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1. 指紋門禁系統要解決的問題
目前，生物特征識別技術是一項屬高科技的較新的模式識別技術。它是指利用人自身的生理特征或行為特征如指紋、掌紋、虹膜或發聲等來進行個體的身份識別。之所以依賴這些生物特征進行身份識別，主要是從應用系統的安全性角度考慮，因為這些特征具有個體的唯一性和長期穩定性，幾乎不可能重復或仿制。其中，應用較多、接受程度最廣、技術相對成熟的生物特征識別技術是指紋識別技術，市場上已經出現了部分指紋門禁、指紋門鎖之類的基于指紋識別技術的產品。
指紋門禁系統的核心是指紋識別算法在門禁或通道上的實現和相應的配套管理系統的建立。
鑒于指紋的唯一性和穩定性，現場指紋也是國際公認的支持犯罪行為成立的證據之一。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，實現金融機構、智能住宅和辦公樓、高級賓館中門禁與通道的出入管理。系統配備中央處理系統，能很好的與計算機進行聯網，進行人員進出的統計管理，同時，也使用戶感覺更安全、更便捷。
具體地講，指紋門禁系統主要用以解決以下幾個方面的問題：
ⅰ.提升系統的安全性
相對以往的鑰匙、磁卡、IC卡、密碼等有可能被盜用、遺失、遺忘和復制等引起的不便，指紋不存在遺失的問題，而且幾乎不可能重復和被復制，確定了進出人員的唯一性和不可抵賴性，門禁系統可以按權限分級，但利用指紋信息可以追究責任到個人，確保了系統的安全性。
ⅱ.提高系統使用的便捷性
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.有效統計進出人員信息
可以在系統管理員的協助下查詢、統計辦公樓人員的進出信息，如具體年月日內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要解決的一個問題。通過在服務器端管理軟件中增加相應的“訪客備注與管理”功能模塊，使對來訪人員的管理更規范；同時，在指紋門禁前端（與指紋識別儀集成）設計相應的訪客功能轉換鍵，一方面，訪客可以直播相應待訪人員電話；另一方面門衛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.增強門禁系統自身防御體系
門禁系統管理部分設置黑名單模塊并附有相應的報警裝置，對多次欲強行進入系統者予以警告。
2. 指紋識別原理簡介
法國巴黎大學教授勃太柴氏把指紋的細節特征歸為四種，即起點、終點、分歧、結合。進行指紋比對時，先將這四種特征提取出來并保存，把兩個指紋的特征點進行比對，通過平移、旋轉和變比，當重合的最大特征點大于一定數量時就可認為兩個指紋是相同的。
實際比對時，將現場采集的指紋與已有的模板指紋特征點比對從而進行判斷，原理框圖如下。
圖1 指紋識別原理框圖
圖像預處理又包括：指紋圖象質量控制、紋型分類、計算方向場、圖象增強、二值化、細化及細節特征剪枝等環節。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 濾波處理 二值、細化和特征點提取
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指紋紋理特征建立的指紋方向場進行的，最終提取出的指紋特征點為一矢量，其分量包括該點的直角坐標和方向（該點指紋脊線的切線方向）。將現場指紋特征點集合與模板指紋特征點集合根據平移和旋轉變換下指紋結構特征不變的原則進行比對，通過設置相應的比對門限判別比對結果。
3. 指紋門禁系統結構與工作過程
目前，門禁系統有幾種選擇：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器上實現，還是在門禁前端實現？本方案不采用模板載體并在門禁前端（門鎖）完成比對，向服務器反饋比對結果。
根據實際應用情況分析辦公樓指紋門禁系統的功能：白天，除了來訪人員處理子系統外，門禁系統主要是起到通道開關的功能；晚上，門禁系統除了通道開關控制的功能外，還起到屏蔽（封閉）辦公樓內各部門的作用。
考慮門禁系統的工作效率和使用壽命，本方案采用下面的系統結構：
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果送交給服務器，發出控制門禁開關的命令；通道控制設備是門禁系統的一個執行機構，可以采用三桿滾閘（類似三桿自動售票機）；門衛處設置一個指紋采集儀和一個掃描儀。
指紋門禁系統主要的工作過程簡單介紹如下;
1. 白天工作時間，樓內工作人員欲進入辦公樓的管理：
上面提到，此時門禁系統主要起到通道開關作用，故而采用“簡易門”――通道控制設備作為門禁系統的執行機構，該機構使用壽命長，開關時間短，工作效率高。考慮早上上班時人員進入數量多，時間短，人員進入可以采用2個或3個通道同時放行。
樓內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，根據指紋采集指示燈決定是否需要重復按指紋，最后指紋比對結果指示燈顯示身份是否符合：若符合，門禁系統自動放行；否則要重新確定身份。
ID號的作用是使服務端指紋管理系統能夠在指紋庫中很快檢索到進樓人員的身份信息以及模板指紋，管理系統進行登記并將模板指紋特征點傳到指紋識別儀器進行比對。
2. 來訪人員管理
來訪人員欲進入辦公樓，首先按門禁系統前端的指紋識別儀鍵盤上的“訪客轉換鍵”，鍵盤經轉換變為電話機撥號鍵同時接通樓內電話線路，由訪客直接聯系樓內待訪人員，確定對方是否在樓內；如果在樓內，則樓內人員通知門衛開門；同時，門衛對訪客進行身份登記，記錄指紋以及其它身份信息、訪問對象、來訪次數等，并將數據傳到服務器端“訪客備注與管理”區，以便日后查詢和統計。
3. 外來貨物及車輛進入的管理：
首先，送貨人作為訪客身份，按鍵查詢收貨人是否在樓內；在樓內，則門衛獲得開門消息，然后車輛獲準進入大門。送貨人需要登記車牌以及駕駛證、身份證等，門衛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。當然，如果系統自動化程度要求較高，車牌也完全可以用攝像頭自動捕獲，進行相關處理然后存貯。
4. 采用大門進出管理時，人員進入樓內時系統的工作方式與白天完全相同。
4.指紋門禁系統的設計內容
4.1硬件
★嵌入式指紋識別儀硬件設計
指紋識別儀是本系統的一個關鍵部分，除了指紋比對算法是在門禁前端指紋識別儀上實現的，指紋識別儀還可以完成指紋的采集、圖像預處理、特征提取等功能。
同時，指紋識別儀控制面板帶有相應的鍵盤和指示/提示裝置，能實現由數字鍵盤轉換到電話撥號盤；能向門禁執行機構（圖3中通道控制設備）發控制命令；能將比對結果反饋給服務器。指紋識別儀的硬件結構框圖如圖4：
圖4 指紋識別儀硬件結構框圖
★信息傳輸布線設計
由于沒有采用IC卡等做指紋模板的載體，因此，存在進行指紋比對時如何提供模板的問題。方案中采用485總線標準傳輸信息。系統內傳輸的信息主要有以下幾種：
1. 進入人員ID信息；
2. 指紋模板特征點信息：服務器通過指紋數據庫調出模板指紋特征，然后經轉換，按485總線標準通過雙絞線傳輸；
3. 指紋識別儀器反饋比對結果的信息；
4. 指紋識別儀的執行命令：由識別儀發到門禁執行機構。
★服務器端計算機選型
★門禁系統執行機構選型與安裝
4.2 軟件
★指紋識別算法
高精度的指紋識別模塊實現對采集進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性，能夠根據不同的指紋類型和圖象質量采用不同的圖象處理技術和特征模式匹配技術，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
執行機構
服務器
面板控制
鍵盤（撥號電路）
指示燈等
           
★服務器端數據庫管理軟件
主要包括以下幾個功能模塊：
1. 樓內固定人員的個人身份信息，包括ID和指紋，同時為了查詢和統計信息的需要，還帶有個人其它的信息如姓名，性別等等。同時，固定人員進入樓內的日期、時間和次數都將被記錄下來。
2. 訪客備注與管理模塊主要負責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設計
4．服務器端通信接口設計
4.3 安裝、綜合調試
5． 指紋門禁系統方案的特點：
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，系統允許進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管理人員使用特殊權限而實現）。
2. 實現指紋現場比對
將指紋比對過程放到門禁前端――指紋識別儀上，不必由服務器比對指紋，減弱服務器負擔；減少了等待時間。
3. 后端管理系統可自動記錄相關人員進出數據，可以進行查詢、備份、統計和打印等操作。
4. 對來訪人員管理更規范
硬件上通過在指紋識別儀上設置相應的功能按鍵和增加撥號功能，軟件上通過設置“訪客備注與管理”區將使門禁系統大大改進目前門禁管理中對來訪人員管理混亂的現象。
5. 權限設置，方便操作
根據權限區分管理員和使用人員，使用人員只能使用該系統進行確認身份進出，管理員可對系統進行登記、修改、刪除、數據查閱等功能管理。
6. 易于擴展
對于多個辦公樓的情況，本系統可以輕松地進行擴展；同時，在向服務器登錄個人信息（包括指紋）后，來訪人員還可以被授予進入各個辦公樓地臨時ID號，結合自己的指紋可以進入各辦公樓找人。
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