基于指紋技術(shù)的校園管理系統(tǒng)

孫文匯 李翠敏

（青島工學(xué)院 山東 青島 66300）

0 前言

學(xué)?，F(xiàn)有全日制在校生及教職工過萬人，擁有教室、實(shí)驗(yàn)室170個(gè)，包括多媒體教室、計(jì)算機(jī)室、語音室、同聲傳譯室、外語視聽室、電子閱覽室等開放性實(shí)驗(yàn)室。教學(xué)、科研設(shè)備總價(jià)值6千多萬元。擁有2萬平方米的圖書館。校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋全校，擁有通識(shí)課程及專業(yè)課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。同時(shí)學(xué)校擁有將近3千平方米的含形體訓(xùn)練室、羽毛球、乒乓球、臺(tái)球等場地的體育館，建有8萬多平方米的標(biāo)準(zhǔn)學(xué)生公寓，1萬余平方米的學(xué)生食堂。

學(xué)校傳統(tǒng)校園管理模式都是刷卡、簽到，包括借閱卡、飯卡等，這就造成認(rèn)卡不認(rèn)人，而且學(xué)生的手中所持卡數(shù)越來越多，這在方便學(xué)生的同時(shí)也引人新的問題如無處可放、易丟失、易損壞等，本文設(shè)計(jì)的基于指紋識(shí)別的校園綜合管理系統(tǒng)，就是用學(xué)生的指紋替代現(xiàn)有的諸多卡，如餐卡、學(xué)生證、圖書證、考勤卡、商店購物卡等，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的有效管理，同時(shí)也使學(xué)生不必因手中卡多怕丟失而擔(dān)憂。而且現(xiàn)在的校園網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)遍布校園各個(gè)角落，完全能夠滿足校園的綜合管理。

1 指紋識(shí)別系統(tǒng)

1.1 指紋圖像的預(yù)處理

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，指紋采集器所采集的指紋圖像是一幅含有較多噪聲的灰度圖像，較強(qiáng)的噪聲勢必降低處理結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。從而影響系統(tǒng)的應(yīng)用，而預(yù)處理的目的，就是改善輸入指紋圖像的質(zhì)量，增強(qiáng)脊和谷的對比度，將它變成一幅清晰的點(diǎn)線圖，以便于進(jìn)行特征提取。在本文中采用的預(yù)處理過程包括圖像分割、增強(qiáng)濾波、細(xì)化、二值化，如圖1。

圖1 指紋識(shí)別系統(tǒng)核心算法

1.2 指紋圖像的分割

指紋圖像分割通常位于預(yù)處理的前端，其目的是把指紋圖像中質(zhì)量很差、在后續(xù)處理中很難恢復(fù)的圖像區(qū)域與有效區(qū)域分開來，使后續(xù)處理能夠集中于有效區(qū)域。分割處理不僅能提高特征提取的精確度，而且還能大大減小指紋預(yù)處理的時(shí)間，因此是指紋圖像處理中的重要組成部分。它不僅要求盡可能地去除無效區(qū)域，還要盡可能完整地保留有效區(qū)域，這就需要有較精確的分割算法。

1.3 指紋圖像的增強(qiáng)

指紋圖像的濾波增強(qiáng)是一個(gè)關(guān)鍵部分。在整個(gè)指紋算法處理的過程中，指紋圖像增強(qiáng)約占65%的時(shí)間，因此圖像增強(qiáng)效果將直接影響指紋特征提取分類及后續(xù)的識(shí)別率。同時(shí)指紋圖像的增強(qiáng)算法也將直接影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

1.4 指紋圖像的二值化及去噪

對指紋圖像進(jìn)行二值化處理以及去噪的目的是把灰度圖像分成0、1兩個(gè)灰度級(jí)的圖像，也就是前景點(diǎn)(指紋脊線)取1，背景點(diǎn)取0，從而將指紋脊線提取，因此對指紋圖像進(jìn)行二值化處理：一要進(jìn)行壓縮，即要留紋線的重要信息，又要節(jié)約存儲(chǔ)空間，便于后續(xù)存儲(chǔ)和處理；二要去除大量的粘連，以備指紋特征的提取和匹配。

1.5 細(xì)化

細(xì)化就是要?jiǎng)h除指紋紋線的邊緣像素，使之變成只有一個(gè)象素寬度，在細(xì)化過程要保證紋線的連接性、方向性、特征點(diǎn)不變，同時(shí)要保持紋線的中心基本不變，因此細(xì)化的好壞直接影響指紋識(shí)別的識(shí)別率。

1.6 指紋特征提取

指紋特征提取階段，提取指紋的細(xì)節(jié)點(diǎn)如：端點(diǎn)，分叉點(diǎn)，孤立點(diǎn)，及其特征點(diǎn)的X坐標(biāo)與Y坐標(biāo)，存放于三維數(shù)組D的數(shù)據(jù)集中。完成特征提取后，將提取的指紋特征數(shù)據(jù)與模版進(jìn)行一對一的匹配，從而輸出結(jié)果，它是我們驗(yàn)證系統(tǒng)的核心。

2 校園綜合管理系統(tǒng)

如圖2校園綜合管理系統(tǒng)框圖所示在校園服務(wù)器端建立一個(gè)終端指紋數(shù)據(jù)庫模塊，終端系統(tǒng)包括學(xué)校圖書館、電子閱覽室、開放實(shí)驗(yàn)室管理中心、上課宿舍考勤、餐廳等平常刷餐卡消費(fèi)場所等地。學(xué)生教職工到指定的指紋采集儀將采集到的指紋數(shù)據(jù)傳到指紋數(shù)據(jù)庫，在中央服務(wù)器進(jìn)行處理，建立該用戶相應(yīng)的信息庫，包括用戶基本情況、在校情況、消費(fèi)情況、借閱情況等信息，并將處理結(jié)果存入學(xué)校管理數(shù)據(jù)庫。

圖2 校園綜合管理系統(tǒng)的框圖

由于本系統(tǒng)是針對在校學(xué)生的綜合管理系統(tǒng)以及教職工的服務(wù)系統(tǒng)，因而對實(shí)時(shí)性要求較高，為提高指紋的處理以及識(shí)別速度，我們在建立系統(tǒng)時(shí)采取指紋與用戶ID相結(jié)合的形式。在終端系統(tǒng)。用戶輸入自己的ID號(hào)碼，同時(shí)采集自己的指紋信息，系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的ID號(hào)碼提取該用的基本信息，并將提取的指紋信息與數(shù)據(jù)庫中的指紋信息進(jìn)行比對，如果驗(yàn)證成功，證明是該用戶本人，則進(jìn)入相應(yīng)的管理系統(tǒng)；否則拒絕進(jìn)入。

在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，為方便學(xué)生以及教職工的記憶采取八位數(shù)的ID，為區(qū)分教職工與學(xué)生的區(qū)別，前四位采取0000代表教職工，中間兩位代表所在系部科室，后面兩位為教職工的編號(hào)；學(xué)生前兩位為年級(jí)，中間每兩位代表專業(yè)、班級(jí)，后面為學(xué)生的學(xué)號(hào)。

2.1 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)（終端發(fā)送）

在局域網(wǎng)絡(luò)的通信時(shí)，終端系統(tǒng)將獲得指紋特征值數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)包通過局域網(wǎng)發(fā)送給校園服務(wù)器，其數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如下:

ID+指紋特征數(shù)據(jù)+終端地址+請求類別+請求信息

例如在餐廳消費(fèi)，用戶只需輸入自己的ID的同時(shí)采集指紋信息，ID+指紋數(shù)據(jù)+終端系統(tǒng)將餐廳窗口編號(hào)+扣款請求+貨幣支付金額一起封裝成數(shù)據(jù)包并通過局域網(wǎng)發(fā)送至服務(wù)器，服務(wù)器在接收到信息后提取相應(yīng)的ID指紋信息與采集的指紋信息進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證成功后根據(jù)請求類別做出相應(yīng)的處理，當(dāng)處理完畢，則將該終端的地址及處理結(jié)果也封裝成數(shù)據(jù)包重新發(fā)送回該終端，顯示成功。此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的工作過程結(jié)束。

2.2 服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理流程

在服務(wù)器端首先根據(jù)用戶ID提取用戶指紋特征，與發(fā)送來的指紋特征進(jìn)行驗(yàn)證，通提取學(xué)生信息，處理請求信息，并將處理結(jié)果信息封裝發(fā)送回終端。在處理過程中如果發(fā)生驗(yàn)證不通過、提取信息錯(cuò)誤、處理信息錯(cuò)誤，封裝錯(cuò)誤信息進(jìn)行發(fā)送。

3 結(jié)束語

隨著識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，指紋采集器、數(shù)字處理器DSP的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，使得指紋識(shí)別技術(shù)會(huì)在校園中得到廣泛的使用，為大學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)帶來方便，同時(shí)也可以更好地保護(hù)個(gè)人的財(cái)產(chǎn)。

［1］柴曉光.民用指紋識(shí)別技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2004，5.

［2］楊碧玉.自動(dòng)指紋考勤管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與算法研究[D].華南理工大學(xué)，2006，1001：8-9.

［3］張?zhí)幂x，田捷，劉旭.基于DSP指紋識(shí)別核心算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所人工智能實(shí)驗(yàn)室，計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003，16.

［4］韓偉紅，黃子中，王志英.指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中的預(yù)處理技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，1997，34(12):913-9200.