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1、低压电器(200912)现代建筑电气篇 楼宇自动化 桂 垣(1971),男,副教授,硕士,从事建筑供配电系统工程设计、智能建筑控制方面的研究。基于指纹识别技术的图书馆读者管理系统桂 垣,杨晓晴,常 青,于江利(河北建筑工程学院 电气工程系,河北 张家口 075024)摘 要:阐述了基于指纹识别技术的图书馆读者管理系统的工作原理及构成,提出了更为先进的解决方案。设计了指纹采集系统与现有图书馆读者管理系统的通用接口,实现了系统间的无缝集成。采用DLL技术,将数据库连接内容进行了合理有效的封装,并介绍了指纹识别技术在图书馆中其他方面的应用。经实际应用证明,系统运行效果良好。关键词:指纹识别技术;图书
2、馆;数据库;读者管理系统中图分类号:TU855TP273+.5 文献标识码:B 文章编号:100125531(2009)1220016204ReaderManagement System Based on Fingerprint IdentificationTechnology in the L ibraryGU I Yuan,YANG Xiaoqing,CHANG Q ing,YU Jiangli(College of Electrical Engineering,Hebei Institute ofArchitecture and Civil Engineering,Zhangjiakou
3、 075024,China)Abstract:The principle and composition based on fingerprint identification technology of reader managementsystem in the librarywere introduced,a more advanced solution was put forward.The common interface of the fin2gerprint acquisition system and the current readers of management syst
4、em in the library were designed,and theseamless integration between the systems was realized.A reasonable and effective package on the contents of thedatabase connectivitywas taken to useDLL technology.The other applicationsof fingerprint identification technolo2gy in the librarywere introduced.Itwa
5、s proved that the run effect of the system was good.Key words:fingerprint identification technology;library;database;reader management system杨晓晴(1965),女,副教授,研究方向为智能小区、计算机控制。常 青(1982),女,助教,从事电气工程方面的研究。于江利(1980),男,助教,从事建筑智能化方面的研究。0 引 言在生物特征识别技术中,人类的指纹因其具有唯一性、稳定性,一直被视为身份鉴定的可靠手段,因而自动指纹识别技术在生物特征识别技术中相对是最
6、成熟的。指纹识别技术作为一种比较理想的安全认证技术,已经广泛应用于几乎所有需要计算机进行自动身份认证的应用场合。该技术已经应用于智能建筑的安全防范系统、金融系统的安全认证、职工考勤系统领域等。本文将具体介绍由笔者所在学院自行研制的基于指纹识别技术的图书馆读者管理系统,论述如何将指纹识别技术嵌入到图书馆读者管理系统中,对读者身份进行识别。1 传统的读者身份验证存在的问题20世纪90年代以后,以计算机为核心的高新技术在图书馆的全面应用,带来了传统图书馆管理方式和服务方式的全面变革,使图书馆管理方式发生了质的飞跃。其意义不仅在于计算机取61 楼宇自动化 低压电器(200912)现代建筑电气篇代了手工
7、方式提高了工作效率,很大程度上也避免了体力和简单脑力劳动的重复,把图书馆工作人员从劳动中解放出来。它的优点是显而易见的,如简化了借阅手续,方便读者,改善工作条件,节约人力、物力,提高工作效率等。但是在读者借阅过程中也出现了一些普遍的问题,如读者证损坏严重(弯折、磨损、水浸等)使计算机不能辨认,因读者证丢失而频繁挂失,不仅增加了图书馆工作人员的劳动量,也加重了读者的经济负担。加之高校学生数量的激增,使读者的身份识别工作变得越来越困难,冒用他人已丢失证件借书的事件时有发生,给图书馆或读者带来损失,而且要求读者必须随身带证。针对这些情况,图书馆进行了许多尝试,但是结果都不尽如人意,上述问题仍困扰着图
8、书馆管理人员。若将指纹识别技术嵌入到图书馆读者管理系统中,采用计算机指纹识别技术对读者身份进行识别,既可以减轻、简化图书馆工作人员的验证工作,有效地提高工作效率,也杜绝了冒用他人证件之类的事情发生,是解决图书馆面临问题的最佳解决方式。2 指纹识别技术原理2.1 指纹的采集与分类通过光学或CMOS指纹采集仪将用户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音,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
9、类、右环类、旋涡类等5种或更小的种属类别。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。2.2 设备的初始化处理指纹识别设备是USB接口设备,使用方便。经过授权的指纹识别设备具有合法的驱动,在系统运行的同时,系统自动对指纹识别设备进行初始化,初始化成功后,才可以进行指纹的采集、编辑和识别,否则这些功能将无法使用。设备初始化成功后,系统将给出提示,用户可以在帮助菜单下,点击设备信息查看指纹识别设备是否正常。2.3 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
10、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11的单一比对,以保证指纹的采集质量,避免不合格指纹信息存入数据库。2.4 指纹的细节匹配细节匹配是指纹识别系统的核心。目前的匹配算法并不统一,有许多数字化的算法,该系统采用了目前国际上领先的Biokey指纹识别技术,运用快速、准确的11和1N指纹识别算法,不需要对指纹通过姓名、PI N等预先分类就可以在15 s内轻松完成,既保证了系
11、统的高识别率,又保证了系统的快速运行。2.5 指纹的压缩和存储为了节省空间,降低成本和便于网上指纹识别,保证系统有很高的识别率,指纹识别系统在保存指纹图像时都采用了图像压缩技术。对指纹图像进行压缩存储,使用时再进行解压缩。目前指纹图像数据压缩算法较常见的是JPEG、WSQ、EZ W等。系统采用基于自适应的标量量化和小波分解的图像压缩算法Biokey2WSQ,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。与JPEG算法相比,用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得较好,对随后将要进行的
12、指纹识别影响较小。该系统的压缩比例确定为120或115,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。3 图书馆读者指纹管理系统根据人的指纹唯一性和稳定性的特征,该系统将计算机技术、生物测定学技术、人工智能技术71低压电器(200912)现代建筑电气篇 楼宇自动化 和图书馆管理技术等有机结合起来,通过在图书馆读者管理系统中嵌入自动指纹识别技术,使图书馆的读者管理系统更加准确、方便,操作流程简化,提高了图书馆的管理效率。利用控件技术,设计了指纹采集系统与现有图书借阅管理系统的通用接口,实现了系统间的无缝集成;采用DLL技术,将数据库连接内容进行了合理有效的
13、封装;采用Biokey指纹识别技术,是最有效的识别方案,提高了指纹的采集和识别效率。读者在图书馆借阅图书时,只需要在指纹仪上扫描指纹,通过指纹识别技术进行图书馆读者身份认定,即可完成借阅登记。3.1 指纹机的选用目前市场上的指纹采集仪种类很多,有指纹鼠标、指纹键盘、三面滚动指纹采集仪等。从运行机理来看,可分为两类,即光学指纹采集仪和指纹采集仪。光学指纹采集仪的质量较好,但价格比较昂贵;指纹采集仪质量稍逊,但价格低廉,图书馆可根据经济能力和实际需要选择购买。该系统采用了U.are.U 4000指纹仪,它是目前世界上最薄的光学系统,厚度只有6 mm,表面采用了坚硬的光学材料并喷以专利防薄膜,输出图
14、像最高可达700 dpi,不仅比对性能优越,价格适中,登记速度、比对速度快,图像质量好,准确率高,适合图书馆人流量大的特点。U.are.U 4000微型指纹扫描器能够自动读取指纹图像,并通过USB接口把数字化的指纹图像传送到计算机。其Biokey SDK开发工具能够提供多种如DLL、OCX等类型的动态链接库,可支持如Visual C+、Deiphi、VisualBasic等不同的开发工具和语言环境。3.2 数据比对读者数据库分为两个库:图像信号数据库和数字型数据的数据库。如图1所示,读者进行正常借阅时,在终端输入指纹,通过终端采集到的图像信号与图像信号数据库中的图像信号进行比图1 基于指纹识别
15、技术的图书馆读者管理系统流程对,如果是合法用户,则转入读者数据库进行权限借阅。在指纹输入时,调用SendFinger Order()函数向端口发送指纹比对命令。如果有匹配指纹,则说明该读者指纹已经登记,显示该读者信息;否则显示错误提示信息。4 与原有图书馆读者管理系统的连接 图书馆中采用了图书馆自动化管理系统,采用条码扫描方式将读者借阅证上条码的电子信号读出,并以键盘消息的方式传到图书馆管理系统中,图书馆管理系统会自动处理扫描仪传来的电子信号。要在已有图书馆读者计算机管理系统中嵌入自动指纹识别技术,包括两个操作手段。(1)存储过程。读者在借书时按下指纹,将采集到的读者指纹图像数字化,对取得的原
16、始图像进行预处理,通过滤波、特性增强技术消除干扰,使图像更为清晰,然后采用指纹识别软件进行图像的二值化处理,在二值图的基础上细化指纹图像,以便提高识别率,即去除原指纹线上的毛刺、伪交叉点、断点等。将提取的能唯一标识读者指纹的特征以数据形式存储。得到数字型数据后,需要把数据导入图书馆集成管理系统中,用新采集转换得到的数据代替数据库中原来的简单流水帐号式数据,即原来的条形码。(2)查找过程。同样经过图像处理和数据转换,将读者的图像特征表达为数据库管理系统能识别的形式在中央数据库中查找,如发现有匹配记录,则可进入借阅程序,否则显示错误信息。故要实现指纹自动识别技术和图书管理系统的集成,必须解决将指纹
17、仪识别后的电子信息转换为图书馆管理系统可以识别的电子信号。该系统中采用SQL Server 2000作为数据库支撑,系统采用C/S模式,以满足支持多用户同时操作,与现有的图书馆管理系统做到无缝连接。系统使用一台专用的数据库服务器提供数据服务,客户端在使用数据库服务器之前,必须先从服务器端取得用户权限,并与服务器建立连接。因此,必须在服务器端提供一种服务程序,自动监听客户端的连接请求,判断之后,给予应答。该系统中采用DLL技术,将数据库连接内容进行合理有效的封装。建立了系统的业务模型和功能81 楼宇自动化 低压电器(200912)现代建筑电气篇模型。在分析模型的基础上,实现对象到关系数据库的映射
18、和各子系统的设计。在实现阶段采用Delphi 5.0,实现了各子系统和对整个系统的集成。利用Delphi提供的强大的数据库应用程序开发能力,为用户提供了大量的数据访问部件,开发了数据库应用程序。5 指纹识别技术在图书馆中的综合应用该系统在大型的智能化图书馆中,可进行进一步的拓展,与建筑智能化系统进行系统集成。(1)自动存包。将指纹识别技术与传统的自动寄包柜整合后,图书馆就可开展“点指存包”的服务,实现了“认人不认物”的认证飞跃,为广大读者提供了一种更安全可靠的托管物品的手段。(2)系统管理员的身份验证。把指纹识别技术与IC卡结合起来,将持卡读者的指纹(加密后)存储在IC卡上,并在I C卡的读卡
19、机上加装指纹识别系统。当读卡机阅读卡上的信息时,一并读入持卡读者的指纹,通过比对卡上的指纹与持卡读者的指纹,就可以确认持卡读者是否是卡的真正主人,并进一步与后台主机系统数据库上的指纹作比较,并限制读卡与指纹输入的时间差在秒级内完成,以确保系统安全,用以对图书馆的系统管理员进行身份验证,也可用在安全性要求严格的其他场合。(3)图书馆出入管理控制。许多智能化的图书馆入口处的身份认证是采用门禁管理系统,读者的身份认证大都使用IC卡、磁卡、I D号(如条形码)或I D+密码的方法来进行身份鉴别,这种方式存在易遗忘、可传递、盗用等安全问题。若采用指纹门禁系统,利用指纹唯一性和随身性的特点,就可真正做到“
20、认人不认物”。(4)图书馆考勤管理。图书馆采用指纹考勤系统,从根本上杜绝人情因素、代打考勤等现象。(5)网上读者身份验证。利用指纹识别技术可实现网上确认使用者的合法身份,改变目前电子出版物、数据库等生产商用限制图书馆IP或“卡号+密码”的单一方式保护版权,使校内外的本校教师均能享受同等的访问本校馆藏电子资源的权利。(6)馆内停车管理。如果将馆内停车场管理系统与指纹识别系统整合,就可让驾车到馆的读者放心看书。不仅安全、可靠,而且还省去了读者保管I C卡的麻烦。(7)指纹门锁。用于只有专职人员才有权进出的图书馆重要场所,如数字图书馆的中央机房、存放珍本和善本的古籍书库、安保监控中心等。6 结 语指
21、纹识别技术是目前生物识别技术中最成熟、应用广泛、安全、省时、可靠的身份认证方案。本文设计的图书馆读者管理系统已使用3年,效果良好。该技术在数字图书馆中的应用定会大大提高图书馆的系统安全性。【参 考 文 献】1 岑宝炽,柴晓光.民用指纹识别技术M.北京:人民邮电出版社,2004.2 李华.指纹识别技术在数字图书馆中的应用J.图书馆论坛,2005(3):92294.3 刘凡馨.指纹技术及其在读者证件系统中的应用J.现代图书情报技术,2007(3):83286.收稿日期:2009202224 的成长离不开广大作者、读者的大力支持,在这里我们杂志社全体工作人员向广大读者、作者致以崇高的敬意,同时真诚希望相关领域的专家、学者、各大专院校师生和用户积极向本杂志社投稿。稿件一经刊出,本杂志社将向作者支付一定稿酬。91