1. 指紋門禁系統(tǒng)要解決的問題

目前，生物特征識別技術(shù)是一項(xiàng)屬高科技的較新的模式識別技術(shù)。它是指利用人自身的生理特征或行為特征如指紋、掌紋、虹膜或發(fā)聲等來進(jìn)行個體的身份識別。之所以依賴這些生物特征進(jìn)行身份識別，主要是從應(yīng)用系統(tǒng)的安全性角度考慮，因?yàn)檫@些特征具有個體的唯一性和長期穩(wěn)定性，幾乎不可能重復(fù)或仿制。其中，應(yīng)用較多、接受程度最廣、技術(shù)相對成熟的生物特征識別技術(shù)是指紋識別技術(shù)，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了部分指紋門禁、指紋門鎖之類的基于指紋識別技術(shù)的產(chǎn)品。

指紋門禁系統(tǒng)的核心是指紋識別算法在門禁或通道上的實(shí)現(xiàn)和相應(yīng)的配套管理系統(tǒng)的建立。

鑒于指紋的唯一性和穩(wěn)定性，現(xiàn)場指紋也是國際公認(rèn)的支持犯罪行為成立的證據(jù)之一。因此，可以將指紋作為樓宇出入人員最直接也是最有力的表示，實(shí)現(xiàn)金融機(jī)構(gòu)、智能住宅和辦公樓、高級賓館中門禁與通道的出入管理。系統(tǒng)配備中央處理系統(tǒng)，能很好的與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行人員進(jìn)出的統(tǒng)計(jì)管理，同時，也使用戶感覺更安全、更便捷。

具體地講，指紋門禁系統(tǒng)主要用以解決以下幾個方面的問題：

ⅰ.提升系統(tǒng)的安全性

相對以往的鑰匙、磁卡、IC卡、密碼等有可能被盜用、遺失、遺忘和復(fù)制等引起的不便，指紋不存在遺失的問題，而且?guī)缀醪豢赡苤貜?fù)和被復(fù)制，確定了進(jìn)出人員的唯一性和不可抵賴性，門禁系統(tǒng)可以按權(quán)限分級，但利用指紋信息可以追究責(zé)任到個人，確保了系統(tǒng)的安全性。

ⅱ.提高系統(tǒng)使用的便捷性

指紋隨身攜帶，完全可以不需要任何形式的密碼載體如IC卡或條形碼等，使用方便，不會丟失。辦公樓固定人員的指紋附加ID號（辦公室門牌號或個人專用出入號碼）可以快速有效的檢索和識別指紋。

ⅲ.有效統(tǒng)計(jì)進(jìn)出人員信息

可以在系統(tǒng)管理員的協(xié)助下查詢、統(tǒng)計(jì)辦公樓人員的進(jìn)出信息，如具體年月日內(nèi)何人何時捺印指紋到崗出勤。

ⅳ.完善訪客管理體制

對于來訪人員的管理也是辦公樓門禁系統(tǒng)要解決的一個問題。通過在服務(wù)器端管理軟件中增加相應(yīng)的“訪客備注與管理”功能模塊，使對來訪人員的管理更規(guī)范；同時，在指紋門禁前端（與指紋識別儀集成）設(shè)計(jì)相應(yīng)的訪客功能轉(zhuǎn)換鍵，一方面，訪客可以直播相應(yīng)待訪人員電話；另一方面門衛(wèi)也可以更快速的登記、確定來訪人員的身份，這也是本方案較有特色之處。

ⅴ.增強(qiáng)門禁系統(tǒng)自身防御體系

門禁系統(tǒng)管理部分設(shè)置黑名單模塊并附有相應(yīng)的報(bào)警裝置，對多次欲強(qiáng)行進(jìn)入系統(tǒng)者予以警告。

2. 指紋識別原理簡介

法國巴黎大學(xué)教授勃太柴氏把指紋的細(xì)節(jié)特征歸為四種，即起點(diǎn)、終點(diǎn)、分歧、結(jié)合。進(jìn)行指紋比對時，先將這四種特征提取出來并保存，把兩個指紋的特征點(diǎn)進(jìn)行比對，通過平移、旋轉(zhuǎn)和變比，當(dāng)重合的最大特征點(diǎn)大于一定數(shù)量時就可認(rèn)為兩個指紋是相同的。

實(shí)際比對時，將現(xiàn)場采集的指紋與已有的模板指紋特征點(diǎn)比對從而進(jìn)行判斷，原理框圖如下。

圖1 指紋識別原理框圖

圖像預(yù)處理又包括：指紋圖象質(zhì)量控制、紋型分類、計(jì)算方向場、圖象增強(qiáng)、二值化、細(xì)化及細(xì)節(jié)特征剪枝等環(huán)節(jié)。指紋比對過程中各階段圖象處理的效果如下：

原始指紋圖象 截圖尋找中心點(diǎn) 濾波處理 二值、細(xì)化和特征點(diǎn)提取

圖2 指紋比對過程圖象處理效果

圖2中，原始指紋圖象為240*320，256級灰度BMP圖象；指紋圖象的處理是根據(jù)指紋紋理特征建立的指紋方向場進(jìn)行的，最終提取出的指紋特征點(diǎn)為一矢量，其分量包括該點(diǎn)的直角坐標(biāo)和方向（該點(diǎn)指紋脊線的切線方向）。將現(xiàn)場指紋特征點(diǎn)集合與模板指紋特征點(diǎn)集合根據(jù)平移和旋轉(zhuǎn)變換下指紋結(jié)構(gòu)特征不變的原則進(jìn)行比對，通過設(shè)置相應(yīng)的比對門限判別比對結(jié)果。

3. 指紋門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作過程

目前，門禁系統(tǒng)有幾種選擇：是否需要指紋模板的載體如IC卡或條形碼，指紋比對是否在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)，還是在門禁前端實(shí)現(xiàn)？本方案不采用模板載體并在門禁前端（門鎖）完成比對，向服務(wù)器反饋比對結(jié)果。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況分析辦公樓指紋門禁系統(tǒng)的功能：白天，除了來訪人員處理子系統(tǒng)外，門禁系統(tǒng)主要是起到通道開關(guān)的功能；晚上，門禁系統(tǒng)除了通道開關(guān)控制的功能外，還起到屏蔽（封閉）辦公樓內(nèi)各部門的作用。

考慮門禁系統(tǒng)的工作效率和使用壽命，本方案采用下面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

指紋識別儀完成指紋的采集、圖像處理以及指紋比對并將結(jié)果送交給服務(wù)器，發(fā)出控制門禁開關(guān)的命令；通道控制設(shè)備是門禁系統(tǒng)的一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以采用三桿滾閘（類似三桿自動售票機(jī)）；門衛(wèi)處設(shè)置一個指紋采集儀和一個掃描儀。

指紋門禁系統(tǒng)主要的工作過程簡單介紹如下;

1.      白天工作時間，樓內(nèi)工作人員欲進(jìn)入辦公樓的管理：

上面提到，此時門禁系統(tǒng)主要起到通道開關(guān)作用，故而采用“簡易門”――通道控制設(shè)備作為門禁系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)使用壽命長，開關(guān)時間短，工作效率高。考慮早上上班時人員進(jìn)入數(shù)量多，時間短，人員進(jìn)入可以采用2個或3個通道同時放行。

樓內(nèi)固定人員首先輸入自己的ID號（可以是自己辦公室號碼也可以是個人專用出入號碼），然后按指紋，根據(jù)指紋采集指示燈決定是否需要重復(fù)按指紋，最后指紋比對結(jié)果指示燈顯示身份是否符合：若符合，門禁系統(tǒng)自動放行；否則要重新確定身份。

ID號的作用是使服務(wù)端指紋管理系統(tǒng)能夠在指紋庫中很快檢索到進(jìn)樓人員的身份信息以及模板指紋，管理系統(tǒng)進(jìn)行登記并將模板指紋特征點(diǎn)傳到指紋識別儀器進(jìn)行比對。

2. 來訪人員管理

來訪人員欲進(jìn)入辦公樓，首先按門禁系統(tǒng)前端的指紋識別儀鍵盤上的“訪客轉(zhuǎn)換鍵”，鍵盤經(jīng)轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娫挋C(jī)撥號鍵同時接通樓內(nèi)電話線路，由訪客直接聯(lián)系樓內(nèi)待訪人員，確定對方是否在樓內(nèi)；如果在樓內(nèi)，則樓內(nèi)人員通知門衛(wèi)開門；同時，門衛(wèi)對訪客進(jìn)行身份登記，記錄指紋以及其它身份信息、訪問對象、來訪次數(shù)等，并將數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器端“訪客備注與管理”區(qū)，以便日后查詢和統(tǒng)計(jì)。

3. 外來貨物及車輛進(jìn)入的管理：

首先，送貨人作為訪客身份，按鍵查詢收貨人是否在樓內(nèi)；在樓內(nèi)，則門衛(wèi)獲得開門消息，然后車輛獲準(zhǔn)進(jìn)入大門。送貨人需要登記車牌以及駕駛證、身份證等，門衛(wèi)可以采用手動輸入文本信息，也可以采用掃描儀獲取證件的圖像信息。當(dāng)然，如果系統(tǒng)自動化程度要求較高，車牌也完全可以用攝像頭自動捕獲，進(jìn)行相關(guān)處理然后存貯。

4. 采用大門進(jìn)出管理時，人員進(jìn)入樓內(nèi)時系統(tǒng)的工作方式與白天完全相同。

4.指紋門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

4.1硬件

★嵌入式指紋識別儀硬件設(shè)計(jì)

指紋識別儀是本系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部分，除了指紋比對算法是在門禁前端指紋識別儀上實(shí)現(xiàn)的，指紋識別儀還可以完成指紋的采集、圖像預(yù)處理、特征提取等功能。

同時，指紋識別儀控制面板帶有相應(yīng)的鍵盤和指示/提示裝置，能實(shí)現(xiàn)由數(shù)字鍵盤轉(zhuǎn)換到電話撥號盤；能向門禁執(zhí)行機(jī)構(gòu)（圖3中通道控制設(shè)備）發(fā)控制命令；能將比對結(jié)果反饋給服務(wù)器。指紋識別儀的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4：

圖4 指紋識別儀硬件結(jié)構(gòu)框圖

★信息傳輸布線設(shè)計(jì)

由于沒有采用IC卡等做指紋模板的載體，因此，存在進(jìn)行指紋比對時如何提供模板的問題。方案中采用485總線標(biāo)準(zhǔn)傳輸信息。系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)男畔⒅饕�有以下幾種：

1. 進(jìn)入人員ID信息；

2. 指紋模板特征點(diǎn)信息：服務(wù)器通過指紋數(shù)據(jù)庫調(diào)出模板指紋特征，然后經(jīng)轉(zhuǎn)換，按485總線標(biāo)準(zhǔn)通過雙絞線傳輸；

3. 指紋識別儀器反饋比對結(jié)果的信息；

4. 指紋識別儀的執(zhí)行命令：由識別儀發(fā)到門禁執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

★服務(wù)器端計(jì)算機(jī)選型

★門禁系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型與安裝

4.2 軟件

★指紋識別算法

高精度的指紋識別模塊實(shí)現(xiàn)對采集進(jìn)來的指紋圖象的處理、特征提取以及與模板指紋的對比，算法具有一定的智能自適應(yīng)性，能夠根據(jù)不同的指紋類型和圖象質(zhì)量采用不同的圖象處理技術(shù)和特征模式匹配技術(shù)，以期對各種指紋都有較好的識別效果。

指紋識別模塊

指紋采集

指 紋 傳 感 器

信息處理單元 DSP

控制單元 MCU

信息緩存單元

信 息 傳 輸 單 元

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

服務(wù)器

面板控制  

鍵盤（撥號電路）

指示燈等

★服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫管理軟件

主要包括以下幾個功能模塊：

1. 樓內(nèi)固定人員的個人身份信息，包括ID和指紋，同時為了查詢和統(tǒng)計(jì)信息的需要，還帶有個人其它的信息如姓名，性別等等。同時，固定人員進(jìn)入樓內(nèi)的日期、時間和次數(shù)都將被記錄下來。

2. 訪客備注與管理模塊主要負(fù)責(zé)來訪人員的個人身份信息記錄以及訪問事件的記錄。

3. 警告及黑名單子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4．服務(wù)器端通信接口設(shè)計(jì)

4.3 安裝、綜合調(diào)試

5． 指紋門禁系統(tǒng)方案的特點(diǎn)：

1. 更安全、更便捷

指紋不可能丟失和篡改，本方案只要求指紋不受損傷即可，系統(tǒng)允許進(jìn)出人員使用十指中的任意一個（特殊情況下的門禁管理可以由系統(tǒng)管理人員使用特殊權(quán)限而實(shí)現(xiàn)）。

2. 實(shí)現(xiàn)指紋現(xiàn)場比對

將指紋比對過程放到門禁前端――指紋識別儀上，不必由服務(wù)器比對指紋，減弱服務(wù)器負(fù)擔(dān)；減少了等待時間。

3. 后端管理系統(tǒng)可自動記錄相關(guān)人員進(jìn)出數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行查詢、備份、統(tǒng)計(jì)和打印等操作。

4. 對來訪人員管理更規(guī)范

硬件上通過在指紋識別儀上設(shè)置相應(yīng)的功能按鍵和增加撥號功能，軟件上通過設(shè)置“訪客備注與管理”區(qū)將使門禁系統(tǒng)大大改進(jìn)目前門禁管理中對來訪人員管理混亂的現(xiàn)象。

5. 權(quán)限設(shè)置，方便操作

根據(jù)權(quán)限區(qū)分管理員和使用人員，使用人員只能使用該系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)身份進(jìn)出，管理員可對系統(tǒng)進(jìn)行登記、修改、刪除、數(shù)據(jù)查閱等功能管理。

6. 易于擴(kuò)展

對于多個辦公樓的情況，本系統(tǒng)可以輕松地進(jìn)行擴(kuò)展；同時，在向服務(wù)器登錄個人信息（包括指紋）后，來訪人員還可以被授予進(jìn)入各個辦公樓地臨時ID號，結(jié)合自己的指紋可以進(jìn)入各辦公樓找人。