基于指紋識(shí)別的智能門(mén)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳長(zhǎng)生

摘要：該文著重介紹智能樓宇門(mén)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案：該系統(tǒng)是基于指紋識(shí)別的，既安全，又方便，而且還易于管理，相比傳統(tǒng)的技術(shù)手段更加便捷，安全等級(jí)系數(shù)更高，降低了無(wú)法進(jìn)入的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

關(guān)鍵詞：指紋識(shí)別；指紋匹配；指紋提??；門(mén)控

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）22-0143-02

1 概述

隨著我國(guó)城市化的加速，入戶(hù)安全問(wèn)題愈發(fā)突出，而一套安全智能的門(mén)控系統(tǒng)能極大地提高業(yè)主的安全感。門(mén)控系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展而同步迅速發(fā)展起來(lái)的，屬于現(xiàn)代安防系統(tǒng)中的重要一環(huán)。它可以用來(lái)對(duì)出入口進(jìn)行管控，不僅可以用在家庭安防，也可以用于公司單位的有效管理。

門(mén)控系統(tǒng)作為第一道安全屏障，其重要意義不言而喻。而隨著現(xiàn)代生物仿真技術(shù)的突飛猛進(jìn)，門(mén)控系統(tǒng)也得到了極大改善，在傳統(tǒng)密碼、鑰匙等基礎(chǔ)上升級(jí)到采用面部識(shí)別、指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別等生物技術(shù)來(lái)進(jìn)行入戶(hù)管理，由于采用了生物特征，從而極大地提高了用戶(hù)的體驗(yàn)，省去了攜帶鑰匙、卡片等物品的麻煩，因而使門(mén)控系統(tǒng)得到廣泛推廣。

在眾多生物識(shí)別技術(shù)中，指紋識(shí)別是最為方便和廉價(jià)的一種方式，既滿(mǎn)足了不可復(fù)制性，提高了安全性，又能有效地完成入戶(hù)驗(yàn)證，在功能上完全和那些復(fù)雜的入戶(hù)驗(yàn)證方式相媲美。對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，也降低了成本，提高了便捷度。

2 指紋識(shí)別原理

指紋識(shí)別系統(tǒng)是整個(gè)智能門(mén)控系統(tǒng)的中樞系統(tǒng)，及時(shí)有效準(zhǔn)確的識(shí)別指紋，是提高用戶(hù)體驗(yàn)的主要方面。指紋識(shí)別主要包括四個(gè)過(guò)程：獲取指紋，對(duì)指紋進(jìn)行預(yù)處理，提取指紋的特征點(diǎn)信息和匹配指紋。簡(jiǎn)單得說(shuō)就是要通過(guò)指紋儀來(lái)捕獲指紋，并且濾除其中的噪聲信息，并且提取出其中的特征點(diǎn)信息，并存儲(chǔ)到指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備檢索之用，當(dāng)有用戶(hù)錄入指紋時(shí)，則需要把提取出的特征點(diǎn)信息和指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而判斷出用戶(hù)的權(quán)限。

2.1 獲取指紋

顧名思義，獲取指紋是整個(gè)指紋識(shí)別過(guò)程的第一步。采集指紋可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)的指紋采集儀來(lái)完成。它可以采用劃擦式或按壓式來(lái)采集指紋，也可以根據(jù)光電、壓力、溫度、超聲波等方式來(lái)捕獲指紋，更有甚者，可以直接通過(guò)掃描儀或者數(shù)碼相機(jī)來(lái)捕獲指紋。

完成初步采集的指紋信息數(shù)據(jù)量非常大，為了便于儲(chǔ)存，必須要采用一些方式進(jìn)行壓縮，包括無(wú)損壓縮和有損壓縮，如JPEG等。壓縮后可以存入指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，以備他時(shí)檢索。

完成初步采集的指紋還要進(jìn)行進(jìn)一步處理，例如對(duì)指紋的方向性、指紋圖像質(zhì)量、指紋頻率等信息要進(jìn)行預(yù)處理?？梢圆捎锰囟ǖ乃惴▽?duì)原始指紋圖像進(jìn)行處理，消除噪聲和偽特征，凸顯出指紋的紋線(xiàn)結(jié)構(gòu)，從而可以提高指紋圖像的質(zhì)量，對(duì)指紋識(shí)別起到極其重要的作用。

2.2 預(yù)處理

在采集指紋的過(guò)程中，由于各種原因會(huì)給采集到的指紋圖像引入噪聲，比如斷點(diǎn)等。這些噪聲的存在對(duì)于提取指紋的特征信息來(lái)講是嚴(yán)重的干擾，甚至?xí)?dǎo)致出現(xiàn)偽特征點(diǎn)。正是因?yàn)檫@樣，就需要對(duì)初步采集到的指紋圖像進(jìn)行濾波，消除干擾噪聲，提高信噪比。完成濾波后，就得到指紋的灰度圖，此時(shí)還不能得到準(zhǔn)確全面的特征點(diǎn)，需要對(duì)圖像進(jìn)行二值化，從而為后續(xù)處理打下基礎(chǔ)。對(duì)指紋圖像的預(yù)處理主要是完成對(duì)指紋圖像采集中參數(shù)的諸多噪聲進(jìn)行濾除，提高圖形的清晰度和銳度，提高獲取特征點(diǎn)的準(zhǔn)確率。

2.3 提取特征

指紋識(shí)別的核心工作就是提取指紋圖像的特征點(diǎn)信息。特征點(diǎn)包括三角點(diǎn)、中心點(diǎn)等信息。具體來(lái)講，就是從指紋圖像中獲取指紋紋線(xiàn)的起止點(diǎn)以及交叉點(diǎn)和匯合點(diǎn)等信息，信息的內(nèi)容包括特征點(diǎn)的坐標(biāo)、方向和類(lèi)型等數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)就是區(qū)分不同指紋的核心數(shù)據(jù)。

2.4 匹配指紋

智能門(mén)控的核心就是對(duì)指紋進(jìn)行識(shí)別和鑒權(quán)，因此首先要對(duì)指紋進(jìn)行檢索匹配。也就是把現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋的特征點(diǎn)信息和從數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到的指紋特征點(diǎn)信息進(jìn)行比較，相同則通過(guò)，否則拒絕。指紋的匹配只是宏觀(guān)匹配，具體還要根據(jù)指紋的細(xì)節(jié)進(jìn)行精密匹配，以得分的形式，判斷指紋的相似度。指紋匹配可以采用一對(duì)一的方式，也就是從指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到特定用戶(hù)的指紋和現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)點(diǎn)是只需要比較一次，方便快捷；也可以采用一對(duì)多的方式，也就是把現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋信息和指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有指紋信息進(jìn)行逐一比較，缺點(diǎn)是要比價(jià)的數(shù)據(jù)量大，效率較低。

3 門(mén)控系統(tǒng)

3.1 控制原理

顧名思義，指紋門(mén)控系統(tǒng)，指的是通過(guò)采集生物特征中的指紋信息，進(jìn)行身份驗(yàn)證和鑒權(quán)，控制訪(fǎng)問(wèn)許可的智能安防系統(tǒng)模塊。由于人體指紋的唯一性，因此該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出，例如，不可復(fù)制，不可替代等。由于不需要攜帶煩瑣的鑰匙或者各種智能卡，滿(mǎn)足了現(xiàn)代人類(lèi)的出行需求，提高了智能家居的體驗(yàn)感，是現(xiàn)代科技發(fā)展在人類(lèi)生活中的紅利。

它的主要工作過(guò)程是，先輸入指紋圖像，然后遍歷數(shù)據(jù)庫(kù)，依次去檢查每條數(shù)據(jù)的指紋圖像與之是否匹配，若匹配成功，則在新窗口中顯示用戶(hù)資料：編碼、姓名、照片等信息；若匹配失敗，則彈出對(duì)話(huà)框，報(bào)告“未找到”，并且聯(lián)系管理員。

對(duì)應(yīng)框圖如下圖1指紋門(mén)控流程圖。

3.2 門(mén)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

完整的指紋識(shí)別門(mén)控系統(tǒng)主要包括軟硬件兩大部分。

軟件系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂。主要通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)人員和指紋信息管理、數(shù)據(jù)通信以及出入信息的日志管理等功能。而硬件系統(tǒng)主要完成用戶(hù)的指紋采集、指紋圖像的預(yù)處理和存儲(chǔ)，指紋觸發(fā)器等模塊，用以完成指紋信息從采集到存儲(chǔ)的全過(guò)程，為指紋識(shí)別準(zhǔn)備數(shù)據(jù)源或者現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

3.3 系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)流程主要包括以下幾個(gè)部分：

1） 登記

指的是用戶(hù)登記錄入本人信息，并確認(rèn)指紋類(lèi)型，之后錄入本人指紋信息到指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，以備他日比對(duì)。

2） 識(shí)別

指的是當(dāng)用戶(hù)把手指放到門(mén)控系統(tǒng)的指紋采集點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)器產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，通知控制器，由控制器發(fā)出采集指紋命令道指紋采集儀，采集到指紋后，經(jīng)過(guò)處理，提取出完整的指紋特征點(diǎn)信息，并與指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋進(jìn)行詳細(xì)比對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果發(fā)出控制信號(hào)給電控門(mén)鎖，并且把用戶(hù)的操作登記到日志中。

3） 監(jiān)控

指的是對(duì)用戶(hù)的所有操作進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)該系統(tǒng)可以查看完整的操作日志，為進(jìn)一步提高門(mén)禁服務(wù)質(zhì)量提供參考，同時(shí)，對(duì)于不良分子也是一種威懾。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于指紋信息的唯一性，采用指紋識(shí)別的智能門(mén)控系統(tǒng)具有較高的安全性，能夠?yàn)橛脩?hù)提供可靠便捷的門(mén)控服務(wù)。另外結(jié)合著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還可以通過(guò)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)的方式對(duì)門(mén)控系統(tǒng)進(jìn)行視頻或者聲音、圖像的監(jiān)控。由于指紋門(mén)控系統(tǒng)不需要配置鑰匙或者智能卡等鑒權(quán)工具，因此運(yùn)作成本較低，極大地方便了用戶(hù)，因此在生活中，得到了廣泛應(yīng)用。

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