1、本科毕业论文（20 届）基于指纹识别技术的考勤管理系统的设计与实现所在学院专业班级 计算机科学与技术学生姓名指导教师完成日期摘要指纹识别技术具有唯一性、终生不变性、非侵害性的特征，成为目前应用最广泛的生物识别技术，同时，它也是一种相对准确率最高，且最易被用户接受的身份认证方案。本文提出了一种基于指纹识别的企业员工考勤系统的设计方案。该系统利用指纹识别技术, 能够彻底解决代打卡的问题, 保证考勤数据的真实性; 另外, 该系统所实现的指纹考勤, 便于管理者实时监控员工在岗状况和及时获得考勤统计信息。近年来，国内外学者对自动指纹识别技术进行了深入和广泛的研究，取得了较大的进展人事考勤制度是公司管理制
2、度的重要组成部分。随着生物识别技术的日臻完善，市场上相继出现了识别人体生物特征的设备，比如指纹、掌形、虹膜等生物识别系统，这些高科技的出现为考勤管理更添一道保障和规范管理。综观所有生物识别考勤系统，性价比最高的还是指纹考勤系统。它应用面广，成熟，使用便利，至今在多个行业得到应用。本文章主要概述了基于指纹识别的考勤管理系统。分析了当前的形式和发展，探究指纹识别的原理，介绍了指纹识别考勤系统的设计和数据库设计，系统各功能实现。关键词: 指纹识别、 考勤、分布式、自动指纹识别技术、生物识别技术AbstractFingerprint identification technology has uniq
3、ueness, permanence, non-invasive characteristics, has become the most widely used biometric identification technology, at the same time, it is also a relatively accurate rate is highest, identity authentication scheme and the most easily accepted by users. This paper presents a design scheme of empl
4、oyee attendance system based on fingerprint identification of the enterprise. The system using the fingerprint identification technology, which can completely solve the problem of generation time, guarantee the authenticity of attendance data; in addition, fingerprint attendance checking the impleme
5、ntation of the system, easy to management and real-time monitoring of on-job and get relevant statistical information in time.In recent years, the domestic and foreign scholars have conducted in-depth and extensive research on the automatic fingerprint recognition technology, great progress has been
6、 made in personnel time and attendance system is an important part of the management system of the company. With the development of biological recognition technology is improving daily, the market emerged equipment identification human body biological features, such as fingerprint, palmprint, iris b
7、iometric systems, these high-tech appearance as the attendance management more security and management. In all the biological recognition attendance system, the highest price or fingerprint attendance system. It wide application, mature, convenient use, has been applied in many industries.This artic
8、le provides an overview of attendance management system based on fingerprint identification. Analysis of the form and development of the current, principle of fingerprint identification, introduces design and database design of attendance fingerprint identification system, system function realizatio
9、n.Keywords: fingerprint identification, attendance, distributed, automated fingerprint identification technology, biometric identification technology目录1.绪论11.1 选题背景11.2 课题研究的主要内容12.指纹识别的基本原理22.1 指纹识别系统的工作原理22.2 指纹识别系统的工作模式43.指纹识别考勤系统的设计63.1 系统功能需求63.1.1 系统体系结构63.1.2 系统功能模块设计63.2 数据流程83.3 系统结构图104.数据
10、库设计114.1 数据库概述114.2 数据流图114.3 需求分析124.4 数据库逻辑结构设计124.5 数据库表建立134.6 系统思路135.系统功能实现145.1 开发平台及系统设置145.2 开始界面的制作145.3 系统主要功能实现145.3.1 指纹图像采集功能的实现145.3.2 指纹对比算法的功能实现155.3.3 系统管理功能的实现176.总结24致谢25参考文献261.绪论1.1选题背景和意义随着网络与通信技术的飞速发展和人类物理与虚拟活动空间的不断扩大，现代社会对于人类自身身份识别的准确性、安全性与实用性提出更高要求。传统的身份识别方法已经远远不能满足这种要求，人类必
11、须寻求更为安全可靠、使用方便的身份识别新途径。于是，生物识别技术悄然兴起，并应运而生为一种新的身份识别技术。生物识别技术(Biometric Identification Technology)是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术。生物特征是唯一的(与他人不同)，可以测量或可自动识别和验证的生理特性或行为方式，分为生理特征和行为特征。生物识别系统对生物特征进行取样，提取其唯一的特征并且转化成数字代码，并进一步将这些代码组成特征模板，人们同识别系统交互进行身份认证时，识别系统获取其特征并与数据库中的特征模板进行比对，以确定是否匹配，从而决定接受或拒绝该人。生物识别技术是目前最为方便与安全的识
12、别技术，它不需要记住复杂的密码，也不需随身携带钥匙、智能卡之类的东西。生物识别技术认定的是人本身，没有什么能比这种认证方式更安全、更方便了。由于每个人的生物特征具有与其他人不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性，不易伪造和假冒，所以利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。此外，生物识别技术产品均借助于现代计算机技术实现，很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合，实现自动化管理。1.2 课题研究的主要内容本文的研究任务是设计基于指纹识别的考勤管理系统，并通过系统的具体实现，讨论应用系统的开发，并对系统的安全性和稳定性进行分析。对系统所要求的指纹识别技术进行了解，主要从硬件方面和软件方面来
13、保证系统安全稳定的运行。指纹识别技术应用最早，也最为成熟，价格成本低廉。传统的机械钥匙， “口令+密码”以及智能卡等的保护措施存在着丢失，遗忘，复制与被盗的隐患，在这种情况下指纹识别可以更好的提供用户的需求。确定系统设计的总体方案，合理的采用指纹采集设备，建立数据库，制定出合理的考勤管理办法。 合理的采用指纹采集设备，其主要目的是使用指纹来登陆考勤管理系统，防止老式打卡考勤设备的找人带打卡或找人代签的弊端。 建立数据库，根据考勤管理系统的需求，建立完善的数据库。 制定出合理的考勤管理办法，主要包括出差，请假，加班等考勤方案。使得考勤细节划分明确。2.指纹识别的基本原理2.1 指纹识别系统的工作
14、原理一般来讲，自动指纹识别算法体系大致由指纹图像采集、指纹图像预处理、特征提取、指纹分类和指纹比对几个部分组成。如图 2-1 所示：图 2-1 指纹识别系统框图1）指纹图像采集较早出现的活体指纹采集设备是光电式的，现在仍为大多数自动指纹识别系统所使用。后来出现的电容式和电感式的采集设备，在某些条件下可提高指纹采集的质量，但在耐磨性和稳定性等方面还存在一些问题。对干、湿、脏的指头或磨损严重的指纹均能可靠、正确的进行采集和尽量减少采集时的变形是指纹采集技术需要解决的主要问题。到目前为止，光学采集头提供更加可靠的解决方案。通过改进原来的光学取像技术，新一代的光学指纹采集器更是以无可挑剔的性能与相对非
15、常低的价格使电容方案相形见绌。光学技术需要一个光源从棱镜反射到按在取像采集头上的手指，光线照亮指纹从而采集到指纹。光学取像设备依据的是光的全反射原理(FTIR)。光线照到压有指纹的玻璃表面，反射光线由 CCD 去获得，反射光的量依赖于压在玻璃表面指纹的脊和谷的深度和皮肤与玻璃间的油脂和水分。光线经玻璃射到谷的地方后在玻璃与空气的界面发生全反射，光线被反射到 CCD，而射向脊的光线不发生全反射，而是被脊与玻璃的接触面吸收或者漫反射到别的地方，这样就在 CCD 上形成了指纹的图像。2） 预处理通常，指纹采集器采集到的指纹是低质量的，存在的噪声较多。通过预处理，将采集到的指纹灰度图像通过预滤波、方向
16、图计算、基于方向图的滤波、二值化、指纹图像输入预处理特征提取特征比对结果输出细化等操作转化为单像素宽的脊线线条二值图像，基于此二值图像对指纹的中心参考点以及细节特征点特征等进行提取。指纹图像预处理是自动指纹识别系统基础，是进行指纹特征提取和指纹识别不可缺少的重要步骤。好的预处理方法可以使得到的单像素宽脊线线条二值图像更接近被提取者的指纹，更准确地反映被提取指纹的特征。因此可以使后续处理中提取的指纹特征更准确，特征提取更迅速。指纹图像预处理的一般过程如图 2-2 所示。指纹图像的预处理一般采用图像增强、二值化和细化的方法来抽取脊的骨架。这类方法受指纹图像质量的影响比较大，难以得到令人满意的结果。
17、很多研究者提出了不同的预处理方法，这些方法是用局部脊方向和局部自适应阈值来增强指纹图像，但各自都有一些局限性。例如，用分块的方法实现局部自适应阈值并得到该块内的脊方向。这些方法通常是分别得到骨架和方向流结构，缺乏相关性。图 2-2 预处理框图3） 特征提取指纹的特征点分为全局特征和和局部特征。在考虑局部特征的情况下，有学者认为，在比对时只要 13 个特征点重合，就可以确认是同一个指纹，对于不同的应用情况，要求匹配的特征点的个数会有所不同，如：用在公安刑侦时要求匹配特征点的个数就要比用在指纹考勤时多。指纹的细节特征可以有 150 种之多，但这些特征出现的概率并不相等，很多特征是极其罕见的。一般在
18、自动指纹识别技术中只使用两种细节特征：纹线端点与分叉点。纹线端点指的是纹线突然结束的位置，而纹线分叉点则是纹线突然一分为二的位置。大量统计结果和实际应用证明，这两类特征点在指纹中出现的机会最多、最稳定，而且比较容易获取。更重要的是，使用这两类特征点足以描述指纹的唯一性。通过算法检测指纹中这两类特征点的数量以及每个特征点的类型、位置和所在区域的纹线方向是特征提取的任务。4） 指纹分类指纹分类的主要目的是方便大容量指纹库的管理，减小搜索空间，加速指纹匹预处理预滤波 方向图 方向滤波 二值化 细化配过程。指纹分类技术越完善，能够划分的类型越细，样本数据库每个类别中所包含的样本数量就会越少，对一次识别
19、任务来讲，需要比对的次数和时间开销就会越少。在大部分研究中，指纹一般分为五类：漩涡型、左环型、右环型、拱型、尖拱型。对于要求严格的指纹识别系统，仅按此分类是不够的，还需要进一步更加细致的分类。 5） 指纹比对指纹比对指的是通过对两枚指纹的比较来确定它们是否同源的过程，即两枚指纹是否来源于同一个手指。指纹比对主要是依靠比较两枚指纹的局部纹线特征和相互关系来决定指纹的唯一性。指纹的局部纹线特征和相互关系通过细节特征点的数量、位置和所在区域的纹线方向等参数来度量。细节特征的集合形成一个拓扑结构，指纹比对的过程实际就是两个拓扑结构的匹配问题。由于采集过程中的变形、特征点定位的偏差、真正特征点的缺失和伪
20、特征点的存在等问题，即使是两枚同源的指纹，所获得的特征信息也不可能完全一样，指纹比对的过程必然是一个模糊匹配问题。6） 可靠性问题计算机处理指纹图像时，只是涉及了指纹有限的信息，而且比对算法不是精确的匹配，因此其结果不能保证 100%准确。指纹识别系统的重要衡量标志是识别率，它主要由两部分组成：拒判率和误判率。我们可以根据不同的用途来调整这两个值，FRR 和 FAR 是成反比的，可以用 11.0 的数或百分比来表示。尽管指纹识别系统存在可靠性问题，但其安全性也比相同可靠性级别的“用户 ID 十密码”方案的安全性高得多。例如采用四位数字密码的系统，不安全概率为 0.01%，如果同采用误判率为 0
21、.01%指纹识别系统相比，由于不诚实的人可以在一段时间内试用所有可能的密码，因此四位数密码并不安全，但是他绝对不可能找到一千个人去为他把所有的手指( 十个手指) 都试一遍。正因为如此，权威机构认为在应用中 1%的误判率就可以接受。FRR 实际上也是系统易用性的重要指标。由于 FRR 和 FAR 是相互矛盾的，这就使得在实际应用系统的设计中，要权衡易用性和安全性。一个有效的办法是比对两个或更多的指纹，从而在不损失易用性的同时，最大限度地提高了系统的安全性。2.2指纹识别系统的工作模式 自动指纹识别系统的工作模式可以分为两类：验证模式和辨识模式。验证就是通过把一个现场采集到的指纹与一个已经登记的指
22、纹进行一对一的比对，来确认身份的过程。作为验证的前提条件，员工的指纹必须在指纹库中已经注册。指纹以一定的压缩格式存储，并与其姓名或其标识联系起来。随后在比对现场，先验证其标识，然后，利用系统的指纹与现场的指纹比对来证明其标识是否是合法的。所以指纹考勤系统属于验证。验证过程如图 2 -3 所示：图 2-3 指纹验证过程辨识则是把现场采集到的指纹同指纹数据库中的指纹逐一对比，从中找出与现场指纹相匹配的指纹，这也叫“一对多匹配” 。辨识过程如图 2-4 所示：图 2-4 指纹辨识过程指纹库 6 用户指纹指 纹 特 征 值指 纹 特 征 值 比对 用户 ID登记用户 ID比对指纹库指纹 特 征 值用户
23、指纹指纹 特 征 值用户 ID6 登记3.指纹识别考勤系统的设计3.1系统功能需求3.1.1系统设计原则本文所设计的指纹识别考勤系统依托于指纹采集器和个人计算机实现对员工的考勤管理。本系统严格的按照考勤的规则和安全性来设计的，充分的考虑到不同单位的考勤制度的通用性和不同之处，指纹信息库的增大，安全性高等。在设计上基本遵循了以下几点： 可靠性：可靠性是整个应用系统的基础。主要从应用软件的稳定可靠和所选设备的可靠稳定两方面来保证的。 综合性：系统基于员工的基本信息管理，考勤方案等。主要完成采集并登记员工的指纹数据，在考勤时验证指纹身份，就可查询到员工当日的上下班时间以及一些基本信息，可以和以前的考
24、勤管理系统在一定程度上融合为一体。 先进性：系统采用先进的活体指纹技术，只要第一次指纹采集的正确性。就能保证在考勤过程中的数据与人的一致，从而克服了以往考勤系统对身份验证的不足，造成企业不必要的损失。这也保证了本系统在整个考勤环节中具有先进性。3.1.2 系统功能模块设计基于指纹识别的考勤系统是先将员工的指纹先记录存储到指纹数据库中，员工在签到时系统会自行验证。核实当前员工的身份，之后实行当日的考勤方案。经后台管理员核实，最终显示考勤结果。指纹图像采集模块主要是职员进行签到时，指纹采集器对职员的指纹进行预处理，特征提取。员工上下班进行指纹登陆的数据可以作为原始考勤数据的来源，指纹采集器采集到指纹图像后,才能被计算机进行识别、处理。指纹图像的质量会直接影响到识别的精度以及指纹识别系统的处理速度,因此指纹采集技术是指纹识别系统的关键技术之一。指纹的表面积相对较小,日常生活中手指常常会受到磨损,所以获得优质的指纹细节图像是一项十分复杂的工作。指纹比对算法模块主要对提取到的指纹特征与指纹数据库的指纹进行辩识和验证两种不同的比对算法。进而核实身份。管理模块是供指纹管理员使用，用于设置用户信息，设置考勤参数，处理特殊
