“一卡通”工程中指紋識別系統(tǒng)的應(yīng)用

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：荊淑霞，斯慶巴拉   人氣： 發(fā)表時間：2011年11月23日

    1、引言
 
    校園“一卡通”工程是數(shù)字化校園建設(shè)的重要組成部分和基礎(chǔ)工程。涉及到校園生活的各個方面。為全面地采集各類數(shù)據(jù)奠定了堅實、可靠的基礎(chǔ)。校園“一卡通”是指基于校園網(wǎng)，采用成熟、先進(jìn)的非接觸式IC卡(智能卡)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集而建成的校園個人數(shù)據(jù)管理應(yīng)用平臺。它綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、自動控制技術(shù)和IC卡技術(shù)。集證件管理、檔案管理、師生考勤、食堂管理、機房管理及其他多種服務(wù)功能于一體，真正實現(xiàn)了“一卡在手。走遍校園”。在傳統(tǒng)的“一卡通”系統(tǒng)中都使用IC卡加口令的方式進(jìn)行登錄。存在著口令難以記憶、易被破解等問題。隨著指紋識別技術(shù)的成熟和成本的下降，用戶身份的確認(rèn)更多的使用IC卡加指紋識別技術(shù)。

    2、生物識別
 
    生物識別。就是利用人體固有的生理特征或行為動作來進(jìn)行身份識別或驗證。要把人體的特征用于身份識別，這些特征必須具有唯一性和穩(wěn)定性 許多研究與經(jīng)驗證明人的指紋、掌紋、面孔、發(fā)音、虹膜、視網(wǎng)膜與骨架等都具有唯一性和穩(wěn)定性，即每個人的這些特征與別人是不同的。同時終生不變，可以據(jù)此識別出人的身份。目前。這些生物識別認(rèn)證的結(jié)果大多數(shù)不能作為法律上的證據(jù)。只有指紋和簽名識別被國家司法機關(guān)認(rèn)可。現(xiàn)有指紋識別技術(shù)是生物識別技術(shù)中的熱點。

    所謂指紋即指人的手指端皮膚的紋路。一個人的指紋絕少與另一個人的相同。而且指紋從人的出生之日就已經(jīng)定型，不會隨著年齡的增長而發(fā)生改變。早期的指紋識別是靠人的眼睛來實現(xiàn)的。這樣既對人的眼睛的要求較高，也因為各種客觀原因造成識別率的低下。由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展。模式識別算法的不斷完善。指紋識別的工作已經(jīng)完全可以交給計算機去自動完成。所以現(xiàn)在計算機各種信息管理系統(tǒng)中越來越多地采用指紋
識別系統(tǒng)來驗證人的身份。

    3、指紋自動識別技術(shù)

    指紋識別技術(shù)主要包括：讀取指紋圖像，指紋圖像預(yù)處理，指紋圖像特征提取。保存和比對。

    A、指紋圖像的獲取

    指紋圖像的捕獲采用特殊設(shè)計的電容傳感器及數(shù)字圖像處理器(Digital Image Proeessor)實現(xiàn)。電容傳感器可捕獲高分辨率的灰度圖像(500dpix256)并通過標(biāo)準(zhǔn)接口將視頻輸入到數(shù)字圖像處理器。另外還有一個圖像質(zhì)量控制的組件，使得在常規(guī)環(huán)境及光線很暗的情況下該傳感器都可以獲得高質(zhì)量的圖像。這為以下指紋圖像的特征提取、指紋匹配打下良好的基礎(chǔ)。

    B、指紋圖像的預(yù)處理

    通過電容傳感器獲得的圖像信息有很多噪聲。 主要是由于平時的工作和環(huán)境引起的。比如手指被弄臟，手指上有疤痕、濕潤或干燥等，因此要對原始圖像進(jìn)行預(yù)處理，主要包括：(1)去除噪聲(因手指臟污或濕潤造成指紋的圖像模糊)使之更清晰；(2)將獲得的指紋灰度圖像轉(zhuǎn)換成二值圖；(3)將前面兩步已經(jīng)處理過的圖像中指紋的紋線的寬度降到最小，使紋線更加清晰；(4)修復(fù)指紋圖像上的斷紋或粘紋

    C、提取指紋圖像特征

    經(jīng)過預(yù)處理后的指紋圖像通過相應(yīng)的處理算法自動提取指紋的全局特征和細(xì)節(jié)特征。全局特征是指可以用眼進(jìn)行觀察得到的特征。細(xì)節(jié)特征是指指紋上的節(jié)點，它是指紋識別的最基本特征依據(jù)。既使兩枚指紋具有相同的總體特征。但它們的細(xì)節(jié)特征一一節(jié)點卻不可能完全相同 就是這些節(jié)點提供了指紋唯一性的確認(rèn)信息。最后將提取的指紋特征存儲在數(shù)據(jù)庫中，以作為比對的依據(jù)。 

    4、數(shù)宇化校園系統(tǒng)中指紋識別技術(shù)的應(yīng)用

    校園“一卡通”以校園網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)。網(wǎng)上應(yīng)用系統(tǒng)作為依托。是實現(xiàn)校園信息化的牽頭環(huán)節(jié)。是構(gòu)筑“數(shù)字校園”的基礎(chǔ)，也是學(xué)校逐步走向數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)工程。校園“一卡通”的應(yīng)用系統(tǒng)包含系統(tǒng)管理、卡務(wù)管理、餐飲消費、超市消費、門禁管理、機房管理、教務(wù)管理、教室管理、考勤管理等子系統(tǒng)。通過讀取智能卡上的信息和用戶輸入的密碼進(jìn)行身份認(rèn)證。實現(xiàn)各種管理及服務(wù)功能，并可以代替現(xiàn)有的多種證
件。

    目前。實施“一卡通”工程的院校大多數(shù)采取讀入卡號、輸入密碼的方式進(jìn)行身份認(rèn)證。而密碼容易忘記或被別人破解，造成信息不安全。以學(xué)生注冊模塊為例。每學(xué)期開學(xué)初，學(xué)生要憑”學(xué)生證”到教務(wù)管理部門進(jìn)行注冊。采取讀卡加密碼的方式，會給學(xué)生管理帶來不便：如果某學(xué)生并未到校。但他將”學(xué)生證”交給了乙同學(xué)。并告知密碼，那么，乙同學(xué)就可以為其注冊。為了避免這些問題?，F(xiàn)在可以將指紋作為身份識別的依據(jù)。

    智能IC卡內(nèi)的集成電路包括中央處理器CPU、可編程只讀存儲器EEPROM、隨機存儲器RAM 和固化在只讀存儲器ROM中的卡內(nèi)操作系統(tǒng)COS(Chip Operating System)?？ㄖ袛?shù)據(jù)分為外部讀取和內(nèi)部處理部分。確?？ㄖ袛?shù)據(jù)安全可靠。 智能卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖l所示。 

 

圖1 智能卡結(jié)構(gòu)

    校園“一卡通”系統(tǒng)中自動指紋識別的應(yīng)用主要包括兩部分：(1)指紋信息的提取與存儲：(2)指紋的識別與匹配。

    (1)指紋信息的提取與存儲

    每一位用戶在使用校園網(wǎng)之前。如新生入學(xué)辦理入學(xué)手續(xù)時，卡務(wù)管理部門對其指紋進(jìn)行采樣。并存儲到發(fā)給他的IC卡中。指紋采集過程如圖2所示。

圖2：指紋信息的采集與存儲

    (2)指紋的識別與匹配

    目前大多數(shù)結(jié)合智能卡的指紋識別系統(tǒng)中。智能卡只作為一種存儲指紋模板的存儲設(shè)備，指紋識別過程完全在卡外執(zhí)行，該系統(tǒng)在執(zhí)行指紋匹配時需將存儲在卡內(nèi)的指紋模板釋放到外部的卡讀寫器中。勢必給系統(tǒng)的安全帶來隱患，為提高系統(tǒng)的安全水平，指紋的識別操作要求在卡內(nèi)處理器中進(jìn)行。但該系統(tǒng)在提高系統(tǒng)安全的同時也對指紋識別技術(shù)提出了新的要求。指紋識別模塊由指紋圖象提取單元、指紋特征提取單元、比較單元和模塊數(shù)據(jù)庫幾個部分組成，作為智能卡操作系統(tǒng)的一部 。在數(shù)字化校園的每一個應(yīng)用服務(wù)的客戶端。都要提供一個帶指紋掃描設(shè)備的讀卡器。將用戶的指紋進(jìn)行采樣。然后在智能卡中進(jìn)行指紋的匹配。匹配成功。說明用戶是該智能卡的合法使用者。身份認(rèn)證通過。發(fā)送給PC機一個信號，持卡人可以進(jìn)入校園網(wǎng)或進(jìn)行消費。
 
    指紋識別過程如圖3所示。

圖3：指紋信息的匹配過程

    5、結(jié)束語

    結(jié)合智能卡的指紋識別和IC卡加密碼識別身份的區(qū)別有兩個方面：首先在設(shè)施上。密碼識別需要有讀卡器和一個密碼輸入小鍵盤。而智能指紋識別系統(tǒng)中需要有一個帶指紋圖像掃描功能的讀卡器。該設(shè)備能將指紋圖像讀取處理后和IC卡中固化的指紋信息進(jìn)行匹配：再者管理的信息不同。密碼識別系統(tǒng)中需要數(shù)據(jù)庫中存儲每一位用戶的密碼。而在指紋識別系統(tǒng)中。IC卡中要存儲用戶的指紋數(shù)據(jù)，不需要用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行密碼的傳輸。只需在客戶端進(jìn)行身份認(rèn)證。將認(rèn)證的結(jié)果傳送給客戶端即可。減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸量，同時提高了系統(tǒng)的安全性。