“一卡通”工程中指紋識別系統的應用

文章出處：http://www.jrzgy.com 作者：荊淑霞，斯慶巴拉   人氣： 發表時間：2011年11月23日

    1、引言
 
    校園“一卡通”工程是數字化校園建設的重要組成部分和基礎工程。涉及到校園生活的各個方面。為全面地采集各類數據奠定了堅實、可靠的基礎。校園“一卡通”是指基于校園網，采用成熟、先進的非接觸式IC卡(智能卡)實現數據采集而建成的校園個人數據管理應用平臺。它綜合應用了計算機技術、網絡通信技術、數據庫技術、自動控制技術和IC卡技術。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功能于一體，真正實現了“一卡在手。走遍校園”。在傳統的“一卡通”系統中都使用IC卡加口令的方式進行登錄。存在著口令難以記憶、易被破解等問題。隨著指紋識別技術的成熟和成本的下降，用戶身份的確認更多的使用IC卡加指紋識別技術。

    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定性 許多研究與經驗證明人的指紋、掌紋、面孔、發音、虹膜、視網膜與骨架等都具有唯一性和穩定性，即每個人的這些特征與別人是不同的。同時終生不變，可以據此識別出人的身份。目前。這些生物識別認證的結果大多數不能作為法律上的證據。只有指紋和簽名識別被國家司法機關認可。現有指紋識別技術是生物識別技術中的熱點。

    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定型，不會隨著年齡的增長而發生改變。早期的指紋識別是靠人的眼睛來實現的。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。由于計算機技術的飛速發展。模式識別算法的不斷完善。指紋識別的工作已經完全可以交給計算機去自動完成。所以現在計算機各種信息管理系統中越來越多地采用指紋
識別系統來驗證人的身份。

    3、指紋自動識別技術

    指紋識別技術主要包括：讀取指紋圖像，指紋圖像預處理，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計的電容傳感器及數字圖像處理器(Digital Image Proeessor)實現。電容傳感器可捕獲高分辨率的灰度圖像(500dpix256)并通過標準接口將視頻輸入到數字圖像處理器。另外還有一個圖像質量控制的組件，使得在常規環境及光線很暗的情況下該傳感器都可以獲得高質量的圖像。這為以下指紋圖像的特征提取、指紋匹配打下良好的基礎。

    B、指紋圖像的預處理

    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行預處理，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換成二值圖；(3)將前面兩步已經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)修復指紋圖像上的斷紋或粘紋

    C、提取指紋圖像特征

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

    4、數宇化校園系統中指紋識別技術的應用

    校園“一卡通”以校園網絡作為基礎。網上應用系統作為依托。是實現校園信息化的牽頭環節。是構筑“數字校園”的基礎，也是學校逐步走向數字化、信息化、網絡化的基礎工程。校園“一卡通”的應用系統包含系統管理、卡務管理、餐飲消費、超市消費、門禁管理、機房管理、教務管理、教室管理、考勤管理等子系統。通過讀取智能卡上的信息和用戶輸入的密碼進行身份認證。實現各種管理及服務功能，并可以代替現有的多種證
件。

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

    智能IC卡內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中的卡內操作系統COS(Chip Operating System)。卡中數據分為外部讀取和內部處理部分。確保卡中數據安全可靠。 智能卡的內部結構如圖l所示。 

 

圖1 智能卡結構

    校園“一卡通”系統中自動指紋識別的應用主要包括兩部分：(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之前。如新生入學辦理入學手續時，卡務管理部門對其指紋進行采樣。并存儲到發給他的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

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

圖3：指紋信息的匹配過程

    5、結束語

    結合智能卡的指紋識別和IC卡加密碼識別身份的區別有兩個方面：首先在設施上。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中需要有一個帶指紋圖像掃描功能的讀卡器。該設備能將指紋圖像讀取處理后和IC卡中固化的指紋信息進行匹配：再者管理的信息不同。密碼識別系統中需要數據庫中存儲每一位用戶的密碼。而在指紋識別系統中。IC卡中要存儲用戶的指紋數據，不需要用網絡進行密碼的傳輸。只需在客戶端進行身份認證。將認證的結果傳送給客戶端即可。減少了網絡傳輸量，同時提高了系統的安全性。