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Python OpenCV开发MR智能人脸识别打卡系统（三、工具模块设计）

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整体系统讲解如下

 Python OpenCV开发MR智能人脸识别打卡系统(一、需求分析与系统设计)

Python OpenCV开发MR智能人脸识别打卡系统（二、文件系统、数据实体模块设计）

Python OpenCV开发MR智能人脸识别打卡系统（四、服务模块设计）

Python OpenCV开发MR智能人脸识别打卡系统（五、程序入口设计与测试）

本系统的工具模块包含三个文件：public_tools.py,io_tools.py,camera.py下面将详细介绍三个文件中的代码内容及功能

一、公共工具模块

public_tools.py模块提供了以下功能：

生成随机数和随机特征码

校验时间字符串格式

下面介绍里面的代码

1：导入模块

公共工具设计随机数和日期格式，所以导入random和datetime模块，生成随机特征码要通过organizations获取特征码长度，所以也要导入数据实体模块

import random
import datetime
from entity import organizations as o

2：生成随机数

特征码、照片文件名和验证码都用到了随机数，公共工具模块提供了一个生成指定位数数字的randomNumber方法，其参数就是数字的位数，且不会以0开头，该方法最后返回的是字符串类

# 随机生成长度为len的数字
def randomNumber(len):
    first = str(random.randint(1, 9))  # 第一位取非0数
    last = "".join(random.sample("1234567890", len - 1))  # 后几位随机拼接任意数字
    return first + last

特征码实际上是长度固定的随机码，特征码的程度保存在数据实体模块的code_len变量中，可以直接调用方法创建特征码，最好保持六位以上，这样才能降低特征码重复概率

3：校验时间格式

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


# 校验年月格式
def valid_year_month(str):
    try:
        datetime.datetime.strptime(str, "%Y-%m")
        return True
    except:
        return False


# 校验日期格式
def valid_date(date):
    try:
        datetime.datetime.strptime(date, "%Y-%m-%d")
        return True
    except:
        return False

二、IO流模块

io_tools.py是本程序的IO流工具模块，该模块提供了以下功能：

封装所有对文件的读写操作，包括加载员工信息，加载打卡记录，加载照片文件等等

文件自检功能

创建CSV文件

1：导入模块

from service import hr_service as hr
from entity import organizations as o
from service import recognize_service as rs
import os
import cv2
import numpy as np

2：全局变量

全局变量中保存了各个数据文件配置，包含文件路径，文件名和照片的宽和高

PATH = os.getcwd() + "\\data\\"  # 数据文件夹根目录
PIC_PATH = PATH + "faces\\"  # 照片文件夹
DATA_FILE = PATH + "employee_data.txt"  # 员工信息文件
WORK_TIME = PATH + "work_time.txt"  # 上下班时间配置文件
USER_PASSWORD = PATH + "user_password.txt"  # 管理员账号密码文件
RECORD_FILE = PATH + "lock_record.txt"  # 打卡记录文件

IMG_WIDTH = 640  # 图像的统一宽度
IMG_HEIGHT = 480  # 图像的统一高度

3：文件自检方法

为了防止用户误删数据文件而导致程序无法正常运行，该方法在程序启动时执行，然后自动检查所有数据文件的状态，如果发现丢失文件，就会自动创建新的空数据文件。

# 自检，检查默认文件缺失
def checking_data_files():
    if not os.path.exists(PATH):
        os.mkdir(PATH)
        print("数据文件夹丢失，已重新创建：" + PATH)
    if not os.path.exists(PIC_PATH):
        os.mkdir(PIC_PATH)
        print("照片文件夹丢失，已重新创建：" + PIC_PATH)
    sample1 = PIC_PATH + "1000000000.png"  # 样本1文件路径
    if not os.path.exists(sample1):
        sample_img_1 = np.zeros((IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH, 3), np.uint8)  # 创建一个空内容图像
        sample_img_1[:, :, 0] = 255  # 改为纯蓝图像
        cv2.imwrite(sample1, sample_img_1)  # 保存此图像
        print("默认样本1已补充")
    sample2 = PIC_PATH + "2000000000.png"  # 样本2文件路径
    if not os.path.exists(sample2):
        sample_img_2 = np.zeros((IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH, 3), np.uint8)  # 创建一个空内容图像
        sample_img_2[:, :, 1] = 255  # 改为纯蓝图像
        cv2.imwrite(sample2, sample_img_2)  # 保存此图像
        print("默认样本2已补充")
    if not os.path.exists(DATA_FILE):
        open(DATA_FILE, "a+")  # 附加读写方式打开文件，达到创建空文件目的
        print("员工信息文件丢失，已重新创建：" + DATA_FILE)
    if not os.path.exists(RECORD_FILE):
        open(RECORD_FILE, "a+")  # 附加读写方式打开文件，达到创建空文件目的
        print("打卡记录文件丢失，已重新创建：" + RECORD_FILE)
    if not os.path.exists(USER_PASSWORD):
        file = open(USER_PASSWORD, "a+", encoding="utf-8")  # 附加读写方式打开文件，达到创建空文件目的
        user = dict()
        user["mr"] = "mrsoft"
        file.write(str(user))  # 将默认管理员账号密码写入到文件中
        file.close()  # 关闭文件
        print("管理员账号密码文件丢失，已重新创建：" + RECORD_FILE)
    if not os.path.exists(WORK_TIME):
        file = open(WORK_TIME, "a+", encoding="utf-8")  # 附加读写方式打开文件，达到创建空文件目的
        file.write("09:00:00/17:00:00")  # 将默认时间写入到文件中
        file.close()  # 关闭文件
        print("上下班时间配置文件丢失，已重新创建：" + RECORD_FILE)

4：从文件中加载数据

本系统中的所有数据都保存在文本文件中，当程序启动时需要加载所有数据，包括员工信息，员工打卡记录和员工照片

def load_employee_info():
    max_id = 1  # 最大员工ID
    file = open(DATA_FILE, "r", encoding="utf-8")  # 打开文件，只读
    for line in file.readlines():  # 遍历文件中的行内容
        id, name, code = line.rstrip().split(",")  # 去除换行符，并分割字符串信息
        o.add(o.Employee(id, name, code))  # 组织结构中添加员工信息
        if int(id) > max_id:  # 如果发现某员工的id更大
            max_id = int(id)  # 修改最大ID
    o.MAX_ID = max_id  # 记录最大ID
    file.close()  # 关闭文件


# 加载员工图像
def load_employee_pic():
    photos = list()  # 样本图像列表
    lables = list()  # 标签列表
    pics = os.listdir(PIC_PATH)  # 读取所有照片
    if len(pics) != 0:  # 如果照片文件不是空的
        for file_name in pics:  # 遍历所有图像文件
            code = file_name[0:o.CODE_LEN]  # 截取文件名开头的特征码
            photos.append(cv2.imread(PIC_PATH + file_name, 0))  # 以灰度图像的方式读取样本
            lables.append(int(code))  # 样本的特征码作为训练标签
        rs.train(photos, lables)  # 识别器训练样本
    else:  # 不存在任何照片
        print("Error >> 员工照片文件丢失，请重新启动程序并录入员工信息！")

5：将数据保存到文件中

既然有加载数据的方法，也就应该有保存数据的方法，当数据发生变化时，程序应该立刻将变化后的数据保存到本地硬盘上


# 将员工信息持久化
def save_employee_all():
    file = open(DATA_FILE, "w", encoding="utf-8")  # 打开员工信息文件，只写，覆盖
    info = ""  # 待写入的字符串
    for emp in o.EMPLOYEES:  # 遍历所有员工信息
        # 拼接员工信息
        info += str(emp.id) + "," + str(emp.name) + "," + str(emp.code) + "\n"
    file.write(info)  # 将这些员工信息写入到文件中
    file.close()  # 关闭文件

6：删除照片

该方法首先通过员工编号获取该员工的特征码，然后到照片文件夹中遍历所有文件，只要文件名以此员工的特征码开头，就将文件删除，删除后在控制台打印删除日志以提醒用户


# 删除指定员工的所有照片
def remove_pics(id):
    pics = os.listdir(PIC_PATH)  # 读取所有照片文件
    code = str(hr.get_code_with_id(id))  # 获取该员工的特征码
    for file_name in pics:  # 遍历文件
        if file_name.startswith(code):  # 如果文件名以特征码开头
            os.remove(PIC_PATH + file_name)  # 删除此文件
            print("删除照片：" + file_name)

7：生成CSV文件

考勤月报是一个内容非常多的报表，不适合在控制台中展示，但很适合生成Excel报表来展示，我们使用更简单的CSV文件来展示报表，Excel可以直接打开CSV文件

CSV文件实际上是一个文本文件，每一行文字都对应Excel中的一行内容，CSV文件将每一行文字内容用英文逗号分分隔，Excel根据这些英文逗号自动将文字内容分配到每一列中

# 生成csv文件，采用Windows默认的gbk编码
def create_CSV(file_name, text):
    file = open(PATH + file_name + ".csv", "w", encoding="gbk")  # 打开文件，只写，覆盖
    file.write(text)  # 将文本写入文件中
    file.close()  # 关闭文件
    print("已生成文件，请注意查看：" + PATH + file_name + ".csv")

三、摄像头工具模块

该模块提供以下功能：

开启摄像头打卡

开启摄像头为员工拍照

1：导入模块

import cv2
from util import public_tools as tool
from util import io_tools as io
from service import recognize_service as rs
from service import hr_service as hr

2：全局变量

ESC_KEY = 27  # Esc键的ASCII码
ENTER_KEY = 13  # Enter键的ASCII码

3：为新员工拍照

# 打开摄像头进行登记
def register(code):
    cameraCapture = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_DSHOW)  # 获得默认摄像头
    suc
cess, frame = cameraCapture.read()  # 读取一帧
    shooting_time = 0  # 拍摄次数
    while success:  # 如果读到有效帧数
        cv2.imshow("register", frame)  # 展示当前画面
        success, frame = cameraCapture.read()  # 再读一帧
        key = cv2.waitKey(1)  # 记录当前用户敲下的按键
        if key == ESC_KEY:  # 如果直接按ESC键
            break  # 停止循环
        if key == ENTER_KEY:  # 如果按Enter键
            # 将当前帧缩放成统一大小
            photo = cv2.resize(frame, (io.IMG_WIDTH, io.IMG_HEIGHT))
            # 拼接照片名：照片文件夹+特征码+随机数字+图片后缀
            img_name = io.PIC_PATH + str(code) + str(tool.randomNumber(8)) + ".png"
            cv2.imwrite(img_name, photo)  # 保存将图像
            shooting_time += 1  # 拍摄次数递增
            if shooting_time == 3:  # 如果拍完三张照片
                break  # 停止循环
    cv2.destroyAllWindows()  # 释放所有窗体
    cameraCapture.release()  # 释放摄像头
    io.load_employee_pic()  # 让人脸识别服务重新载入员工照片

4：开启摄像头打卡

def clock_in():
    cameraCapture = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_DSHOW)  # 获得默认摄像头
    success, frame = cameraCapture.read()  # 读取一帧
    while success and cv2.waitKey(1) == -1:  # 如果读到有效帧数
        cv2.imshow("check in", frame)  # 展示当前画面
        gary = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)  # 将彩色图片转为灰度图片
        if rs.found_face(gary):  # 如果屏幕中出现正面人脸
            gary = cv2.resize(gary, (io.IMG_WIDTH, io.IMG_HEIGHT))  # 将当前帧缩放成统一大小
            code = rs.recognise_face(gary)  # 识别图像
            if code != -1:  # 如果识别成功
                name = hr.get_name_with_code(code)  # 获取此特征码对应的员工
                if name != None:  # 如果返回的结果不是空的
                    cv2.destroyAllWindows()  # 释放所有窗体
                    cameraCapture.release()  # 释放摄像头
                    return name  # 返回打卡成功者的姓名
        success, frame = cameraCapture.read()  # 再读一帧
    cv2.destroyAllWindows()  # 释放所有窗体
    cameraCapture.release()  # 释放摄像头

/data/face/文件夹中员工照片文件

 Python OpenCV开发MR智能人脸识别打卡系统（三、工具模块设计）

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