基于PC机的指纹识别系统及在考勤系统中的应用

    生物特征识别技术是一种计算机识别技术，随着计算机与信息技术的不断发展，生物特征识别技术研究受到了广泛的关注。生物特征识别是用生物体本身的生物特征来区分生物个体的计算机技术，它所研究的生物特征包括脸型、指纹、掌纹、虹膜、视网膜、声音、体形、个人习惯等，相应的识别技术包括虹膜识别技术、视网膜识别技术 、掌纹识别技术、面部识别技术、声音识别技术、指纹识别技术等。本文介绍的指纹识别便是生物识别技术的一种，它相对其他识别系统(如虹膜、脸形)有很多优越性。首先指纹具有不变性和惟一性，并且信号容易采集，识别算法已经很成熟。所以指纹识别技术成为应用最广泛的识别技术。因此，采用指纹识别技术进行身份验证是安全可靠的系统，它可以取代传统的基于密码、钥匙和证件的安全系统，而且不需记忆密码，无需携带证件，指纹就是身份证明。近年来，在世界范围指纹识别技术的应用以爆炸性速度增长，如上海正推行的社会保险指纹身份验证系统，香港推行的指纹特征的电子身份证等,而且向更广阔的领域开展应用。下面介绍指纹识别技术在考勤系统中的应用。 

    一、指纹识别系统的原理及组成 

    1.指纹的特征 

    指纹的特征系指手指表面由交替的“脊”(ridges)和“沟”（valleys）组成的平滑纹理模式，其形成取决于胚胎中形成手指表皮部分的初始环境，有很强的随机性，一经形成又呈现不变性和惟一性。每个指纹都有几个独一无二、可测量的特征点，每个特征点都有大约5个～7个特征，我们的十个手指产生最少4900个独立可测量的特征，这足以说明指纹识别是一个更加可靠的鉴别方式。在实际应用中，我们定义了指纹的两类特征来进行指纹的验证，即：总体特征和局部特征。总体特征是指那些用肉眼直接就可以观察到的特征，包括：纹形、模式区、核心点、三角点和纹数等。一般将指纹纹型分为三大类——环型又称斗形、弓形和螺旋形。 

    局部特征是指指纹上节点的特征，这些具有某种特征的节点称为细节特征或特征点。两枚指纹经常会具有相同的总体特征，但它们的细节特征，却不可能完全相同。指纹纹路并不是连续的、平滑笔直的，而是经常出现中断、分叉或转折。这些断点、分叉点和转折点就称为“特征点”，就是这些特征点提供了指纹惟一性的确认信息，英国学者E.R.Herry认为，只要比对13个特征点重合，就可以确认为是同一个指纹。
 
    2.指纹识别过程 

    指纹识别分指纹登记和指纹识别两个过程： 

    一开始，通过指纹读取设备读取人体指纹的图像，取到指纹图像之后，对原始图像进行预处理，使之更清晰。然后由指纹辨识软件建立指纹的数字表示特征数据，并作为模板保存在数据库或其他指定的地方。 

    接下来进入指纹识别或验证阶段，首先要采集指纹并进行预处理，然后计算机系统自动进行特征提取，提取后的待验特征将通过计算机与数据库中的模板进行模糊比对，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。 

    3.指纹采集的几种技术和特点 

    指纹采集主要通过指纹采集器进行，目前常用的指纹采集器主要使用的有三种采集技术，即：光学全反射技术、硅晶体电容传感技术、超声波扫描技术。其中由光学全反射技术制成的光学指纹采集器是最早的指纹采集器，是使用最为普遍的。
 
    二、指纹识别技术在考勤系统中的应用 

    1.硬件设备选型 

    指纹识别技术在考勤系统中的应用设计中，我们采用了IC卡和指纹双认证措施，智能读卡器选用的是LEGIC公司生产的CSM100K读卡器。其主要特点如下： 

    ●读感距离 7cm～10cm；
    ●输出格式 Wiegand26Bit、Wiegand32Bit Wiegand26Bit；
    ●工作频率 13.56MHZ；
    ●读卡时间 ≤3 ms/Byte。
    指纹识别器选用的是Bios crypt公司的V-PASS活体指纹识别器。该指纹识别器采用嵌入式指纹识别屏，必须先检测手指的体温、体电阻、体血流振动三个要素，如果三者都符合才会开始检测指纹。另外其具有标准的工业接口（韦根26位），可直接与ACM6820/ACM6840门禁控制器相连接。 

    其主要特点如下：
    ●注册时间:不到3秒；
    ●验证时间:不到1秒，100个用户；
    ●认假率(FAR）:0.10％；
    ●拒真率(FRR）:0.10％；
    ●指纹模板数:最优为100个(最多200个) ；
    ●待机电流:0.2安培＠12伏特；
    ●工作电流:0.25安培＠12伏特；
    ●电压:7至24伏直流；
    ●V-PASS记录尺寸：350BETY/指纹。 

    本系统在设计时还考虑了门禁控制问题，选用了COSON公司的ACM6800/ ACM6840系列门禁控制器。该门禁控制器主要适用于网络型及超大网络型门禁控制系统，具有4个单向门或2个双向门， 4组标准RJ45读卡器输入端口； 4组标准门状态输入端子，4组出门请求按钮输入端子， 8组12V/DC有源/无源输出端子:4组门锁控制输出，4组扩展输出。可以通过RS485轻易与PC机组网。 

    2.系统硬件结构 

    系统硬件结构。该系统除具有智能读卡、指纹识别、出门按钮功能外，还增加了语音提示功能，以便在读卡中进行提示。用户可通过卡、指纹双认证识别，当用户刷卡后，为合法卡，系统语音提示用户验证指纹，如卡未授权，系统等待用户再次刷卡；当系统语音提示用户验证指纹时，用户验证指纹合法后，系统语音提示欢迎光临或用户自定义的语音；当用户首先验证指纹时，系统语音会提示用户验证卡，当用户验证为卡合法卡后，系统语音提示欢迎光临或用户自定义的语音；如卡未通过验证，系统等待用户再次刷卡，如在系统规定的时间内未完成验证，则该次认证失效，须重新进行卡、指纹双认证识别。 

    3.软件设计 

    在指纹识别时，由于受到各种因素的影响，采集到的指纹图像是一幅含噪音较多的灰度图像。需要先对此图像进行预处理。指纹图像预处理是指对采集到的低质量指纹图像依据一定的算法和处理过程使其纹线结构清晰化。尽量突出和保留固有的特征信息而避免产生伪特征信息。指纹图像预处理是指纹自动识别过程中的第一步，它的好坏直接影响着指纹自动识别系统的效果。图像预处理包括滤波、二值化、细化和去噪。另外，在指纹采集中要求易于使用、运行可靠、用户不必担心指纹的放置位置，为此我们在识别算法中，考虑到支持360度旋转和残缺的指纹，用户只需轻轻的按上手指而无须担心是否位置合适或只按压了一部份。对于手指的压感、旋转、质量，以及采集头的灰尘和薄雾，系统都能很好地解决。 

    4.指纹门禁演示 

    本系统在江西省科技馆指纹门禁演示中，演示点共设 5 处。通过演示发现该系统能完成设计的各项功能，系统运行可靠、性能良好。具体演示流程如下：
    (1)将门禁控制器的232串口线连接上PC机串口，运行门禁管理软件，在密码处输入：system;
    (2)进入门禁软件，选择用户/卡片库;
    (3)点击增加批次，将卡片的区号和卡号以及要增加的数量对应输入，然后点击入库;
    (4)进入用户/用户资料，点击新增用户输入相关信息后确定;
    (5)双击用户列表上的用户资料编辑权限，点击选择门，全选确定该用户就为合法用户;
    (6)将指纹机通讯串口线连接好PC机串口，运行指纹管理软件Friedman点击工具栏最左边指纹按钮Template Manager开始录入指纹;
    (7)点击quick enroll,进入指纹录入框在template ID处输入一个有效的ID号（就是门禁系统提前录入的卡号）点击Enroll将手指放在一号指纹机上（一号指纹机为录入机）确定指纹后按Accept;
    (8)选择录入指纹时对应的手指，点击Save保存，该指纹在一号指纹机上便为合法;
    (9)如果要让该指纹在其他的2至6号指纹机上也合法，选择要下发的指纹，点击Unit to Unit，再选择要下发指纹的指纹机序号，点击start transfer,该指纹便在所有的指纹机生效。