基于指纹识别技术的数字化智能小区指纹通系统设计

  基于数字化智能小区建设要求，采用指纹识别技术实现小区居民在社区进行消费、停车收费及计量查询等需进行身份识别的项目，设计了智能小区指纹通系统方案。智能小区指纹通系统的设计是基于指纹识别技术的一个新领域应用，是利用小区局域网传输数据，实现小区各种身份识别应用的指纹通管理系统。

　　小区智能化是一个综合性系统工程，要从其功能、性能、成本、扩充能力及与现代相关技术的应用等多方面来考虑。不仅要考虑到系统初期建设的投资成本，更要考虑到系统未来运行的实用性、可操作性以及系统的运行与维护的成本。所以，在小区各项系统的设计选型时要全面考虑各个方面的因素，选用技术成熟、可靠性高并且有较好性价比的产品是至关重要的。

　　基于这样的需求，将指纹自动识别技术应用于小区医院就医、小区超市购物、用电、开水房打水、洗澡、小区活动室活动、图书阅览室借阅期刊书籍、楼宇出入以及小区出入等方面，取得了较好的效果。主要解决了居民使用证件繁多容易丢失，给生活带来很多不便的矛盾，采用指纹自动识别技术设计的指纹通系统的应用，提升了管理水平，促进了管理手段现代化。

　　在小区管理系统中嵌入指纹自动识别技术，使用者不用带任何证件，只需在指纹识别仪上按下指纹，即可办理小区居民确认身份方面的事情，既方便了使用者，又减轻了工作人员的工作量，从根本上杜绝了盗用和误用他人证件的现象。而指纹识别系统的实现并不是遥不可及，其指纹识别系统的硬件投资并不大，一般的智能小区都可以接受。其关键技术是识别系统软件的开发以及识别系统软件与小区的管理系统软件的集成。

　　指纹识别技术

　　众所周知，人的指纹具有唯一性和稳定性的特征，即每一个人的指纹是独一无二的，两者之间不存在相同的指纹，而且每个人的指纹是相当固定的，一般不会随年龄和健康状况的变化而改变，因此可以通过指纹识别出人的身份。目前，国内外的自动指纹识别系统很多，但其结构大同小异，一般包括指纹的采集与分类、指纹的细节匹配及指纹的压缩与存储。

　　1.指纹的采集与分类

　　这是自动指纹识别系统（ AFIS） 运作的第一个环节。通过光学或CMOS 指纹采集仪将活体指纹的图像录入系统，对图像进行分割处理，在保持有用指纹信息基本完整的前提下，剪去一些多余的图像信息，产生一个相对较小的指纹图，对该图进行增强处理减弱噪声，增强脊和谷的对比度，提高图像质量。然后提取图像的特征，生成方向数组，再通过指纹分析器，根据指纹的脊和谷流向，将其分为尖拱类、拱类、左环类、右环类及旋涡类等五种或更小的种类属别。指纹分类的主要目的是方便大容量指纹库的管理，减少搜索空间，加速指纹匹配过程。

　　2.指纹的采集

　　在指纹识别设备正常连接后，可以进行指纹的登记录入。在读者指纹的采集过程中，读者的指纹需要录入两次，第一次采集的指纹和第二次采集的指纹进行比对，如果成功系统将正常保存，并添加到指纹识别系统。

　　如果采集的指纹不合格，系统将给出声音提示。

　　如果识别不合格，保存功能不能使用，需要重新采集。以对所采集的读者指纹信息在保存到数据库前进行双重质量控制。要判断采集指纹的质量，将第二次采集的指纹信息和第一次采集的指纹模板进行1：1 的单一比对，以保证指纹的采集质量，避免违法、不合格指纹信息存入数据库。

　　3.指纹的细节匹配

　　这是自动指纹识别系统核心。在本系统中采用的是Biokey 算法，此算法是一种快速、准确的1:1和1:N 指纹识别算法，在使用Biokey进行指纹识别时2000~6000枚指纹），不需要对指纹通过姓名、PIN等预先分类就可以在1~5S以下测试都在Pentium III900MHZ+128MB 内存环境下进行）内轻松完成。

　　4. 指纹的压缩和存储

　　为了节省存储空间，必须对指纹图像进行压缩。目前指纹图像数据压缩算法较常见的是JPEG、WSQ及EZW等，本系统采用Biokey-WSQ基于自适应的标量量化和小波分解的图像压缩算法，该算法用于指纹图像压缩时，可以尽量保持指纹细节特征点信息，解压缩后对提取指纹细节特征精度的影响较小。WSQ算法在进行大压缩比率的指纹图像压缩时，还原解压后的指纹图像细节特征点的定位和有关信息保存的较好，对随后将要进行的指纹识别影响较小。WSQ 压缩比为1:20或1:15，即一个指纹图像可以压缩到6~10K，这个压缩比例采用这种算法是非常合适的。这样既节省了存储空间，而且在解压后又不影响模板特征点的提取。将其用于指纹图像压缩，并考虑到指纹图像识别的需要，从尽量保持关键点信息的角度改进了该算法。

　　智能小区指纹管理平台分析

　　经过深入分析和和讨论，智能小区指纹通身份管理采用指纹管理平台。系统用例图如图1 所示。

 

图1 系统用例图

　　根据系统用例图，设计了智能小区指纹通指纹管理平台的功能结构如图2 所示。

 

图2 功能结构图

　　本系统划分为三大模块：即系统操作模块、系统管理模块和数据管理模块。在系统操作模块中设计了指纹仪初始化模块，使计算机识别到指纹仪，正常工作时进行指纹录入、指纹编辑、指纹识别和关闭设备等操作；在系统管理模块中设计了用户管理和窗口隐藏的功能；在数据管理模块中设计了使用者指纹库的备份和恢复功能；并设计了在线帮助功能。

　　智能小区指纹通系统总体设计

　　智能小区指纹通系统的总体设计，是在坚持先进性、实用性、稳定性、安全性、经济性及扩展性的基础上，直接借助小区局域网络传输数据，实现各类商务收费和各种身份识别的应用。

　　实现小区内各类身份识别，采用指纹仪识别身份，所有的证件都取消；实现身份识别的数据共享；实现小区车库的管理系统，图书阅览室图书期刊借阅，小区餐饮、超市购物及公共浴池的控制管理；三表抄送计量；小区医院挂号收费管理、门禁系统等。

　　本系统设计对各种应用系统或新增系统做接口规范处理、统一标准，而后用智能小区指纹通系统的指纹管理平台软件编写统一接口。根据这一思想设计了智能小区指纹通系统两个应用平台即指纹管理平台、应用平台，其功能如图3所示。

 

 

图3 功能结构图

　　1.指纹管理系统平台设计

　　采用Delphi7.0实现了各子系统并实现了对整个系统的集成。SQL Server2003为数据库支撑。

　　系统采用C/S模式。可以支持多用户同时操作，与其他的应用管理系统做到无缝连接。

　　基础信息指纹数据库的建立1） 首先，对小区居民进行指纹信息采集，按各种组织机构建立基本的、规范的、统一的及标准的指纹基础信息数据库，作为智能小区指纹通系统身份识别信息，进入数字化智能小区指纹通应用平台。

　　2）采用了DLL 技术，将数据库连接内容进行了合理有效的封装。系统如果是初次运行，会调用数据库的自动连接向导，可以一步一步地指导操作人员进行正确的数据库设定。数据库创建，是在系统运行之前在服务器端创建支撑系统运行的初始化数据库，程序运行需要的各类信息都将在创建数据库时自动完成。

　　3）指纹信息的采集、识别过程实现语音提示，当用户的指纹被采集之后如果质量不合格，系统将提示登记失败（ 语音），并在窗体的状态栏显示登记信息。如果登记成功，系统则提示登记成功（ 语音），并自动转入指纹的识别状态，同时在状态栏中给出提示信息。这种操作方式，可以方便有效地提示操作人员和用户的行为。指纹的采集是将用户的指纹信息采集到数据库中以便日后进行识别、编辑等维护。

　　2. 应用平台设计

　　智能小区指纹通系统应用平台，采用智能小区指纹通系统实现包括小区车库的管理系统，图书阅览室图书期刊借阅，小区餐饮、超市购物及公共浴池的控制管理；三表抄送计量；小区医院挂号收费管理、门禁系统等连接。

　　通过小区指纹通系统应用平台进行门禁管理，采用网络指纹门禁控制系统，由多个门禁控制子系统和安装在物业管理中心的网络交换机和一个管理监控计算机通过局域网连接组成，每个门禁控制子系统由一台门禁控制器和若干台指纹识别终端和若干台指纹锁控器构成，分别安装在小区出入口及楼道出入口及住户。门控制器对用户的指纹进行比对分析，并负责将用户信息等资料上传至管理监控计算机。用户的指纹核查通过后，门禁控制器命令指纹锁控器控制电锁开门。

　　通过小区指纹通系统应用平台进行小区停车场管理，在出入口采用嵌入式道闸，由电子道闸和计算机道闸控制软件两部分组成。电子道闸包括信息提示显示屏、道闸本体、闸杆控制器和嵌入式指纹按钮模块（指纹采集器），出、入库时，司机只需遥下车窗，用手指按下设置在旁边的指纹闸杆控制器上的指纹按钮，司机的指纹核查通过后，闸杆控制器就会控制闸杆抬起，并进行相关记录。

　　在该智能小区指纹通管理平台的基础上，通过系统预留的扩展接口和智能控制可以实现与小区现在已运行的各类应用系统进行互通，形成全小区范围的数字化管理空间和共享环境。

　　结束语

　　在科学技术向前发展的今天，数字化智能小区的建设给我国住宅小区的智能化管理带来了崭新积极的变化，使得小区智能化管理又迈上了一个新的台阶。通过设计智能小区指纹通管理系统，首先在小区图书阅览管理及停车场管理等系统中得到应用，这一成果的取得证明智能小区指纹通系统的建设有着广泛的应用前景。