基于ＰＣ機的指紋識別系統(tǒng)及在考勤系統(tǒng)中的應(yīng)用

[摘 要] 文中介紹了生物特征識別技術(shù)中的指紋識別技術(shù)的基本原理和指紋識別過程，通過選用LEGIC公司生產(chǎn)的CSM100K讀卡器、Bios crypt公司的V-PASS活體指紋識別器和COSON公司的ACM6800/ ACM6840系列門禁控制器，并與PC機組網(wǎng)形成的門禁控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了在考勤方面的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] PC機 活體指紋識別器 讀卡器 門禁控制器 考勤系統(tǒng)

生物特征識別技術(shù)是一種計算機識別技術(shù)，隨著計算機與信息技術(shù)的不斷發(fā)展，生物特征識別技術(shù)研究受到了廣泛的關(guān)注。生物特征識別是用生物體本身的生物特征來區(qū)分生物個體的計算機技術(shù)，它所研究的生物特征包括臉型、指紋、掌紋、虹膜、視網(wǎng)膜、聲音、體形、個人習(xí)慣等，相應(yīng)的識別技術(shù)包括虹膜識別技術(shù)、視網(wǎng)膜識別技術(shù) 、掌紋識別技術(shù)、面部識別技術(shù)、聲音識別技術(shù)、指紋識別技術(shù)等。本文介紹的指紋識別便是生物識別技術(shù)的一種，它相對其他識別系統(tǒng)(如虹膜、臉形)有很多優(yōu)越性。首先指紋具有不變性和惟一性，并且信號容易采集，識別算法已經(jīng)很成熟。所以指紋識別技術(shù)成為應(yīng)用最廣泛的識別技術(shù)。因此，采用指紋識別技術(shù)進行身份驗證是安全可靠的系統(tǒng)，它可以取代傳統(tǒng)的基于密碼、鑰匙和證件的安全系統(tǒng)，而且不需記憶密碼，無需攜帶證件，指紋就是身份證明。近年來，在世界范圍指紋識別技術(shù)的應(yīng)用以爆炸性速度增長，如上海正推行的社會保險指紋身份驗證系統(tǒng)，香港推行的指紋特征的電子身份證等，而且向更廣闊的領(lǐng)域開展應(yīng)用。下面介紹指紋識別技術(shù)在考勤系統(tǒng)中的應(yīng)用。

一、指紋識別系統(tǒng)的原理及組成

1.指紋的特征

指紋的特征系指手指表面由交替的“脊”(ridges)和“溝”（valleys）組成的平滑紋理模式，其形成取決于胚胎中形成手指表皮部分的初始環(huán)境，有很強的隨機性，一經(jīng)形成又呈現(xiàn)不變性和惟一性。每個指紋都有幾個獨一無二、可測量的特征點，每個特征點都有大約5個～7個特征，我們的十個手指產(chǎn)生最少4900個獨立可測量的特征，這足以說明指紋識別是一個更加可靠的鑒別方式。在實際應(yīng)用中，我們定義了指紋的兩類特征來進行指紋的驗證，即：總體特征和局部特征?？傮w特征是指那些用肉眼直接就可以觀察到的特征，包括：紋形、模式區(qū)、核心點、三角點和紋數(shù)等。一般將指紋紋型分為三大類——環(huán)型又稱斗形、弓形和螺旋形。

局部特征是指指紋上節(jié)點的特征，這些具有某種特征的節(jié)點稱為細(xì)節(jié)特征或特征點。兩枚指紋經(jīng)常會具有相同的總體特征，但它們的細(xì)節(jié)特征，卻不可能完全相同。指紋紋路并不是連續(xù)的、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或轉(zhuǎn)折。這些斷點、分叉點和轉(zhuǎn)折點就稱為“特征點”，就是這些特征點提供了指紋惟一性的確認(rèn)信息，英國學(xué)者E.R.Herry認(rèn)為，只要比對13個特征點重合，就可以確認(rèn)為是同一個指紋。

2.指紋識別過程

指紋識別分指紋登記和指紋識別兩個過程：

一開始，通過指紋讀取設(shè)備讀取人體指紋的圖像，取到指紋圖像之后，對原始圖像進行預(yù)處理，使之更清晰。然后由指紋辨識軟件建立指紋的數(shù)字表示特征數(shù)據(jù)，并作為模板保存在數(shù)據(jù)庫或其他指定的地方。

接下來進入指紋識別或驗證階段，首先要采集指紋并進行預(yù)處理，然后計算機系統(tǒng)自動進行特征提取，提取后的待驗特征將通過計算機與數(shù)據(jù)庫中的模板進行模糊比對，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結(jié)果。

3.指紋采集的幾種技術(shù)和特點

指紋采集主要通過指紋采集器進行，目前常用的指紋采集器主要使用的有三種采集技術(shù)，即：光學(xué)全反射技術(shù)、硅晶體電容傳感技術(shù)、超聲波掃描技術(shù)。其中由光學(xué)全反射技術(shù)制成的光學(xué)指紋采集器是最早的指紋采集器，是使用最為普遍的。

三種采集技術(shù)制成的采集器比較：

二、指紋識別技術(shù)在考勤系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.硬件設(shè)備選型

指紋識別技術(shù)在考勤系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計中，我們采用了IC卡和指紋雙認(rèn)證措施，智能讀卡器選用的是LEGIC公司生產(chǎn)的CSM100K讀卡器。其主要特點如下：

●讀感距離 7cm～10cm；

●輸出格式 Wiegand26Bit、Wiegand32Bit Wiegand26Bit；

●工作頻率 13.56MHZ；

●讀卡時間 ≤3 ms/Byte。

指紋識別器選用的是Bios crypt公司的V-PASS活體指紋識別器。該指紋識別器采用嵌入式指紋識別屏，必須先檢測手指的體溫、體電阻、體血流振動三個要素，如果三者都符合才會開始檢測指紋。另外其具有標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)接口（韋根26位），可直接與ACM6820/ACM6840門禁控制器相連接。

其主要特點如下：

●注冊時間:不到3秒；

●驗證時間:不到1秒，100個用戶；

●認(rèn)假率(FAR）:0.10％；

●拒真率(FRR）:0.10％；

●指紋模板數(shù):最優(yōu)為100個(最多200個) ；

●待機電流:0.2安培＠12伏特；

●工作電流:0.25安培＠12伏特；

●電壓:7至24伏直流；

●V-PASS記錄尺寸：350BETY/指紋。

本系統(tǒng)在設(shè)計時還考慮了門禁控制問題，選用了COSON公司的ACM6800/ ACM6840系列門禁控制器。該門禁控制器主要適用于網(wǎng)絡(luò)型及超大網(wǎng)絡(luò)型門禁控制系統(tǒng)，具有4個單向門或2個雙向門， 4組標(biāo)準(zhǔn)RJ45讀卡器輸入端口； 4組標(biāo)準(zhǔn)門狀態(tài)輸入端子，4組出門請求按鈕輸入端子， 8組12V/DC有源/無源輸出端子:4組門鎖控制輸出，4組擴展輸出。可以通過RS485輕易與PC機組網(wǎng)。

2.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)除具有智能讀卡、指紋識別、出門按鈕功能外，還增加了語音提示功能，以便在讀卡中進行提示。用戶可通過卡、指紋雙認(rèn)證識別，當(dāng)用戶刷卡后，為合法卡，系統(tǒng)語音提示用戶驗證指紋，如卡未授權(quán)，系統(tǒng)等待用戶再次刷卡；當(dāng)系統(tǒng)語音提示用戶驗證指紋時，用戶驗證指紋合法后，系統(tǒng)語音提示歡迎光臨或用戶自定義的語音；當(dāng)用戶首先驗證指紋時，系統(tǒng)語音會提示用戶驗證卡，當(dāng)用戶驗證為卡合法卡后，系統(tǒng)語音提示歡迎光臨或用戶自定義的語音；如卡未通過驗證，系統(tǒng)等待用戶再次刷卡，如在系統(tǒng)規(guī)定的時間內(nèi)未完成驗證，則該次認(rèn)證失效，須重新進行卡、指紋雙認(rèn)證識別。

3.軟件設(shè)計

在指紋識別時，由于受到各種因素的影響，采集到的指紋圖像是一幅含噪音較多的灰度圖像。需要先對此圖像進行預(yù)處理。指紋圖像預(yù)處理是指對采集到的低質(zhì)量指紋圖像依據(jù)一定的算法和處理過程使其紋線結(jié)構(gòu)清晰化。盡量突出和保留固有的特征信息而避免產(chǎn)生偽特征信息。指紋圖像預(yù)處理是指紋自動識別過程中的第一步，它的好壞直接影響著指紋自動識別系統(tǒng)的效果。圖像預(yù)處理包括濾波、二值化、細(xì)化和去噪。另外，在指紋采集中要求易于使用、運行可靠、用戶不必?fù)?dān)心指紋的放置位置，為此我們在識別算法中，考慮到支持360度旋轉(zhuǎn)和殘缺的指紋，用戶只需輕輕的按上手指而無須擔(dān)心是否位置合適或只按壓了一部份。對于手指的壓感、旋轉(zhuǎn)、質(zhì)量，以及采集頭的灰塵和薄霧，系統(tǒng)都能很好地解決。

4.指紋門禁演示

本系統(tǒng)在江西省科技館指紋門禁演示中，演示點共設(shè) 5 處。通過演示發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能完成設(shè)計的各項功能，系統(tǒng)運行可靠、性能良好。具體演示流程如下：

(1)將門禁控制器的232串口線連接上PC機串口，運行門禁管理軟件，在密碼處輸入：system;

(2)進入門禁軟件，選擇用戶/卡片庫;

(3)點擊增加批次，將卡片的區(qū)號和卡號以及要增加的數(shù)量對應(yīng)輸入，然后點擊入庫;

(4)進入用戶/用戶資料，點擊新增用戶輸入相關(guān)信息后確定;

(5)雙擊用戶列表上的用戶資料編輯權(quán)限，點擊選擇門，全選確定該用戶就為合法用戶;

(6)將指紋機通訊串口線連接好PC機串口，運行指紋管理軟件Friedman點擊工具欄最左邊指紋按鈕Template Manager開始錄入指紋;

(7)點擊quick enroll，進入指紋錄入框在template ID處輸入一個有效的ID號（就是門禁系統(tǒng)提前錄入的卡號）點擊Enroll將手指放在一號指紋機上（一號指紋機為錄入機）確定指紋后按Accept;

(8)選擇錄入指紋時對應(yīng)的手指，點擊Save保存，該指紋在一號指紋機上便為合法;

(9)如果要讓該指紋在其他的2至6號指紋機上也合法，選擇要下發(fā)的指紋，點擊Unit to Unit，再選擇要下發(fā)指紋的指紋機序號，點擊start transfer，該指紋便在所有的指紋機生效。

參考文獻:

張立民:安全自動化.2003年第52期

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文