close()
        print("管理员信息文件丢失，已重新创建：" + user_file)
    if not os.path.exists(work_file):
        file = open(work_file, 'a+', encoding='utf-8')
        file.write("09:00:00/17:00:00")
        file.close()
        print("时间配置文件丢失，已重新创建：", work_file)
……完整代码请下载后查看哦

这段代码是一个员工考勤系统的相关功能实现。它的主要功能包括员工信息的管理、打卡记录的管理、管理员账号的管理，以及相关文件的读取和保存。

首先，在代码开头定义了一些路径和文件的变量，用来存储员工信息、打卡记录、照片以及其他配置文件的路径。

接下来，通过checking_files函数来检查文件是否存在，如果某个文件不存在，则会重新创建。

然后，通过load_employees函数来读取员工信息文件，并将每条信息存储到employees模块中的EMPLOYEES列表中。同时，还会记录员工信息列表中最大的ID值。

接着，通过load_records函数来读取打卡记录文件，将记录存储到employees模块中的RECORDS字典中。

再然后，通过load_images函数来读取员工照片文件，并调用services模块的train函数来训练人脸识别模型。

接下来，通过load_works函数来读取工作时间配置文件，并将工作时间和下班时间分别保存到employees模块中的WORK_TIME和CLOSING_TIME变量中。

再然后，通过load_users函数来读取管理员账号文件，并将账号和密码保存到employees模块中的USERS字典中。

然后，通过save_employees、save_records、save_works函数来保存员工信息、打卡记录、工作时间配置到对应的文件中。

接着，通过remove_images函数来删除已经删除了的员工的照片文件。

最后，通过create_csv函数来生成CSV文件。

这段代码的核心逻辑是通过employees模块来管理员工信息、打卡记录等数据，并通过services模块来实现人脸识别的训练和识别功能。整体上，这段代码实现了一个基本的员工考勤系统的功能。

2.数据模块

"""
作者：Want595
微信号：Want_595
公众号：Want595
"""

RECORDS = dict()
EMPLOYEES = list()
IMG_WIDTH = 960
IMG_HEIGHT = 540
MAX_ID = 0
CODE_LEN = 6
WORK_TIME = ""
CLOSING_TIME = ""
USERS = dict()


class Employee:
    def __init__(self, id, name, code):
        self.name = name
        self.id = id
        self.code = code


def add(e: Employee):
    EMPLOYEES.append(e)


def remove(id):
    for i in EMPLOYEES:
        if str(id) == str(i.id):
            EMPLOYEES.remove(i)
            if i.name is RECORDS.keys():
                del RECORDS[i.name]
            break


def get_id():
    global MAX_ID
    MAX_ID += 1
    return MAX_ID

这部分代码定义了一些全局变量和类，用于存储员工信息和相关数据。

首先，定义了一个RECORDS字典，用于存储打卡记录。

然后，定义了一个EMPLOYEES列表，用于存储员工对象。

接着，定义了IMG_WIDTH和IMG_HEIGHT变量，用于设置图片的宽度和高度。

然后，定义了MAX_ID变量，用于记录员工信息中最大的ID值。

接下来，定义了CODE_LEN变量，表示员工的代码长度。

再然后，定义了WORK_TIME和CLOSING_TIME变量，用于存储每天的上班时间和下班时间。

最后，定义了一个USERS字典，用于存储管理员的账号和密码。

接下来，定义了一个Employee类，表示员工对象。它有三个属性，分别是id、name和code，分别表示员工的ID、姓名和代码。构造函数接收这三个参数来初始化员工对象。

接着，定义了add函数，用于将员工对象添加到EMPLOYEES列表中。

然后，定义了remove函数，用于根据员工ID从EMPLOYEES列表中移除对应的员工对象。同时，如果该员工的姓名存在于RECORDS字典中，也会将对应的记录删除。

最后，定义了get_id函数，用于获取一个新的员工ID。它先将MAX_ID增加1，然后返回新的ID值。

这部分代码主要是定义了一些全局变量和类，用于存储和操作员工信息和相关数据。

3.工具模块

"""
作者：Want595
微信号：Want_595
公众号：Want595
"""
import random as rd
import datetime as dt
import employees


def randomCode():
    first = str(rd.randint(1, 9))
    last = "".join(rd.sample("1234567890", employees.CODE_LEN - 1))
    return first + last


def valid_time(str):
    try:
        dt.datetime.strptime(str, "%H:%M:%S")
        return True
    except:
        return False


def valid_year_month(str):
    try:
        dt.datetime.strptime(str, "%Y-%m")
        return True
    except:
        return False


def valid_date(date):
    try:
        dt.datetime.strptime(date, "%Y-%m-%d")
        return True
    except:
        return False

这部分代码定义了一些辅助函数，用于生成随机代码、验证时间和日期的有效性。

首先，定义了一个randomCode函数，用于生成随机的员工代码。它首先生成一个1到9的随机数作为代码的第一位数字，然后使用rd.sample函数从数字"1234567890"中随机选择出长度为employees.CODE_LEN - 1的数字，将它们拼接在一起，得到最终的员工代码。

接下来，定义了一个valid_time函数，用于验证输入的时间字符串是否符合格式"%H:%M:%S"。它使用datetime.datetime.strptime函数将时间字符串转换为日期时间对象，如果转换成功，则说明时间字符串有效，返回True；否则，返回False。

然后，定义了一个valid_year_month函数，用于验证输入的年份和月份字符串是否符合格式"%Y-%m"。与valid_time函数类似，它使用datetime.datetime.strptime函数将字符串转换为日期时间对象，如果转换成功，则说明年份和月份字符串有效，返回True；否则，返回False。

最后，定义了一个valid_date函数，用于验证输入的日期字符串是否符合格式"%Y-%m-%d"。同样地，它使用datetime.datetime.strptime函数将日期字符串转换为日期时间对象，如果转换成功，则说明日期字符串有效，返回True；否则，返回False。

这些辅助函数可以在其他地方被调用，用于验证和处理时间和日期相关的输入。

4.服务模块

"""
作者：Want595
微信号：Want_595
公众号：Want595
"""
import employees
import public
import inits
import datetime
import calendar
import cv2
import numpy as np


def init_data():
    inits.checking_files()
    inits.load_users()
    inits.load_records()
    inits.load_employees()
    inits.load_images()


def add_employee(name):
    code = public.randomCode()
    employee = employees.Employee(employees.get_id(), name, code)
    employees.add(employee)
    inits.save_employees()
    return code


def remove_employee(id):
    inits.remove_images(id)
    employees.remove(id)
    inits.save_employees()
    inits.save_records()


……完整代码请下载后查看哦

5.人脸识别

"""
作者：Want595
微信号：Want_595
公众号：Want595
"""
import cv2
import inits
import employees
import public
import services

ESC_KEY = 27
ENTER_KEY = 13

def register(code):
    capture = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_DSHOW)
    success, frame = capture.read()
    times = 0
    while success:
        cv2.imshow("register", frame)
        success, frame = capture.read()
        key = cv2.waitKey(1)
        if key == ESC_KEY:
            break
        if key == ENTER_KEY:
            image = cv2.resize(frame, (employees.IMG_WIDTH, employees.IMG_HEIGHT))
            img_name = str('data/faces/' + code + public.randomCode() + '.png')
            cv2.imwrite(img_name, image)
            print("保存成功：" + img_name)
            times += 1
            if times == 3:
                break
    cv2.destroyAllWindows()
    capture.release()
    inits.load_images()

……完整代码请下载后查看哦

6.主函数

"""
作者：Want595
微信号：Want_595
公众号：Want595
"""
import camera
import public
import services

admin_login = False

def login():
    while True:
        username = input("请输入管理员账号：")
        if username == "0":
            return
        password = input("请输入管理员密码：")
        if services.valid_user(username.strip(), password.strip()):
            global admin_login
            admin_login = True
            print("登录成功！")
            break
        else:
            print("登录失败！请重新登录！！")

……完整代码请下载后查看哦

运行结果

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