基于指紋識(shí)別技術(shù)的高校學(xué)生日?？记谙到y(tǒng)

杜海舟，張 超，周 平，施政一，李永斌，殷衛(wèi)紅

(上海電力學(xué)院a.計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，b.教務(wù)處，上海 200090)

在高校的教學(xué)和學(xué)生工作管理中，考勤是一項(xiàng)重要的內(nèi)容.目前，教師對(duì)于上課考勤及學(xué)生考試的身份認(rèn)證主要采用人工登記的方法.傳統(tǒng)的點(diǎn)名考勤方法存在許多弊端，比如:占用課堂時(shí)間、浪費(fèi)教師精力，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不方便，代替考勤等.有關(guān)部門(mén)對(duì)全校的考勤統(tǒng)計(jì)不但工作量大，容易出錯(cuò)，而且不能及時(shí)公布學(xué)生當(dāng)天的考勤情況.

在信息技術(shù)越來(lái)越發(fā)達(dá)的情況下，結(jié)合高校已有的校園網(wǎng)建設(shè)，運(yùn)用生物識(shí)別技術(shù)、指紋識(shí)別設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)軟件管理，開(kāi)發(fā)基于指紋識(shí)別的學(xué)生日常考勤系統(tǒng)將會(huì)給教師的日常工作帶來(lái)很大的便利.

本考勤系統(tǒng)旨在為教師提供更加高效的處理考勤的方法，使得教學(xué)能夠比較順利地進(jìn)行，不會(huì)再因?yàn)榭记诘确彪s事務(wù)影響課堂教學(xué)，既減輕了教師工作量，也減少了對(duì)學(xué)生聽(tīng)課的影響.

1 指紋識(shí)別技術(shù)

指紋識(shí)別屬于生物特征識(shí)別的一種，是通過(guò)采集指紋圖像進(jìn)行匹配識(shí)別，確定或確認(rèn)指紋所有人身份的生物特征識(shí)別技術(shù).其基本原理是通過(guò)取像設(shè)備讀取指紋圖像，然后用計(jì)算機(jī)識(shí)別軟件提取指紋的特征數(shù)據(jù)，最后通過(guò)匹配算法獲得識(shí)別結(jié)果［1］.

相對(duì)于其他的生理特征，指紋的唯一性、不易丟失和終身不變等特點(diǎn)使指紋識(shí)別在國(guó)家安全、門(mén)禁系統(tǒng)、考勤制度、身份管理等領(lǐng)域起著鑒定和記錄身份的作用.因此，采用指紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)行身份驗(yàn)證的系統(tǒng)安全可靠，它可以取代傳統(tǒng)的基于密碼、鑰匙和證件的安全系統(tǒng).近年來(lái)，指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用以爆炸性速度增長(zhǎng)，如上海的社會(huì)保險(xiǎn)指紋身份驗(yàn)證系統(tǒng)和香港推行的具有指紋特征的電子身份證等.

指紋識(shí)別技術(shù)主要涉及指紋圖像采集、指紋圖像處理、特征提取、保存數(shù)據(jù)，以及特征值的比對(duì)與匹配等過(guò)程.

人們對(duì)自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了大量研究，ISENOR DK等人提出了一種基于圖像對(duì)兩幅指紋進(jìn)行匹配的方法［2］.HRECHAK A K等人運(yùn)用結(jié)構(gòu)匹配進(jìn)行指紋識(shí)別［3］.目前最常用的方法是運(yùn)用FBI細(xì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)模型進(jìn)行細(xì)節(jié)匹配.它利用脊線末梢與脊線分叉點(diǎn)這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)作為特征來(lái)進(jìn)行指紋識(shí)別.通過(guò)將特征點(diǎn)表示為點(diǎn)模式，自動(dòng)指紋識(shí)別問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為點(diǎn)模式匹配(細(xì)節(jié)點(diǎn)匹配)問(wèn)題.

指紋識(shí)別技術(shù)，主要用于個(gè)人身份鑒定，可廣泛用于考勤、門(mén)禁控制、PC登錄認(rèn)證、私人數(shù)據(jù)安全、電子商務(wù)安全、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全、身份證件、信用卡、機(jī)場(chǎng)安全檢查，以及刑事偵破與罪犯緝捕等.

目前，我國(guó)已推出新一代指紋考勤系統(tǒng)、滾動(dòng)指紋采集系統(tǒng)等，并已得到一定程度的應(yīng)用［4］.特別是指紋考勤系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代先進(jìn)的管理思想，不僅解決了出勤問(wèn)題，也規(guī)范了上下班制度.考勤系統(tǒng)推向市場(chǎng)以來(lái)，在廣大用戶(hù)中產(chǎn)生了良好反響，認(rèn)為指紋考勤制度的推行，不僅建立了良好的上下班秩序，而且樹(shù)立了先進(jìn)的管理理念，解決了多年來(lái)采用其他考勤方式難以解決的問(wèn)題，大大顯示了指紋考勤系統(tǒng)的威力及其優(yōu)越性［5-8］.

2 高校指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本指紋考勤系統(tǒng)基于Windows XP操作平臺(tái)，采用SQL Server 2005關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，指紋采集終端采用深圳中控科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的U.are.U 4000型指紋儀套件及其提供的軟件開(kāi)發(fā)包.基于指紋識(shí)別技術(shù)的高校學(xué)生日?？记谙到y(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 高校指紋考勤結(jié)構(gòu)

指紋采集儀通過(guò)USB接口與指紋登記終端和驗(yàn)證控制臺(tái)相連，完成指紋的采集識(shí)別等工作.指紋登記終端從指紋儀獲得指紋并確定為對(duì)應(yīng)學(xué)生的指紋保存模板后，傳送到應(yīng)用服務(wù)器.驗(yàn)證控制臺(tái)從應(yīng)用服務(wù)器上讀取模板，從指紋儀獲得指紋并進(jìn)行對(duì)比后顯示結(jié)果，最后將結(jié)果保存到應(yīng)用服務(wù)器上.數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器除運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)外，還保存了指紋儀配置信息、學(xué)生信息、指紋檔案、考勤數(shù)據(jù)等.Web服務(wù)器主要對(duì)系統(tǒng)管理各功能模塊進(jìn)行管理、實(shí)現(xiàn)，以及應(yīng)用.而考勤服務(wù)程序則運(yùn)行在應(yīng)用服務(wù)器上，在應(yīng)用服務(wù)器中進(jìn)行活體指紋與學(xué)生指紋庫(kù)的比對(duì)并根據(jù)自定義考勤規(guī)則生成考勤記錄.整個(gè)指紋考勤系統(tǒng)支持TCP/IP通信方式，通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò)連接，方便查詢(xún)管理，使考勤管理自動(dòng)化成為現(xiàn)實(shí)，真正實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)紙化考勤.其中，每個(gè)教室的指紋采集程序負(fù)責(zé)日?？记跁r(shí)學(xué)生指紋的采集和驗(yàn)證工作.具體的系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程如圖2所示.

首先登錄系統(tǒng)并輸入管理員驗(yàn)證信息，通過(guò)后對(duì)指紋設(shè)備進(jìn)行初始化，并清除以前的注冊(cè)信息，保證硬件與軟件里的資料一致.當(dāng)學(xué)生上、下課時(shí)將手指按在指紋儀上，指紋儀可以連續(xù)采集多幅指紋圖像，并將其中的兩幅作為正式的指紋圖像和備份，之后添加時(shí)間戳傳送到驗(yàn)證控制臺(tái)，并進(jìn)行1∶N的比對(duì)，以確定學(xué)生身份.成功后顯示學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名，再根據(jù)考勤時(shí)間和課程等信息，得到該學(xué)生的考勤結(jié)果并保存到應(yīng)用服務(wù)器.如果比對(duì)失敗，則將指紋放入未識(shí)別指紋隊(duì)列中，待指紋隊(duì)列清空后，服務(wù)器再依次對(duì)未識(shí)別指紋隊(duì)列的指紋進(jìn)行1∶1的比對(duì).最后所有的統(tǒng)計(jì)信息將存入數(shù)據(jù)庫(kù)，教師可以將其導(dǎo)入至Excel表格中，也可以通過(guò)校園網(wǎng)直接將本次上課的出勤情況反映到教務(wù)處的考勤系統(tǒng)中，這樣可保證平時(shí)成績(jī)公平、準(zhǔn)確、自動(dòng)的生成，大大提高了考勤成績(jī)的準(zhǔn)確性.

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

2.2 系統(tǒng)主要功能

根據(jù)日常教師對(duì)課程出勤率的統(tǒng)計(jì)的實(shí)際需要，基于指紋識(shí)別技術(shù)的高校學(xué)生日?？记谙到y(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)以下7個(gè)功能:一是根據(jù)每門(mén)課的上課時(shí)間、地點(diǎn)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，例如課前15 min至上課之后5 min對(duì)本次課程的學(xué)生進(jìn)行指紋考勤;二是將考勤情況分為出勤、遲到和曠課3類(lèi);三是為了防止出現(xiàn)逃課等情況，學(xué)生上課和下課的時(shí)候均需按指紋儀;四是將課程相關(guān)信息通過(guò)管理員權(quán)限錄入數(shù)據(jù)庫(kù);五是系統(tǒng)能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)學(xué)生考勤信息，包括某一門(mén)課程某一天的考勤情況，以及某門(mén)課在某學(xué)期的考勤情況，并生成相應(yīng)的圖表;六是所有考勤信息都可以導(dǎo)入至Excel表格，方便存檔記錄及打印;七是教師可以通過(guò)錄入系統(tǒng)，獲取所教課程的考勤信息及更為直觀的圖形統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)教學(xué)工作及學(xué)生考試資格的判定有準(zhǔn)確、可靠、公正的依據(jù).此外，還可提供與高校教務(wù)系統(tǒng)的接口，并可根據(jù)課程情況自動(dòng)生成較為公平、準(zhǔn)確的平時(shí)成績(jī).

根據(jù)系統(tǒng)的主要功能，將整個(gè)系統(tǒng)分為系統(tǒng)管理、用戶(hù)數(shù)據(jù)管理、考勤情況統(tǒng)計(jì)、管理員管理4個(gè)模塊，并根據(jù)登錄系統(tǒng)中不同用戶(hù)的權(quán)限來(lái)限制用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)功能的使用權(quán)限.其具體模塊如圖3所示.

本系統(tǒng)用戶(hù)可分為兩類(lèi):一是系統(tǒng)管理員;二是任課教師.系統(tǒng)管理員主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)適用對(duì)象信息的管理和錄入、課程考勤情況的統(tǒng)計(jì)及管理員的添加、刪除及修改密碼等操作.任課老師主要負(fù)責(zé)考勤工作，并享有查看自己所授課程學(xué)生考勤情況的操作權(quán)利.

圖3 系統(tǒng)模塊

2.3 系統(tǒng)主要模塊的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 用戶(hù)登錄模塊

用戶(hù)登錄模塊的核心功能是在用戶(hù)登錄成功后，對(duì)登錄用戶(hù)的操作權(quán)限進(jìn)行判斷，從而分配系統(tǒng)所提供給該用戶(hù)組權(quán)限操作的系統(tǒng)功能.

在數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶(hù)列表中，系統(tǒng)權(quán)限分為兩類(lèi):權(quán)限值為“0”的是系統(tǒng)管理員權(quán)限，具備對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作并對(duì)所有用戶(hù)進(jìn)行設(shè)置的權(quán)限;權(quán)限值為“1”的是任課教師的權(quán)限，具備登錄系統(tǒng)，進(jìn)行一系列有關(guān)考勤事宜的操作，并包括查看最終考勤情況等權(quán)限.

2.3.2 指紋錄入模塊

指紋錄入模塊主要是通過(guò)指紋識(shí)別設(shè)備套件中軟件開(kāi)發(fā)包的組件ZKFPEngX Control的觸發(fā)事件來(lái)進(jìn)行錄入的.指紋設(shè)備初始化進(jìn)入工作狀態(tài)(IsRegister=True)后，調(diào)用BeginEnroll使其處于登記指紋狀態(tài)，調(diào)用BeginCapture事件使識(shí)別設(shè)備處于指紋驗(yàn)證狀態(tài).

2.3.3 指紋考勤模塊

指紋驗(yàn)證時(shí)，按壓手指后會(huì)觸發(fā)OnCapture事件和 OnCaptureToFile事件，此時(shí)通過(guò)調(diào)用VerFinger函數(shù)或IdentificationInFPCacheDB函數(shù)進(jìn)行1∶1或1∶N的比對(duì).若按壓手指的指紋模板質(zhì)量不合格，則本次取像無(wú)效，需要重新按壓手指.當(dāng)學(xué)生按壓指紋識(shí)別設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)將把該學(xué)生的考勤信息顯示在界面上，并顯示一個(gè)代表考勤成功的笑臉圖像，笑臉會(huì)持續(xù)顯示5 s.當(dāng)下一位學(xué)生考勤時(shí)，顯示的考勤基本信息也將隨之更改.當(dāng)點(diǎn)擊關(guān)閉監(jiān)聽(tīng)按鈕，系統(tǒng)會(huì)彈出“監(jiān)聽(tīng)已關(guān)閉”提示信息，然后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在后臺(tái)將本次課程中沒(méi)有進(jìn)行指紋考勤的學(xué)生視為曠課處理，最后將這些曠課信息添加到數(shù)據(jù)庫(kù)中.

2.3.4 考勤記錄統(tǒng)計(jì)模塊

考勤記錄統(tǒng)計(jì)模塊包括統(tǒng)計(jì)缺勤、遲到次數(shù)，以及將考勤數(shù)據(jù)導(dǎo)入至Excel等3個(gè)功能.其中，統(tǒng)計(jì)缺勤和遲到可通過(guò)查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)考勤記錄表得到.例如:當(dāng)考勤記錄表中Status屬性值為“1”時(shí)，該記錄表示為“遲到”;當(dāng)考勤記錄表中Status屬性值為“2”時(shí)，該記錄表示“曠課”;當(dāng)考勤記錄表中Status屬性值為“0”時(shí)，該記錄表示“正常上課”.

2.3.5 學(xué)生信息管理模塊

學(xué)生信息管理模塊包含添加學(xué)生、刪除學(xué)生指紋，以及指紋錄入3個(gè)功能.添加學(xué)生是將學(xué)生信息逐個(gè)輸入或者批量導(dǎo)入;刪除指紋是將數(shù)據(jù)庫(kù)中指紋表的學(xué)生的指紋刪除，如果數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有該學(xué)生指紋，系統(tǒng)將給出提示;指紋錄入就是將學(xué)生指紋錄入考勤系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù).

3 結(jié)語(yǔ)

基于指紋識(shí)別技術(shù)的高校學(xué)生日?？记谙到y(tǒng)已在上海電力學(xué)院2009級(jí)的兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行了試運(yùn)行，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足要求.運(yùn)行結(jié)果顯示，本方案所提供的指紋考勤系統(tǒng)無(wú)論在考勤速度還是在準(zhǔn)確性上都達(dá)到了要求，各功能模塊也都能正常工作，為考核學(xué)生的平時(shí)成績(jī)提供了公平、準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù).另外，如何完善系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析功能還需作進(jìn)一步的研究.

［1］JAIN A，LIN Hong，BOLLE R.On-line fingerprint verification［J］.IEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，1997(4):302-314.

［2］段少雄，田捷，李恒華.高效指紋考勤系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)工程，2003，29(9):37-38.

［3］周廣杰，范欽滿(mǎn)，趙志國(guó).指紋點(diǎn)名系統(tǒng)在高校教學(xué)管理中的應(yīng)用［J］.科教文匯，2009(27):64-65.

［4］張帆，楊凌云.高校網(wǎng)絡(luò)指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.信息技術(shù)，2010(3):137-138.

［5］曹麗婷，楊榮，陳旌.自動(dòng)指紋考勤管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2005(8):10-12.

［6］劉靈麗，李麗娟.指紋圖像預(yù)處理和特征提?。跩］.計(jì)算機(jī)工程，2006，32(16):190-192.

［7］孫林森，吳小培，項(xiàng)明.一種有效的指紋圖像預(yù)處理方法［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2009(2):133-136.

［8］童曉陽(yáng)，王培林.基于復(fù)合生物識(shí)別的出入門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2007(2):117-119.