基于指紋識別的學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)

1、摘要隨著計算機的普及和發(fā)展、社會經(jīng)濟的不斷進步,各個單位對管理質(zhì)量的要求越來越高,一個經(jīng)濟、高效的考勤管理系統(tǒng)在企事業(yè)單位完善信息化管理方面起著至關(guān)重要的作用。目前,指紋自動識別技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛,校園一卡通、數(shù)據(jù)加密、解密、指紋準考證等系列的應(yīng)用也日趨成熟,為高校教育教學(xué)管理和教職員工日常管理提供了有效的手段。指紋識別技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景,指紋宿舍管理系統(tǒng)就是該技術(shù)的一個應(yīng)用實例?，F(xiàn)在,比較先進的指紋管理系統(tǒng)主要采用的技術(shù)是用計算機識別軟件提取指紋的特征數(shù)據(jù),然后通過匹配識別算法得到識別結(jié)果,從而確定指紋所有人的身份生物特征。本文所研究的高校公寓管理系統(tǒng)采用的是指紋識別技術(shù)作為

2、考勤方式。本文先概述了本課題的選題背景,介紹了指紋識別的相關(guān)知識以及指紋識別流程,再重點分析了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫的設(shè)計以及各模塊的功能,最后結(jié)合我們學(xué)校實際情況,設(shè)計并實現(xiàn)了基于指紋識別的高?？记诠芾硐到y(tǒng)。本系統(tǒng)通過指紋采集、指紋簽到實現(xiàn)宿舍管理,使我院學(xué)生的宿舍管理更加快捷、簡便、公開、公正。系統(tǒng)能夠方便地完成考勤管理功能,使管理自動化成為現(xiàn)實。關(guān)鍵詞:指紋識別；考勤管理；數(shù)據(jù)庫設(shè)計AbstractWith the popularity of computer and development of social and economic advances in the managemen

3、t of the various units have become increasingly demanding quality, an economic and efficient attendance management system in enterprises improve information management plays a vital role. Currently automated fingerprint identification technology applications in education are increasingly widespread,

4、 campus card, data encryption, decryption, fingerprints and other family admission ticket applications are increasingly sophisticated higher education for the daily management of teaching management and staff to provide an effective means. Fingerprint recognition technology has wide application pros

5、pect. Fingerprint attendance management system is an application of the technology. Now, more advanced time and attendance system was to use computer features fingerprint recognition software extracts data, and then be identified by matching recognition results to determine identities for all biomet

6、ric fingerprint identification technology.Universities studied in this paper is the attendance management system using fingerprint recognition technology as a way of attendance. This article first outlines the research background of this issue, introduced the relevant knowledge and fingerprint recog

7、nition fingerprint identification process, then focus on the analysis of system architecture, database design and function of each module, last, the actual situation of our school, design and Implementation of University-based fingerprint attendance management system. The staff of the fingerprint sy

8、stem used as a medium for us to fingerprint, fingerprinting attendance, attendance management, and system-generated time and attendance reports, so that our hospital staff attendance management more efficient, simple, open and fair. System can easily complete the appraisal function, so that manageme

9、nt automation a reality.Key Words: Fingerprint Recognition; Work Attendance Management; Database Design1. 緒論1.1 基于指紋識別的宿舍管理系統(tǒng)的研究目的和意義1.1.1 基于指紋識別的宿舍管理系統(tǒng)的研究目的高等學(xué)校的后勤工作作為一項基礎(chǔ)性和保障性的工作,是高等教育事業(yè)中不可缺少的組成部分。隨著高校擴招和高校后勤社會化改革工作的進行,大部分高校也對現(xiàn)行后勤管理模式和運行機制進行改革,不再直接管理學(xué)生的“吃”、“住”等后勤工作,而是交由后勤發(fā)展公司等社會化單位負責(zé)。這樣在很大程度上解決了以前

10、高?！稗k社會”的弊端,使得高?？梢约芯ψズ媒虝斯ぷ?。但與此同時,管理部門也不能再像以前那樣隨時都能掌握學(xué)生的情況。據(jù)調(diào)查,各高校普遍存在著學(xué)生夜不歸宿、甚至在外租房居住等現(xiàn)象,在當(dāng)前社會治安環(huán)境比較復(fù)雜的情況下,這是個極大的安全隱患。高校公寓管理問題一直困擾著各高校后勤部門,尤其是對宿舍學(xué)生歸宿情況的察訪,一般都是宿舍管理人員或?qū)W生管理人員逐個房間排查,不僅費時費力,而在一定程度上影響學(xué)生休息,所以一般情況下很難經(jīng)常進行。學(xué)生歸宿情況的有效監(jiān)控是宿舍管理的重要組成部分,也是學(xué)生人身安全的重要保障。舊的管理思路和管理辦法已不能適應(yīng)當(dāng)前高校學(xué)生管理的新局面、新問題?；谥讣y識別的宿舍管理系

11、統(tǒng)是指在學(xué)生公寓的入口處安裝指紋考勤機,學(xué)生定時掃描指紋,經(jīng)校園網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行目刂剖疫M行集中管理監(jiān)控,采用計算機多任務(wù)的處理,通過對對象及通行時間等進行實時控制或設(shè)定程序控制的系統(tǒng)，從而達到加強學(xué)生宿舍管理,減少安全隱患,降低管理難度,提高工作效率,提升管理水平的目的。1.1.2 研究基于指紋識別的宿舍管理系統(tǒng)的意義現(xiàn)今的門禁技術(shù)主要有指紋技術(shù)、IC卡技術(shù)、磁卡技術(shù)、非接觸智能感應(yīng)IC卡技術(shù)等分類。然而,現(xiàn)有的基于射頻卡、身份號和口令的門禁系統(tǒng)卻只能在安全與方便徘徊,充分的安全從來沒有實現(xiàn)過,更高的安全性卻帶來了使用的不方便性。由于人體具有不可復(fù)制的特點,可以阻止非授權(quán)訪問,因此人們把目光轉(zhuǎn)向

12、了生物識別技術(shù)。生物識別技術(shù)是利用人體生物特征進行身份證的一種技術(shù)。采用生物識別技術(shù)的宿舍管理系統(tǒng)不需要記住身份號或密碼,也不需要攜帶智能卡、鑰匙等工具。它利用人體唯一的終生不變的生物特征 ,結(jié)合計算機技術(shù)來進行身份驗證。指紋門禁系統(tǒng)是以用戶自身的手指指紋特征信息作為登記鑰匙,只需驗證指紋特征便可確認登記人的身份,并自動記錄登記人的身份以及日期時間,提供方便快捷的信息查詢手段?；谥讣y識別技術(shù)的宿舍管理系統(tǒng)通過將用戶的指紋特征與指紋特征數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比對實現(xiàn)用戶身份的鑒別,并不直接保存和使用用戶的指紋圖像信息,不會侵犯到用戶的隱私信息,是當(dāng)前技術(shù)最先進、應(yīng)用最廣泛的門禁系統(tǒng)?；谥讣y識別技

13、術(shù)的門禁系統(tǒng)適用于智能管理系統(tǒng)、銀行安全系統(tǒng)、醫(yī)院血液中心身份管理系統(tǒng)等高可靠性、高安全性的場所。除此之外,它還可廣泛應(yīng)用于任何需要安全性方面的領(lǐng)域,如:稅務(wù)、證券、計算機系統(tǒng)、核電站、身份證、公安、汽車、電話、會員制場所身份確認系統(tǒng)、智能認證管理系統(tǒng)(智能大樓、高級住宅門鈞、護照、罪案現(xiàn)場指紋認證、股民身份認證)等許多方面,它將取代原有的識別技術(shù)而成為二十一世紀識別技術(shù)應(yīng)用的最新發(fā)展趨勢,具有在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景和無比巨大的潛力。將指紋門禁技術(shù)于高校公寓,可以大大減少后勤和學(xué)生管理部門的管理人員的工作量,這樣不但可以解決學(xué)生管理部門人員不足問題,提高工作效率,同時也極大地降低了管理成本,

14、充分利用校園網(wǎng)資源,使高校公寓管理逐步走上科學(xué)化、規(guī)范化的。它作為一種現(xiàn)代化的安全管理設(shè)備,提高了高校公寓管理的效能。1.2 本課題研究的主要內(nèi)容基于指紋識別的高校公寓管理系統(tǒng)主要由指紋考勤管理、系統(tǒng)設(shè)置、公寓事務(wù)管理、宿舍事務(wù)中心和記錄查看等模塊組成,其中以指紋考勤管理模塊為研究重點。本課題計劃研究出一套利用人的活體指紋識別技術(shù)來完成對高校公寓住宿學(xué)生身份進行驗證的系統(tǒng),實現(xiàn)高校公寓管理基本功能的管理系統(tǒng)。首先,確定整個高校公寓管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。通過詳細的調(diào)查研究,結(jié)合當(dāng)今各種高校學(xué)生公寓管理模式存在的優(yōu)缺點以及筆者多年從事學(xué)生管理工作的切身體會和感受,設(shè)計出一種符合實際需要的門禁系統(tǒng)。同

15、時,分析指紋特征及指紋識別的基本原理,對當(dāng)今主要的指紋取像技術(shù)、設(shè)備及各自的優(yōu)缺點進行比較,從而確定出一種適合本系統(tǒng)的指紋取像設(shè)備。 其次,根據(jù)高校公寓管理系統(tǒng)的實際需求,完成整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)及安裝布局的設(shè)計,并完成對指紋門禁系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計。建立存儲指紋特征值數(shù)據(jù)庫,采集并存儲學(xué)生指紋信息。通過門禁系統(tǒng)管理軟件實現(xiàn)各級管理員用戶原始數(shù)據(jù)錄入、授權(quán)、客戶身份驗證等。 最后,完成對高校學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。硬件部分主要包括選擇適當(dāng)?shù)哪軌蚪尤敫咝Ｐ@網(wǎng)硬件設(shè)施的考勤機作為系統(tǒng)的考勤設(shè)備,充分利用高校的局域網(wǎng)資源,盡可能地降低系統(tǒng)的實施成本,以利于系統(tǒng)進一步的推廣應(yīng)用。1.3 本文組

16、織結(jié)構(gòu)本文共分六章。第一章緒論,介紹了本文的選題背景和意義、該技術(shù)的國內(nèi)外研究狀況,總體介紹了本文需要做的主要工作和目標。第二章基礎(chǔ)知識與相關(guān)技術(shù)簡介,介紹了指紋考勤系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識和相關(guān)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫的基本理論,主要論述了指紋考勤系統(tǒng)所涉及到的理論以及相關(guān)概念和定義。第三章系統(tǒng)的需求分析,分析了指紋考勤系統(tǒng)的需求,包括系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析、系統(tǒng)概述、功能模塊分析、系統(tǒng)角色與流程分析、系統(tǒng)用例分析和技術(shù)指標要求分析,以及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計要求。第四章系統(tǒng)的總體設(shè)計,介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案、具體的系統(tǒng)功能模塊設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案和系統(tǒng)硬件布局,明確了系統(tǒng)的基本流程規(guī)劃,提出了本系統(tǒng)的設(shè)計方案。第五章系統(tǒng)

17、的實現(xiàn),實現(xiàn)第三章的需求分析,介紹了數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)、各功能模塊的實現(xiàn)、指紋采集與系統(tǒng)通信的實現(xiàn),展示了系統(tǒng)的部分功能如網(wǎng)絡(luò)查詢是如何具體實現(xiàn)的。第六章測試,介紹了測試的相關(guān)知識,描述將系統(tǒng)的功能模塊集成在一起的過程以及系統(tǒng)結(jié)果。最后總結(jié)全文,說明該系統(tǒng)設(shè)計和研究的相關(guān)狀況以及存在的問題和不足,展望了下一步的研究方向和思路。2 指紋識別技術(shù)概述2.1 指紋識別技術(shù)介紹:指紋作為身份鑒定的手段具有悠久的歷史,在司法領(lǐng)域一致被尊稱為“物證之首”,其良好的穩(wěn)定性和惟一性使準確鑒定身份成為可能并已變成現(xiàn)實。許多研究機構(gòu)和公司推出了基于指紋識別的一些應(yīng)用系統(tǒng),如門禁管理系統(tǒng)和指紋考勤機等產(chǎn)品。另一方面,指紋

18、鑒定已經(jīng)被官方所接受并在法律界成為一種有效的身份鑒定手段,全球范圍內(nèi)都建立了指紋鑒定機構(gòu)以及罪犯指紋數(shù)據(jù)庫。指紋只是人體皮膚的一小部分,但用于識別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大,對這些數(shù)據(jù)進行比對也不是簡單的相等與不相等的問題,而是使用需要進行大量運算的模糊匹配算法?，F(xiàn)代電子集成制造技術(shù)可以制造相當(dāng)小的指紋圖像讀取設(shè)備,同時快速發(fā)展的個人計算機提供了在微機甚至單片機上可以進行兩個指紋的比對運算的可能。另外,匹配算法的可靠性也不斷提高,指紋識別技術(shù)已經(jīng)非常實用。指紋識別技術(shù)與其它模式識別技術(shù)一樣,并不是直接對指紋圖像進行識別,而是要從圖像中提取關(guān)鍵特征,對特征圖像進行識別匹配。從生理上看,紋路是手指皮膚的凸起的

19、部分(脊),紋路之間是凹下的部分(谷)。因此,理想的指紋圖像是一幅黑白相間的二值圖像。但是,由于指紋通常是用按壓的方式得到的,因此油墨不均勻、紙張不均勻、按壓的壓力不均勻、按壓的位置和方向不同、手指的狀況以及皮膚的變形等因素都會導(dǎo)致指紋圖像不理想。通過掃描儀或者攝像機進行數(shù)字化的時候,由于光照、環(huán)境等因素的影響,也會引入各種噪聲。這些因素都使得原始的指紋灰度圖像不能直接用來進行匹配與識別,因此有必要選擇合適的特征來描述指紋。一般使用指紋鑒定模塊完成對指紋的驗證與識別,訓(xùn)練模塊(指紋數(shù)據(jù)庫的建立)屬于前期性的準備工作,由圖1.1可以得出如下的指紋識別過程示意圖,包括采集指紋、圖像處理、提取特征和

20、指紋匹配四個模塊。圖1.1 指紋識別流程2.2 指紋圖像的獲取:指紋圖像獲取設(shè)備分為如下三類:光學(xué)取像設(shè)備、晶體傳感器和超聲波掃描。2.2.1 光學(xué)取像設(shè)備光學(xué)取像設(shè)備具有悠久的歷史,它的使用可以追溯到20世紀70年代。光學(xué)取像設(shè)備依據(jù)的是光的全反射原理FTIR1。光線照到壓有指紋的玻璃表面,反射光線由CCD獲得,反射光的量依賴于壓在玻璃表面上指紋的脊和谷的深度和皮膚與玻璃間的油脂和水份。光線經(jīng)玻璃射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全發(fā)射,光線被反射到CCD,而射向脊的光線不發(fā)生全反射,而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方,這樣就在CCD上形成了指紋的圖像。由于光學(xué)設(shè)備的革新,其體

21、積不斷變小,在90年代中期,傳感器可以裝在6×3×6英寸的盒子里,在不久的將來其體積可以減至3×1×1英寸。這些進展取決于多種光學(xué)技術(shù)的發(fā)展。例如可以把含有一微型三棱鏡矩陣的表面安裝在彈性的平面上,當(dāng)手指壓在此表面上時,由于脊和谷的壓力不同而改變了微型三棱鏡的表面,這些變化通過三棱鏡的反射而反映出來。2.2.2 晶體傳感器晶體傳感器有多種類型,最常見的硅電容傳感器通過電子度量計來捕捉指紋。在半導(dǎo)體金屬陣列上能結(jié)合大約100000個電容傳感器,其外面是絕緣的表面,當(dāng)用戶的手指放在上面時,皮膚組成了電容陣列的另一面。電容器的電容值由于導(dǎo)體間的距離不同而隨之發(fā)

22、生變化,這里指的是脊(近的)和谷(遠的)相對于另一極之間的距離。另一種晶體傳感器是壓感式的,其表面的頂層是具有彈性的壓感介質(zhì)材料,它們依照指紋的外表形狀(凹凸)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電子信號。其他的晶體傳感器還有溫度感應(yīng)傳感器,它通過感應(yīng)壓在設(shè)備上的脊和遠離設(shè)備的谷的溫度的不同就可以獲得指紋圖像。晶體傳感器技術(shù)最重要的弱點在于,它容易受到靜電的影響,這使得晶體傳感器有時可能取不到圖像,甚至?xí)粨p壞,另外,它并不像玻璃一樣耐磨損,從而影響了使用壽命。2.2.3 超聲波掃描超聲波掃描被認為是指紋取像技術(shù)中非常好的一種技術(shù)。超聲波首先掃描指紋的表面,緊接著,接收設(shè)備獲取了其反射信號,測量它的范圍,得到谷的深度

23、。與光學(xué)掃描不同,積累在皮膚上的臟物和油脂對超聲波獲得的圖像影響不大,所以這樣的圖像是實際指紋凹凸表面的真實反映,應(yīng)用起來更為方便。2.3 圖像預(yù)處理:指紋采集設(shè)備所獲得的原始圖像有很多噪聲,比如手指被弄臟,手指有刀傷、疤痕,手指干燥、濕潤或撕破等都會影響圖像的質(zhì)量。圖像預(yù)處理的目的是消除噪聲,增強脊和谷的對比度。一幅理想的指紋圖像是一幅二值化的黑白圖像,但想得到理想圖像卻并不容易。圖像預(yù)處理部分包括以下步驟:圖像分割、平滑處理、銳化圖像、圖像二值化、圖像修飾和細化，如圖2.1所示圖2.1 指紋圖像的預(yù)處理過程2.3.1 圖像分割將原始指紋圖像應(yīng)用一定的算法進行剪切分割,在基本不損失有用的指紋

24、信息的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個比原始圖像小的指紋圖像,這樣可以減少以后各步驟中所要處理的圖像的數(shù)據(jù)量。2.3.2 圖像平滑平滑的目的是消除原始圖像中的噪聲,應(yīng)用均值濾波器、中值濾波器等技術(shù)都可以達到平滑的目的。實踐中要根據(jù)具體的圖像選擇合適的濾波算子,濾波窗口的大小也要合適。2.3.3 圖像銳化銳化的目的是突出圖像中的邊緣信息、,增加脊和谷之間的對比度,以利于對圖像進行二值化處理。銳化處理的關(guān)鍵是選擇或設(shè)計合適的、相匹配的濾波算子,使之適用于圖像上所有的像元。依據(jù)每個像元所處的脊的局部走向,濾波算子應(yīng)增強在同一方向脊的走向,并且在同一位置,減弱任何不同于脊的方向,尤其是垂直于脊的方向。因為后者含有橫跨脊

25、的噪聲,所以其垂直于脊的局部方向上的那些不正確的“橋”會被濾波算子過濾掉。因此,合適的濾波算子可以恰到好處地確定并增強脊的局部走向。2.3.4 二值化處理圖像經(jīng)銳化處理后,其中的紋線(脊)部分得到了增強,不過脊的強度并不完全相同,表現(xiàn)為灰度值的差異。二值化的目的就是使脊的灰度值趨向一致,使整幅圖像簡化為二元信息:脊(0)和背景(1)。由于銳化后圖像的直方圖已呈現(xiàn)雙峰特征,因此可以應(yīng)用閩值法對其進行二值化處理,使一幅灰度圖像變成一幅二值圖像,圖像在灰度層次上從原始的256級(8-bits)降為2級(1-bits)。圖像二值化后,隨后的處理就會比較容易。2.3.5 圖像修飾指紋圖像經(jīng)過二值化后,由

26、于量化等原因,紋線(脊)邊緣凹凸不齊,受銳化的影響,畫面出現(xiàn)離散點,為使圖像整潔,邊緣圓滑,需要進行修飾處理。首先,定義八方向加權(quán)系數(shù),按逆時針八方向跟蹤原則,對紋線邊緣出現(xiàn)的“毛刺”及“凹溝”可分別從實驗中找出其存在的全部可能情況,并定義前一步走通時方向數(shù)為P,后一步走通時的方向數(shù)為Q,那么PQ,即由P與Q的關(guān)系可分出是“毛刺”還是“凹溝”。同理對于紋線邊緣出現(xiàn)的“小槍”,則由|Q-P|=3來判斷之,且依方向數(shù)的前后順序判別出是哪一種情況,并分別進行處理。用這種方法還可處理紋線邊緣的其他缺陷。另外,用適宜的高通和低通濾波模板還可以消除紋谷中的離散黑點和填補紋線中的空白點,以保持脊的連續(xù)性。如

27、令3×3模板中待處理的像素為X,若其鄰域的所有像素都為1(白),則X=1;若其鄰域的所有像素都為0(黑),則X=0。2.3.6 細化處理細化是將脊的寬度降為一個像元的寬度,因為我們所關(guān)心的不是脊的粗細,而是脊的有無,因此在不破壞圖像連通性的情況下必須去掉多余的信息。一個好的細化方法是保持原有脊的連續(xù)性,降低由于人為因素所造成的影響。一般可以采用半旋轉(zhuǎn)式的細化方法,抽取紋線骨架。每次分別從圖像的一角開始,沿上下左右四個方向掃描,去掉響應(yīng)脊的邊緣多余點,保留左、右、上、下的邊緣點。指紋圖像細化后,還可根據(jù)指紋的一般紋理規(guī)律,進行加工處理,如去掉無效的紋脊間的小橋及連接豁口等,還可采用人機

28、交互方式,對殘缺指紋進行人工修補。2.4 指紋的基本特征指紋識別系統(tǒng)中,通常采用全局和局部兩種層次的結(jié)構(gòu)特征。全局特征是指那些用肉眼直接就可以觀察到的特征,局部特征是指指紋紋路上的節(jié)點的特征,因為指紋紋路經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或打折,所以形成了許多節(jié)點。兩枚指紋可能具有相同的全局特征,但它們的局部特征卻不可能完全相同2。在考慮局部特征的情況下,英國學(xué)者E.R.Herry認為,只要比對13個特征點重合,就可以確認為是同一個指紋。2.4.1 總體特征點總體特征點用來描述指紋的總體紋路，它位于指紋的中心區(qū)域，并且用肉眼就能直接觀察到。它是指紋圖像中心點和三角點的總稱，多用于自動指紋識別系統(tǒng)中海量指紋數(shù)據(jù)

29、的分類及檢索。(1) 基本紋路圖案指紋的中心花紋和三角形區(qū)域構(gòu)成了指紋的基本紋型。指紋基本紋路圖案分為3大類，分別是環(huán)型(Loop)、弓型(Arch)、螺旋型(Whorl)。 環(huán)型（Loop）：指紋線從一個方向流向?qū)?，在中間逐漸向原方向轉(zhuǎn)回，再流回出發(fā)點。整個紋線組成了一個完整的環(huán)型。環(huán)型的兩側(cè)和上部有一個弓型紋線區(qū)包圍著中心花紋。 弓型（Arch）：指從一邊流向?qū)叄较虿蛔?，同時中間向上隆起，最后從對邊流出，這種紋線的特點是沒有中心點，紋線的流向平緩。 螺旋型（Whorl）：該種紋線的總體特征是紋線從中心出發(fā)向外呈螺旋狀擴展，形成一條連續(xù)的彎曲線。其上部與外圍由較多的弓型線包圍匯合形成兩

30、個以上三角點，這種指紋通常被定義為螺旋型紋。上述三種基本紋線在所有指紋中所占的比例分別為：螺旋型27.9%，環(huán)型 65.5%，弓型6.6%。這三種基本紋線構(gòu)成了形式各異的紋線圖案。通常這三種基本紋路被用于指紋的分類，以便于在指紋庫中快速定位。(2) 模式區(qū)(Pattern Area) 模式區(qū)是對總體特征而言的，即利用肉眼就能從該區(qū)域分辨出該指紋的歸類。利用該域能夠加快實現(xiàn)指紋的搜尋過程。很多識別算法就是利用該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)指紋的識別。(3) 核心點(Core Point) 核心點主要用于兩枚指紋比對時特征點的定位參考。該點一般位于指紋的中心漸近線。很多指紋識別算法是基于核心點的。 (4) 三角點(D

31、elta) 三角點主要用于紋線計數(shù)的跟蹤，一般將它作為開始點。從核心點出發(fā)，第一個端點或分叉點被定義為三角點。在具體應(yīng)用時，某些紋線的交匯點或孤立點也可作為三角點。(5) 紋數(shù)(Ridge Count) 紋數(shù)指的是模式區(qū)內(nèi)指紋紋線的數(shù)量。其計算方法是將指紋的核心點與三角點用線連起來，然后計算連線與所有紋線的交匯點的數(shù)量即為指紋的紋數(shù)。2.4.2 局部特征點通常情況下，指紋的局部紋路之間并不總是保持連續(xù)和平滑的，經(jīng)常會出現(xiàn)許多不同的轉(zhuǎn)折、斷點及分叉點等細微特征。這些局部特征被稱為細節(jié)特征點(Minutia Points)，它們提供了指紋唯一性的確認信息。細節(jié)特征點為實現(xiàn)指紋圖像的精確比對提供基礎(chǔ)

32、。 兩枚指紋的總體特征有可能相同，但就細節(jié)特征而言，二者卻不可能完全一致。正是這些局部特征點信息為指紋唯一性的確認提供了保障。指紋的局部特征點有 150多種，但很多特征點受輸入條件和指紋本身質(zhì)量的影響而出現(xiàn)的機率極低。美國國家標準測量局NIST(National Institute of Standards and Testing)將指紋特征分為端點、分叉點、符合點及未定義四類。而目前最常用的細節(jié)特征定義是美國 FBI(Federal Bureau of Investigation)提出的細節(jié)點坐標模型，它利用指紋圖像端點和分叉點坐標來驗證指紋。通常一副高質(zhì)量的指紋圖像中包含約7080個這樣的

33、細節(jié)特征點。除此之外，還包括分歧點、孤立點、環(huán)點與短紋。(1) 端點(Ending) 端點指的是一條紋路在此處終結(jié)。 (2) 分叉點(Bifurcation) 分叉點指在指紋圖像中一條紋線在某點擴展成為兩條或多條更多的紋線。(3) 分歧點(Ridge Divergence) 分歧點指的是指紋圖像中兩條平行的紋線在某點向兩個方向分開來。 (4) 孤立點(Dot or Island) 孤立點指紋線中那些長度特別短的紋線，給人的感覺就是一個點。 (5) 環(huán)點(Enclosure) 環(huán)點指一條紋線在某個位置分成兩條紋路分布，很快在另外一個位置又合并成一紋線，從而形成一個小環(huán)。 (6) 短紋(Short

34、 Ridge) 短紋指的是一端較短但不至于成為一點的紋路。2.4.3 特征提取在指紋識別系統(tǒng)中，特征指那些能唯一反映指紋本質(zhì)的信息。因此特征提取是指紋識別系統(tǒng)中所要重點研究的問題。指紋特征應(yīng)具有以下性質(zhì)：（1）保持指紋的唯一性；（2）易于匹配；（3）具有一定的魯棒性和不變性。 根據(jù)應(yīng)用場合的不同，指紋識別系統(tǒng)中關(guān)于特征提取的方法可分為兩大類：（1） 從原始指紋灰度圖像中提取特征點；（2） 從指紋細化后的紋線骨架中提取特征點，即基于細節(jié)點的特征提取。本文采用基于細節(jié)點的特征提取方法。 所謂特征提取是指從經(jīng)過預(yù)處理后的骨架紋線中把能夠唯一表示個體身份的端點、交叉點等特征信息表示出來。特征提取的結(jié)果

35、一般保存為指紋特征模板，它包括端點和分叉點的類型、位置坐標以及該特征的方向。一枚指紋包含的特征點有很多，但端點占的比例最大，其次是分叉點。重要的是利用這兩類細節(jié)點足以描述指紋的唯一性。因此很多文獻提出，比對指紋只需提取端點或分叉點即可。2.5.4 特征匹配 特征匹配是指紋識別系統(tǒng)的最后一步，將現(xiàn)場采集的指紋圖像與指紋模板庫中的指紋特征進行比對，最后根據(jù)比對的相似度來決定兩枚指紋是否來自同一個人。匹配過程是自動識別系統(tǒng)的核心操作，其匹配算法質(zhì)量的高低會直接影響識別的精確度。按照匹配的細節(jié)特征不同，匹配算法通常分為三類：一類是基于點的模式匹配，即基于細節(jié)特征點的匹配過程；另一類是基于指紋紋理特征的

36、匹配過程；第三類是基于圖的匹配過程。通常，基于細節(jié)點的匹配算法要優(yōu)于另外兩類。本文采用的是基于細節(jié)點的匹配算法。 特征匹配算法雖然有很多，但到目前為止還沒有一種匹配方法具有良好的性能。因此在實際應(yīng)用時，匹配過程沒有一個完美的解決方案。由于注冊與驗證兩次指紋的采集過程是在兩個不同的時空內(nèi)完成的，即使同一枚指紋，受諸如旋轉(zhuǎn)、平移、非線性形變及偽特征點增加等因素影響，最終所得的指紋特征點信息也不可能完全一致。因此，匹配結(jié)果通常用相似度來表示。當(dāng)相似度大于給定閥值時，表示匹配成功；否則，匹配失敗。2.6 指紋識別系統(tǒng)性能評價指標 自動指紋識別系統(tǒng)因其獨特的優(yōu)勢而得到用戶的認可，然而在實際應(yīng)用中它的可靠

37、性如何，這是用戶最關(guān)心的方面。這里介紹一下自動指紋識別系統(tǒng)的性能評價。 由于指紋特征本身的復(fù)雜性，因此自動指紋識別系統(tǒng)的性能評價是一項復(fù)雜的工作。其性能通常由可靠性、速度、魯棒性及費用等方面綜合評價。計算機在處理指紋圖像時，最終只提取了指紋的有限個特征點。另外，由于匹配過程也是一個模糊操作，其匹配結(jié)果取的是一個相似度，因此有了識別率的概念。指紋識別系統(tǒng)的識別率通常采用誤識率(FAR)和拒識率(FRR)兩個指標來衡量。誤識率指的是將來自不同個體的指紋判定為匹配的概率，若系統(tǒng)的誤識率較高，則會給非法入侵者提供更多的機會，誤識率越低越好；拒識率是指將合法用戶判定為不匹配的概率，若系統(tǒng)的拒識率較高，會

38、給用戶造成很多的不便，甚至造成對系統(tǒng)的不滿，拒識率越低越好。 指紋識別系統(tǒng)始終在追求低誤識率和低拒識率。但對于一個確定的識別系統(tǒng)來說，要使二者同時降低是不可能的，因為這兩個參數(shù)是互為矛盾的，一個參數(shù)的減小，必然導(dǎo)致另一個參數(shù)的增加。二者間的關(guān)系可以通過ROC (Receiver Operating Characteristic) 曲線來準確反映，圖2.2給出了 ROC 曲線示意圖。曲線上每個點都對應(yīng)了某系統(tǒng)在相應(yīng)閥值下的 FAR 和 FRR。在實際應(yīng)用中，人們經(jīng)常采用更為精確的描述系統(tǒng)性能的指標：等錯誤率(Equal Error Rate，EER)。該參數(shù)描述了識別系統(tǒng)中參數(shù) FAR 與 FR

39、R 取值相等的情況。對一個識別系統(tǒng)而言，等錯誤率越小，系統(tǒng)的準確性越高。顯然，圖示中系統(tǒng) A 的準確性優(yōu)于系統(tǒng) B。對于確定的指紋識別系統(tǒng)，要根據(jù)實際需要來調(diào)整誤識率和拒識率。例如，對于高度機密的場合，可以適當(dāng)調(diào)高拒識率，同時盡量減小誤識率；對于公安刑偵應(yīng)用，則應(yīng)盡量減小拒識率，以免遺漏罪犯；對于一般的民用領(lǐng)域，通常要兼顧誤識率和拒識率，選取折中的參數(shù)。圖2.2 ROC曲線示意圖2.7 指紋識別技術(shù)研究現(xiàn)狀指紋是人內(nèi)在的生物特征,不像其它外在的身份證物是公共機構(gòu)“強加”的。與平常的身份證件比起來,指紋具有不可丟失性、不可復(fù)制性、不可轉(zhuǎn)移性，隨身攜帶、天生防偽,可以說是“天然的身份證”。生物識別

40、技術(shù)的研究,有其不可替代的優(yōu)越性,幾十年來一直為各國的科學(xué)家和政府所關(guān)注。美、日、歐等國相繼投入大量的資金和科研人員加快此項技術(shù)的研究與應(yīng)用。目前在世界上許多公司和研究機構(gòu)都在指紋識別技術(shù)的研究中取得一些突破性進展,從而推出了許多新產(chǎn)品,這些產(chǎn)品己經(jīng)開始在很多領(lǐng)域得以運用。尤其是在信息化程度日益增強的今天,使用指紋來作為身份標識,更能提高社會活動的互信效應(yīng)。2.7.1 國外研究現(xiàn)狀2003年6月,聯(lián)合國國際民用航空組織公布了生物技術(shù)的應(yīng)用規(guī)劃。規(guī)劃提出,將在個人護照中加入生物特征(指紋識別、虹膜識別、面相識別)，并在進入各個國家的邊境時進行個人身份的確認。此規(guī)劃已在美國、歐盟、澳大利亞、日本、

41、韓國、南非等地區(qū)和國家通過,并在2004年底實施。國際航空組織的這項規(guī)劃表明,生物特征認證技術(shù)開始進入大規(guī)模應(yīng)用的階段。 美國是指紋識別產(chǎn)業(yè)的絕對領(lǐng)導(dǎo)者。美國受FBI長期以來對指紋識別應(yīng)用的推動影響,是全球最為成熟的指紋識別技術(shù)集結(jié)地。自動指紋識別系統(tǒng)AFIS就是美國FBI提出的。美國的指紋識別技術(shù)研究持續(xù)不斷的向前推動和發(fā)展著?，F(xiàn)有全球80%以上的指紋芯片廠商是在美國,70%以上指紋軟件系統(tǒng)提供商在美國,60%以上的指紋需求也在美國。美國有50個口岸安裝了生物識別通關(guān)系統(tǒng),其技術(shù)先進性、應(yīng)用先進性都是值得各國學(xué)習(xí)和參考的。還有美國警方使用的手持式指紋設(shè)備IBIS(The ldentifica

42、tion Based Information System),這種設(shè)備嵌入了無線技術(shù),使警方可以隨時隨地取指紋,并與相應(yīng)數(shù)據(jù)庫信息進行比對,將嫌疑犯確認時間縮短至3分鐘。英國是指紋科學(xué)的發(fā)源地。赫謝爾（W.Herschel）和福爾茨（Henry Fauldd）于1820年推動了指紋識別技術(shù)的科學(xué)化。英國內(nèi)政部在20世紀70年代開發(fā)指紋算法,構(gòu)建了指紋模糊搜索系統(tǒng)，20世紀90年代采用了AFIS系統(tǒng)。日本在20世紀60年代,由國家警察局借助美國的幫助,由NEC公司研制成功指紋識別系統(tǒng)。并在1982年實現(xiàn)了自動搜索。目前NEC是全球三家能夠提供先進警用AFIS系統(tǒng)的公司之一。日本由于有NEC、FU

43、JITSU、CASIO、ALPS等公司在芯片研究方面的優(yōu)勢,并且已經(jīng)推出多款指紋Sensor,所以日本有可能在產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用方案和指紋Sensor兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)占據(jù)重要地位。同時日本也是目前亞洲最大的指紋識別產(chǎn)品消費國,雖然日本生物識別產(chǎn)品銷售額不足1億美元,但年增幅達30-40%。未來會成為指紋技術(shù)提供大國和指紋產(chǎn)品消費大國。在日本,結(jié)合手機錢包付款機制,指紋手機已經(jīng)使用戶可以享受安全便利的消費行為。2.7.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀指紋在全球范圍被承認中國使用最早,6000年以前就有使用。但像中國的四大發(fā)明一樣,指紋也是我們使用最早但發(fā)展最慢的。當(dāng)20世紀初西方國家已經(jīng)建立了成熟的指紋識別系統(tǒng)并成功應(yīng)用

44、時,中國才于80年代初開始對指紋識別技術(shù)進行系統(tǒng)地研究。 自2000年起,指紋識別技術(shù)在中國的應(yīng)用發(fā)生了深刻的變化,逐漸成為IT產(chǎn)品領(lǐng)域和安防產(chǎn)品領(lǐng)域新生的技術(shù)力量。因為缺乏大規(guī)模集成電路設(shè)計與制造優(yōu)勢,中國還沒有在指紋傳感器上有所突破。所有目前采用的指紋傳感器,不論是光學(xué)的還是晶體的,幾乎都由美國等西方國家的廠商提供,中國也就不可能在產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)核心環(huán)節(jié)。中國的指紋識別算法單純從學(xué)術(shù)研究角度來看,并不顯得落后。在2002年FVC大賽上,有包括中科院自動所在內(nèi)的6家院所企業(yè)參加,而在2004年,參加FVC大賽的中國企業(yè)就增加到8家。中國擁有龐大的應(yīng)用開發(fā)隊伍,在指紋應(yīng)用方面,經(jīng)過努力必定能夠占

45、得一席之地。 目前,在國內(nèi)市場上也涌現(xiàn)出許多指紋識別產(chǎn)品,如中控公司的脫機指紋門禁產(chǎn)品Fingerscan V20和指紋考勤系統(tǒng),它的驗證時間為1秒,指紋特征大小為300字節(jié),記錄容量可緩存8000條記錄,通訊方式有RS485、RS232、TTL三種。在多臺考勤機聯(lián)網(wǎng)的情況下，用戶可以方便地在系統(tǒng)的任何一臺指紋讀取器上登記指紋,然后,用戶的指紋特征就可以自動傳送到其他的機器上。它可以全部使用RS485、低成本以太網(wǎng)或撥號調(diào)制解調(diào)器進行聯(lián)網(wǎng)。臺灣是世界IC制造基地。通過指紋傳感器的生產(chǎn),臺灣也認識到指紋識別產(chǎn)業(yè)的重大意義。在臺灣,圍繞指紋傳感器,已經(jīng)出現(xiàn)了像ABIG這樣比較成功的指紋應(yīng)用開發(fā)商。

46、臺灣的指紋產(chǎn)品廠商較多,憑借其強大的硬件設(shè)計和制造能力,立足臺灣面向全球提供指紋識別產(chǎn)品的臺灣本土企業(yè),有聯(lián)寶、峻星等;臺灣也有自己的指紋傳感器生產(chǎn)廠商LTT(祥群)。臺灣指紋識別產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也在一定程度上影響和推動了大陸指紋識別產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展。臺北市政府使用民政指紋便民系統(tǒng)。整合了指紋、臉型兩種識別技術(shù),民眾只要將指紋及臉型建檔之后,往后無論補領(lǐng)身份證、申領(lǐng)或閱覽戶籍本、補發(fā)戶口薄等,都不必帶身份證明文件。3 基于指紋識別的學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)總體設(shè)計本章對基于指紋識別技術(shù)的學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)進行總體規(guī)劃設(shè)計。首先分析宿舍管理系統(tǒng)的功能需求和信息需求，明確了設(shè)計思路。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計目標對系統(tǒng)的功能、

47、系統(tǒng)界面及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)做了詳細設(shè)計。3.1 系統(tǒng)需求分析信息資源已成為各個部門的重要財富和資源，建立一個滿足各級部門信息處理需要的信息系統(tǒng)，也一個企業(yè)或組織生存越來越重要的信息資源。長期以來，使用傳統(tǒng)人工的方法管理高校公寓，這種管理方式存在著許多缺點，如：效率低。而且時間一長，將產(chǎn)生大量的文件和數(shù)據(jù)，這對于查找、更新、維護都帶來了不少的困難。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，計算機科學(xué)日漸成熟，其強大的功能已為人們深刻認識，它已進入人類社會的各個領(lǐng)域并發(fā)揮越來越重要的作用3。學(xué)生公寓管理軟件，是以高校的管理方式為實例而設(shè)計的一種實用型管理軟件。本系統(tǒng)最大的特點是通用性、簡單操作性。隨著學(xué)校寄宿人員的增

48、多，公寓管理人員的負擔(dān)越來越重，為了讓所有公寓管理人員能從繁重的工作中解脫出來，實現(xiàn)無紙化辦公，使工作更有條理、更方便、更有效率，而開發(fā)出這套公寓管理軟件。針對目前高校公寓管理中存在的實際問題,為了提高公寓管理水平,高校公寓門禁系統(tǒng)應(yīng)兼有高校公寓的日常管理功能。系統(tǒng)能夠?qū)W(xué)生歸寢情況進行實時監(jiān)控與匯報,以便管理人員及時做出應(yīng)對措施。系統(tǒng)還應(yīng)具有較強的易用性和通用性。3.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計綜合現(xiàn)行的身份鑒別技術(shù)的優(yōu)缺點,決定在本系統(tǒng)中采用指紋識別技術(shù),使得學(xué)生身份的識別具有絕對的真實性4。根據(jù)需求分析,在大量調(diào)查研究工作的基礎(chǔ)上,針對目前多數(shù)高校公寓管理中存在的實際問題,進行歸納總結(jié)開發(fā)的“基

49、于指紋識別的學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)”,可以滿足用戶的要求,實現(xiàn)高校公寓的日常管理功能。該系統(tǒng)可以大大減少公寓管理的人力成本,提高公寓管理工作效率,提升公寓現(xiàn)代化管理水平,是高校公寓管理的全方位的解決方案。系統(tǒng)包括以下幾項主要功能: 系統(tǒng)設(shè)置、公寓管理、衛(wèi)生檢查、記錄查看、記錄刪除、值班記錄、幫助制作。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖運行圖如下：圖3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)運行圖3.2.1 系統(tǒng)設(shè)置:主要完成：用戶管理、公寓設(shè)置、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、退出的功能。用戶管理：可以進行管理人員的添加和修改以及刪除操作5。添加人員可以分為兩類普通用戶、管理員。可以視不同人員而添加。管理員擁有所有權(quán)力，對整個系統(tǒng)的操作。普通用戶只有瀏

50、覽及一些簡單的添加操作權(quán)力。無用戶設(shè)置、公寓設(shè)置及記錄刪除等權(quán)力。用戶管理的主界面如下圖3.2所示。圖3.2 人員管理主界面界面制作與實現(xiàn)方法：這個界面總體來說各個控件比較簡單，但是作為一個添加刪除管理員的操作，它已經(jīng)連接到了數(shù)據(jù)庫，與數(shù)據(jù)庫的yonghu表相聯(lián)。各個控件也與數(shù)據(jù)庫中表的字段綁定。在窗體初始化的時候要判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)庫表中是否有記錄，如果沒有記錄那么有些按鈕將會被設(shè)置成為失效狀態(tài)，否則會出現(xiàn)錯誤。設(shè)置代碼如下：Dim provider As StringDim datasource As Stringprovider = "provider=Microsoft.jet.o

51、ledb.4.0"datasource = "data source=" & App.Path & "DB.mdb"With Adodc1.Mode = adModeReadWrite.ConnectionString = provider & "" & datasource.CommandType = adCmdTable.RecordSource = "yonghu".RefreshEnd WithOption1.Enabled = FalseOption2.Enabl

52、ed = FalseIf Adodc1.Recordset.RecordCount = 0 ThenCommand2.Enabled = FalseCommand3.Enabled = FalseCommand5.Enabled = FalseCommand6.Enabled = FalseEnd IfText2.Text = Text3.Text上一條與下一條的功能一目了然，它們可以對當(dāng)前表進行上一條記錄或下一條記錄依次查看。當(dāng)找到記錄后，可以對其進行相對的刪除、修改等操作。上一條記錄與下一條的記錄在查看時有一個判斷。當(dāng)表中記錄移到最前面（BOF）或最后面（EOF）時，會把上一條或下一條其中

53、的一個按鈕的enable屬性設(shè)置為true。即不可以前查看或向后查看。上一條與下一條主要代碼如下：Adodc1.Recordset.MovePrevious '移動記錄Command6.Enabled = TrueIf Adodc1.Recordset.BOF Then Adodc1.Recordset.MoveFirst Command5.Enabled = FalseEnd IfAdodc1.Recordset.MoveNext '移動記錄Command5.Enabled = TrueIf Adodc1.Recordset.EOF Then Adodc1.Recordset

54、.MoveLast Command6.Enabled = FalseEnd If添加用戶可以添加使用該管理軟件的用戶。添加的時候可以選擇所添加人物的級別。軟件默認為兩個級別：管理員、普通用戶。管理員擁有對此軟件管理操作等一切的權(quán)力。普通用戶，只有普通的查看、查詢、備份、添加等權(quán)力。沒有對記錄刪除等權(quán)力。在添加用戶時你可以選擇一個且必須選擇一個。然后輸入此用戶的用戶名和密碼即可！添加用戶主要代碼：If Command1.Caption = "添加" ThenCommand2.Enabled = FalseCommand5.Enabled = FalseCommand6.Ena

55、bled = FalseCommand1.Caption = "確定"Command3.Caption = "取消"Adodc1.Recordset.AddNewOption1.Enabled = TrueOption2.Enabled = TrueText1.Enabled = TrueText2.Enabled = TrueText3.Enabled = TrueText2.Text = ""ElseIf Text1.Text = "" ThenMsgBox "用戶名不能為空！", 48,

56、"提示"ElseIf Text2.Text = "" ThenMsgBox "密碼不能為空！", 48, "提示"ElseIf Text2.Text <> Text3.Text ThenMsgBox "密碼兩次需一致！", 48, "提示"ElseIf Text4.Text = "" ThenMsgBox "請選擇所建用戶類型！", 48, "提示"ElseCommand2.Enabled = TrueC

57、ommand3.Enabled = TrueCommand5.Enabled = TrueCommand6.Enabled = TrueCommand3.Caption = "編輯"Command1.Caption = "添加"Adodc1.Recordset.UpdateText1.Enabled = FalseText2.Enabled = FalseText3.Enabled = FalseText4.Enabled = FalseOption1.Value = FalseOption2.Value = FalseOption1.Enabled = FalseOption2.Enabled = FalseEnd If刪除操作可以把當(dāng)前記錄刪除掉。一經(jīng)刪除即不可以在恢復(fù)。所以在操作前要想好。