최근 스마트 기기를 이용한 전자 출결 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전자 출결 시스템을 이용하여 교수는 실시간으로 학생들의 출결 처리와 출석 기록을 관리할 수 있다. 본 논문에서는 기존의 자동식별 및 데이터 획득(AIDC, Automatic Identification and Data Capture) 기반의 전자 출결 시스템의 한계점인 공간적, 시간적, 비용적 문제점을 해결할 수 있는 전자 출결 시스템을 제안하였다. 제안하는 시스템은 웹 서버로 동작하며 HTML5(Hyper Text Markup Language ver.5) 기반으로 작성된 출결 관리 페이지에 개인이 가진 스마트 기기를 통한 접속한 후 서버-클라이언트 이미지 데이터 전송 기술을 이용하여 실시간 전자 출결이 가능한 장점이 있다. 또한 제안 시스템은 파이썬플라스크프레임워크를 기반으로 동작하기 때문에 운영체제에 상관없이 설치 및 운용이 가능한 장점을 가진다.
최근 스마트 기기를 이용한 전자 출결 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전자 출결 시스템을 이용하여 교수는 실시간으로 학생들의 출결 처리와 출석 기록을 관리할 수 있다. 본 논문에서는 기존의 자동식별 및 데이터 획득(AIDC, Automatic Identification and Data Capture) 기반의 전자 출결 시스템의 한계점인 공간적, 시간적, 비용적 문제점을 해결할 수 있는 전자 출결 시스템을 제안하였다. 제안하는 시스템은 웹 서버로 동작하며 HTML5(Hyper Text Markup Language ver.5) 기반으로 작성된 출결 관리 페이지에 개인이 가진 스마트 기기를 통한 접속한 후 서버-클라이언트 이미지 데이터 전송 기술을 이용하여 실시간 전자 출결이 가능한 장점이 있다. 또한 제안 시스템은 파이썬 플라스크 프레임워크를 기반으로 동작하기 때문에 운영체제에 상관없이 설치 및 운용이 가능한 장점을 가진다.
Recently, research about an electronic attendance-absence recording system has been actively carried out using smart devices. Using an electronic attendance-absence recording system, professors can check their students' attendance on a real-time basis and manage their attendance records. In this pap...
Recently, research about an electronic attendance-absence recording system has been actively carried out using smart devices. Using an electronic attendance-absence recording system, professors can check their students' attendance on a real-time basis and manage their attendance records. In this paper, we proposed a real-time electronic attendance-absence recording system using face detection and face recognition based on web application. It can solve the spatial, temporal, cost issues belong to electronic attendance-absence recording system using AIDC(Automatic Identification and Data Capture). A proposed system is running on web server and made by HTML5(Hyper Text Markup Language ver.5). So professor connect to server using mobile web browser on mobile device and real-time manage electronic attendance-absence recording with real-time send or receive image data. In addition, the proposed system has an advantage capable of installation and operation, regardless of the operating system because it operates based on the Python flask framework.
Recently, research about an electronic attendance-absence recording system has been actively carried out using smart devices. Using an electronic attendance-absence recording system, professors can check their students' attendance on a real-time basis and manage their attendance records. In this paper, we proposed a real-time electronic attendance-absence recording system using face detection and face recognition based on web application. It can solve the spatial, temporal, cost issues belong to electronic attendance-absence recording system using AIDC(Automatic Identification and Data Capture). A proposed system is running on web server and made by HTML5(Hyper Text Markup Language ver.5). So professor connect to server using mobile web browser on mobile device and real-time manage electronic attendance-absence recording with real-time send or receive image data. In addition, the proposed system has an advantage capable of installation and operation, regardless of the operating system because it operates based on the Python flask framework.
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문제 정의
본 논문에서는 기존 전자 출결 시스템의 문제점인 이용 장소의 한계와 인식 매체에 따른 비용적 문제점을 해결하고, 시간과 장소에 상관없이 학습 진행자의 스마트 디바이스에 내장된 카메라를 웹 서비스 환경을 통해 실시간 얼굴 검출 및 얼굴 인식 기술을 통해 전자 출결을 진행할 수 있는 시스템을 제안하였다.
본 논문에서는 시간과 장소에 구애받지 않고 출결 처리를 효율적으로 처리하기 위해서 교수의 스마트 기기의 카메라를 이용하여 실시간으로 얼굴을 인식하고 학습된 정보와 비교하여 학생들의 출결 처리를 진행하는 얼굴 검출 및 얼굴 인식 기술을 이용한 실시간 전자 출결 시스템을 구현하였다. 별도의 설치가 필요 없는 전자 출결 시스템의 기능을 위해 웹에서 스마트 기기의 카메라를 제어하는 기술을 사용하였으며, 실시간으로 얼굴을 검출하기 위해서 Dlib C++ Library를 이용하여 처리하였다.
제안 방법
본 논문에서는 시간과 장소에 구애받지 않고 출결 처리를 효율적으로 처리하기 위해서 교수의 스마트 기기의 카메라를 이용하여 실시간으로 얼굴을 인식하고 학습된 정보와 비교하여 학생들의 출결 처리를 진행하는 얼굴 검출 및 얼굴 인식 기술을 이용한 실시간 전자 출결 시스템을 구현하였다. 별도의 설치가 필요 없는 전자 출결 시스템의 기능을 위해 웹에서 스마트 기기의 카메라를 제어하는 기술을 사용하였으며, 실시간으로 얼굴을 검출하기 위해서 Dlib C++ Library를 이용하여 처리하였다. 얼굴의 특징점을 비교하고 인식하기 위해서 컴퓨터로 사람의 얼굴을 인식하는데 필요한 주된 얼굴 구성요소를 이용한 분석 방법인 Eigenfaces와 서포트 벡터 머신(SVM, Support Vector Machine)을 이용하였다.
학생의 개인정보 보호를 위해서 본 논문에 사용된 학생 정보는 가상의 정보를 입력하여 사용하였다. 본 논문에서 제안된 시스템의 성능 평가를 위해서 인식 오류로 인해 잘못된 학생이 출결 처리가 진행되지 부분을 확인하기 위해서 모든 학생의 정보를 입력한 것이 아니라 일부만 입력한 후 진행하였다.
제안 시스템은 웹 서버를 기반으로 동작하며 학습 진행자가 스마트 기기를 이용하여 전자 출결 처리를 진행한다. 스마트 기기의 웹 브라우저를 통해 서버로부터 인증을 받은 후 카메라를 이용해 실시간으로 서버로 사진을 전송하여 분석 후 결과물을 스마트폰의 화면으로 보여주는 과정을 거쳐 실시간으로 출결 처리 및 학생 등록 과정을 확인할 수 있도록 해준다. 제안하는 시스템은 출결 처리를 진행하는데 도움을 줄 뿐만 아니라 학생의 학번, 이름을 재확인 할 수 있기 때문에 수업 중간에 학생들 이름을 확인하는데 활용할 수도 있으며, 인식된 학생의 얼굴에 활성화 처리된 링크를 이용하여 해당 학생의 출결 확인 및 성적 확인과 같은 학습 참여도 확인이 가능한 장점이 있다.
그림 5는 서버 동작 로그와 입력된 사진을 통해 서버에서 인식한 학생의 얼굴 부분만 자동으로 잘라서 별도로 저장된 사진을 나타낸다. 시스템의 효용도 검증을 위해 학생들의 양해를 구하고 실제 수업시간에 동작시켜 성능을 검증하였다. 12명의 얼굴을 올바르게 검출하는 것을 알 수 있다.
① 교수와 같은 학습 진행자가 스마트 기기를 꺼내 웹 브라우저를 이용해 웹 서버에 접속한다. 웹 페이지는 HTML5 기반으로 작성되어 있으며 기기의 카메라제어를 위해서 HTTPS(Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer)방식의 프로토콜을 사용하도록 개발하였다. 개발 서버는 파이썬 플라스크 프레임워크를 이용하여 개발되었으며 그림 4는 서버 소스 코드 중 HTTPS 프로토콜을 위한 보안 설정을 적용하여서버를 실행하는 내용을 나타낸다.
제안 전자 출결 시스템의 네트워크 모델은 그림 2와 같다. 제안 시스템은 웹 서버를 기반으로 동작하며 학습 진행자가 스마트 기기를 이용하여 전자 출결 처리를 진행한다. 스마트 기기의 웹 브라우저를 통해 서버로부터 인증을 받은 후 카메라를 이용해 실시간으로 서버로 사진을 전송하여 분석 후 결과물을 스마트폰의 화면으로 보여주는 과정을 거쳐 실시간으로 출결 처리 및 학생 등록 과정을 확인할 수 있도록 해준다.
또한 교수가 학습이 필요하다고 판단하는 경우 인식된 얼굴 이미지를 통해 직접 서버에 학습 진행을 요청할 수 있기 때문에 초기에 모든 학생이 얼굴 인식이 이루어지지 않더라도 손쉽게 출결 정보 처리를 위한 학습이 이루어 질 수 있다. 제안 시스템은 파이썬 기반의 플라스크 웹 프레임워크를 이용하여 설계되었기 때문에 파이썬 가상 환경을 이용하면 윈도우뿐만 아니라 리눅스/유닉스 및 맥오에스 환경에서도 서버 설치 및 운용이 용이하도록 설계되었다.
제안한 실시간 전자 출결 시스템의 효용성 평가 및 성능 평가를 위해서 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템의 동작 과정은 다음과 같다.
이론/모형
별도의 설치가 필요 없는 전자 출결 시스템의 기능을 위해 웹에서 스마트 기기의 카메라를 제어하는 기술을 사용하였으며, 실시간으로 얼굴을 검출하기 위해서 Dlib C++ Library를 이용하여 처리하였다. 얼굴의 특징점을 비교하고 인식하기 위해서 컴퓨터로 사람의 얼굴을 인식하는데 필요한 주된 얼굴 구성요소를 이용한 분석 방법인 Eigenfaces와 서포트 벡터 머신(SVM, Support Vector Machine)을 이용하였다.
성능/효과
제안 시스템은 웹 브라우저를 통해 카메라를 제어하기 때문에 카메라가 장착된 스마트 기기는 모두 사용가능하며 별도의 전자 출결 매체 인식을 위한 인프라 구축이 필요 없기 때문에 실내 수업뿐만 아니라 실외 수업에서 활용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 교수가 학습이 필요하다고 판단하는 경우 인식된 얼굴 이미지를 통해 직접 서버에 학습 진행을 요청할 수 있기 때문에 초기에 모든 학생이 얼굴 인식이 이루어지지 않더라도 손쉽게 출결 정보 처리를 위한 학습이 이루어 질 수 있다.
후속연구
제안 시스템은 호명 방식이나 출결 매체 이용 방식이 아니라 얼굴 인식을 통한 실시간 출결 처리가 이루어지는 방식이기 때문에 출결 시점에는 부정 출결은 막을 수 있지만, 출결 처리가 완료된 이후 자리를 이탈한 학생에 한해서는 부정 출결을 막기는 어렵다. 향후 부정 출결을 목적으로 자리를 이탈한 학생을 검출하기 위해서 BLE(Bluetooth Low Energy) 비콘 신호 검출 방식을 조합한 방식과 특정 네트워크에 연결된 학생의 스마트폰으로 돌발 퀴즈를 전송하는 방식으로 자리 이탈을 막는 전자 출결 시스템으로 확장 연구를 진행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
RFID 또는 NFC를 이용하는 경우의 문제점은 무엇인가?
기존의 전자 출결 시스템을 위한 다양한 방식의 기술들이 제안되고 있지만 비용적인 문제, 공간적인 문제 및 부정출결과 같은 여러 문제점이 발견되고 있으며 이로 인하여 시스템 도입의 효과가 미비한 문제점을 안고 있다. 지문 인식 방식은 비용적인 문제와 이용 장소가 한정적이라는 문제점을 안고 있으며, RFID 또는 NFC를 이용하는 경우 이용 장소의 한계와 해당하는 인증수단을 분실할 경우 재발급으로 인한 비용발생 문제점이 있다. 블루투스와 와이파이 신호를 인지하여 특정 범위내에 있을 경우에만 출결이 이루어지는 경우 부정 출결을 효과적으로 막을 수 있지만 사용자의 스마트 기기가 꺼질 경우 출결처리가 불가능한 단점이 존재한다.
얼굴 인식분야에서 특징 기반 방법의 단점은 무엇인가?
특징 기반 방법이란 얼굴의 기하학적인 정보를 이용하거나 얼굴 특징 성분들 눈, 코,입, 턱 등을 이용하여 그 크기와 모양, 상호 연관성 혹은 이러한 요소들의 혼합된 형태의 정보를 이용해서 얼굴을 인식하는 방법으로서, 처리 시간이 빠르고 그 구조가 간단하며 쉽게 얼굴을 인식할 수 있다는 장점을 가지고 있음. 하지만, 얼굴의 기울어진 정도에 따라 얼굴의 특징 성분들을 검출하지 못할 수 있기 때문에 조명과 포즈 등의 잡음에 상당히 민감한 단점이 있다.
전자 출결 시스템은 무엇인가?
전자 출결 시스템(Electronic Attendance-absence Recording Systems)이란 전통적인 수업방식에서 이루어지던 출석부를 이용한 호명 방식에서 스마트 기기를 이용하여 지문, RFID(Radio Frequency IDentification),NFC(Near Field Communication), 블루투스 비콘(Bluetooth Beacon) 또는 와이파이 네트워크(Wi-FiESSID) 인지 기술 등을 이용하여 신속하고 정확하게 출결처리를 하는 최적의 출결 관리 시스템이다[1].
참고문헌 (10)
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Y. Taigman, M. Yang, L. Wolf, "DeepFace: Closing the Gap to Human-Level Performance in Face Verification," 2014 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp. 1701-1708, June. 2014.
S. K. Rath, S. S. Rautaray, "A Survey on Face Detection and Recognition Techniques in Different Application Domain," International Journal of Modern Education and Computer Science, pp. 34-44, Aug. 2014.
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