“一卡通”工程中指纹识别系统的应用

    1、引言

    校园“一卡通”工程是数字化校园建设的重要组成部分和基础工程。涉及到校园生活的各个方面。为全面地采集各类数据奠定了坚实、可靠的基础。校园“一卡通”是指基于校园网，采用成熟、先进的非接触式IC卡(智能卡)实现数据采集而建成的校园个人数据管理应用平台。它综合应用了计算机技术、网络通信技术、数据库技术、自动控制技术和IC卡技术。集证件管理、档案管理、师生考勤、食堂管理、机房管理及其他多种服务功能于一体，真正实现了“一卡在手。走遍校园”。在传统的“一卡通”系统中都使用IC卡加口令的方式进行登录。存在着口令难以记忆、易被破解等问题。随着指纹识别技术的成熟和成本的下降，用户身份的确认更多的使用IC卡加指纹识别技术。 

    2、生物识别

    生物识别。就是利用人体固有的生理特征或行为动作来进行身份识别或验证。要把人体的特征用于身份识别，这些特征必须具有唯一性和稳定性 许多研究与经验证明人的指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜与骨架等都具有唯一性和稳定性，即每个人的这些特征与别人是不同的。同时终生不变，可以据此识别出人的身份。目前。这些生物识别认证的结果大多数不能作为法律上的证据。只有指纹和签名识别被国家司法机关认可。现有指纹识别技术是生物识别技术中的热点。

    所谓指纹即指人的手指端皮肤的纹路。一个人的指纹绝少与另一个人的相同。而且指纹从人的出生之日就已经定型，不会随着年龄的增长而发生改变。早期的指纹识别是靠人的眼睛来实现的。这样既对人的眼睛的要求较高，也因为各种客观原因造成识别率的低下。由于计算机技术的飞速发展。模式识别算法的不断完善。指纹识别的工作已经完全可以交给计算机去自动完成。所以现在计算机各种信息管理系统中越来越多地采用指纹 

    识别系统来验证人的身份。 

    3、指纹自动识别技术 

    指纹识别技术主要包括：读取指纹图像，指纹图像预处理，指纹图像特征提取。保存和比对。 

    A、指纹图像的获取 
    
    指纹图像的捕获采用特殊设计的电容传感器及数字图像处理器(Digital Image Proeessor)实现。电容传感器可捕获高分辨率的灰度图像(500dpix256)并通过标准接口将视频输入到数字图像处理器。另外还有一个图像质量控制的组件，使得在常规环境及光线很暗的情况下该传感器都可以获得高质量的图像。这为以下指纹图像的特征提取、指纹匹配打下良好的基础。 

    B、指纹图像的预处理 

    通过电容传感器获得的图像信息有很多噪声。 主要是由于平时的工作和环境引起的。比如手指被弄脏，手指上有疤痕、湿润或干燥等，因此要对原始图像进行预处理，主要包括：(1)去除噪声(因手指脏污或湿润造成指纹的图像模糊)使之更清晰；(2)将获得的指纹灰度图像转换成二值图；(3)将前面两步已经处理过的图像中指纹的纹线的宽度降到最小，使纹线更加清晰；(4)修复指纹图像上的断纹或粘纹 

    C、提取指纹图像特征 

    经过预处理后的指纹图像通过相应的处理算法自动提取指纹的全局特征和细节特征。全局特征是指可以用眼进行观察得到的特征。细节特征是指指纹上的节点，它是指纹识别的最基本特征依据。既使两枚指纹具有相同的总体特征。但它们的细节特征一一节点却不可能完全相同 就是这些节点提供了指纹唯一性的确认信息。最后将提取的指纹特征存储在数据库中，以作为比对的依据。 

    4、数宇化校园系统中指纹识别技术的应用 

    校园“一卡通”以校园网络作为基础。网上应用系统作为依托。是实现校园信息化的牵头环节。是构筑“数字校园”的基础，也是学校逐步走向数字化、信息化、网络化的基础工程。校园“一卡通”的应用系统包含系统管理、卡务管理、餐饮消费、超市消费、门禁管理、机房管理、教务管理、教室管理、考勤管理等子系统。通过读取智能卡上的信息和用户输入的密码进行身份认证。实现各种管理及服务功能，并可以代替现有的多种证 
件。 

    目前。实施“一卡通”工程的院校大多数采取读入卡号、输入密码的方式进行身份认证。而密码容易忘记或被别人破解，造成信息不安全。以学生注册模块为例。每学期开学初，学生要凭”学生证”到教务管理部门进行注册。采取读卡加密码的方式，会给学生管理带来不便：如果某学生并未到校。但他将”学生证”交给了乙同学。并告知密码，那么，乙同学就可以为其注册。为了避免这些问题。现在可以将指纹作为身份识别的依据。 

    智能IC卡内的集成电路包括中央处理器CPU、可编程只读存储器EEPROM、随机存储器RAM 和固化在只读存储器ROM中的卡内操作系统COS(Chip Operating System)。卡中数据分为外部读取和内部处理部分。确保卡中数据安全可靠。 智能卡的内部结构如图l所示。 

    图1 智能卡结构

    校园“一卡通”系统中自动指纹识别的应用主要包括两部分：(1)指纹信息的提取与存储：(2)指纹的识别与匹配。 

    (1)指纹信息的提取与存储 

    每一位用户在使用校园网之前。如新生入学办理入学手续时，卡务管理部门对其指纹进行采样。并存储到发给他的IC卡中。指纹采集过程如图2所示。

    (2)指纹的识别与匹配 

    目前大多数结合智能卡的指纹识别系统中。智能卡只作为一种存储指纹模板的存储设备，指纹识别过程完全在卡外执行，该系统在执行指纹匹配时需将存储在卡内的指纹模板释放到外部的卡读写器中。势必给系统的安全带来隐患，为提高系统的安全水平，指纹的识别操作要求在卡内处理器中进行。但该系统在提高系统安全的同时也对指纹识别技术提出了新的要求。指纹识别模块由指纹图象提取单元、指纹特征提取单元、比较单元和模块数据库几个部分组成，作为智能卡操作系统的一部 。在数字化校园的每一个应用服务的客户端。都要提供一个带指纹扫描设备的读卡器。将用户的指纹进行采样。然后在智能卡中进行指纹的匹配。匹配成功。说明用户是该智能卡的合法使用者。身份认证通过。发送给PC机一个信号，持卡人可以进入校园网或进行消费。

    指纹识别过程如图3所示。

    图3：指纹信息的匹配过程

    5、结束语

    结合智能卡的指纹识别和IC卡加密码识别身份的区别有两个方面：首先在设施上。密码识别需要有读卡器和一个密码输入小键盘。而智能指纹识别系统中需要有一个带指纹图像扫描功能的读卡器。该设备能将指纹图像读取处理后和IC卡中固化的指纹信息进行匹配：再者管理的信息不同。密码识别系统中需要数据库中存储每一位用户的密码。而在指纹识别系统中。IC卡中要存储用户的指纹数据，不需要用网络进行密码的传输。只需在客户端进行身份认证。将认证的结果传送给客户端即可。减少了网络传输量，同时提高了系统的安全性。