基于指纹识别技术的高校学生日常考勤系统

杜海舟，张 超，周 平，施政一，李永斌，殷卫红

(上海电力学院a.计算机与信息工程学院，b.教务处，上海 200090)

在高校的教学和学生工作管理中，考勤是一项重要的内容.目前，教师对于上课考勤及学生考试的身份认证主要采用人工登记的方法.传统的点名考勤方法存在许多弊端，比如:占用课堂时间、浪费教师精力，数据统计不方便，代替考勤等.有关部门对全校的考勤统计不但工作量大，容易出错，而且不能及时公布学生当天的考勤情况.

在信息技术越来越发达的情况下，结合高校已有的校园网建设，运用生物识别技术、指纹识别设备、网络软件管理，开发基于指纹识别的学生日常考勤系统将会给教师的日常工作带来很大的便利.

本考勤系统旨在为教师提供更加高效的处理考勤的方法，使得教学能够比较顺利地进行，不会再因为考勤等繁杂事务影响课堂教学，既减轻了教师工作量，也减少了对学生听课的影响.

1 指纹识别技术

指纹识别属于生物特征识别的一种，是通过采集指纹图像进行匹配识别，确定或确认指纹所有人身份的生物特征识别技术.其基本原理是通过取像设备读取指纹图像，然后用计算机识别软件提取指纹的特征数据，最后通过匹配算法获得识别结果［1］.

相对于其他的生理特征，指纹的唯一性、不易丢失和终身不变等特点使指纹识别在国家安全、门禁系统、考勤制度、身份管理等领域起着鉴定和记录身份的作用.因此，采用指纹识别技术进行身份验证的系统安全可靠，它可以取代传统的基于密码、钥匙和证件的安全系统.近年来，指纹识别技术的应用以爆炸性速度增长，如上海的社会保险指纹身份验证系统和香港推行的具有指纹特征的电子身份证等.

指纹识别技术主要涉及指纹图像采集、指纹图像处理、特征提取、保存数据，以及特征值的比对与匹配等过程.

人们对自动指纹识别技术进行了大量研究，ISENOR DK等人提出了一种基于图像对两幅指纹进行匹配的方法［2］.HRECHAK A K等人运用结构匹配进行指纹识别［3］.目前最常用的方法是运用FBI细节点坐标模型进行细节匹配.它利用脊线末梢与脊线分叉点这两个关键点作为特征来进行指纹识别.通过将特征点表示为点模式，自动指纹识别问题就转化为点模式匹配(细节点匹配)问题.

指纹识别技术，主要用于个人身份鉴定，可广泛用于考勤、门禁控制、PC登录认证、私人数据安全、电子商务安全、网络数据安全、身份证件、信用卡、机场安全检查，以及刑事侦破与罪犯缉捕等.

目前，我国已推出新一代指纹考勤系统、滚动指纹采集系统等，并已得到一定程度的应用［4］.特别是指纹考勤系统，充分体现了现代先进的管理思想，不仅解决了出勤问题，也规范了上下班制度.考勤系统推向市场以来，在广大用户中产生了良好反响，认为指纹考勤制度的推行，不仅建立了良好的上下班秩序，而且树立了先进的管理理念，解决了多年来采用其他考勤方式难以解决的问题，大大显示了指纹考勤系统的威力及其优越性［5-8］.

2 高校指纹考勤系统的设计与实现

2.1 系统整体结构的设计

本指纹考勤系统基于Windows XP操作平台，采用SQL Server 2005关系型数据库系统，指纹采集终端采用深圳中控科技发展有限公司生产的U.are.U 4000型指纹仪套件及其提供的软件开发包.基于指纹识别技术的高校学生日常考勤系统的整体结构如图1所示.

图1 高校指纹考勤结构

指纹采集仪通过USB接口与指纹登记终端和验证控制台相连，完成指纹的采集识别等工作.指纹登记终端从指纹仪获得指纹并确定为对应学生的指纹保存模板后，传送到应用服务器.验证控制台从应用服务器上读取模板，从指纹仪获得指纹并进行对比后显示结果，最后将结果保存到应用服务器上.数据库服务器除运行数据库系统外，还保存了指纹仪配置信息、学生信息、指纹档案、考勤数据等.Web服务器主要对系统管理各功能模块进行管理、实现，以及应用.而考勤服务程序则运行在应用服务器上，在应用服务器中进行活体指纹与学生指纹库的比对并根据自定义考勤规则生成考勤记录.整个指纹考勤系统支持TCP/IP通信方式，通过校园网络连接，方便查询管理，使考勤管理自动化成为现实，真正实现了网络化、无纸化考勤.其中，每个教室的指纹采集程序负责日常考勤时学生指纹的采集和验证工作.具体的系统数据流程如图2所示.

首先登录系统并输入管理员验证信息，通过后对指纹设备进行初始化，并清除以前的注册信息，保证硬件与软件里的资料一致.当学生上、下课时将手指按在指纹仪上，指纹仪可以连续采集多幅指纹图像，并将其中的两幅作为正式的指纹图像和备份，之后添加时间戳传送到验证控制台，并进行1∶N的比对，以确定学生身份.成功后显示学生的学号、姓名，再根据考勤时间和课程等信息，得到该学生的考勤结果并保存到应用服务器.如果比对失败，则将指纹放入未识别指纹队列中，待指纹队列清空后，服务器再依次对未识别指纹队列的指纹进行1∶1的比对.最后所有的统计信息将存入数据库，教师可以将其导入至Excel表格中，也可以通过校园网直接将本次上课的出勤情况反映到教务处的考勤系统中，这样可保证平时成绩公平、准确、自动的生成，大大提高了考勤成绩的准确性.

图2 系统数据流程

2.2 系统主要功能

根据日常教师对课程出勤率的统计的实际需要，基于指纹识别技术的高校学生日常考勤系统，主要实现以下7个功能:一是根据每门课的上课时间、地点，在规定的时间内，例如课前15 min至上课之后5 min对本次课程的学生进行指纹考勤;二是将考勤情况分为出勤、迟到和旷课3类;三是为了防止出现逃课等情况，学生上课和下课的时候均需按指纹仪;四是将课程相关信息通过管理员权限录入数据库;五是系统能自动统计学生考勤信息，包括某一门课程某一天的考勤情况，以及某门课在某学期的考勤情况，并生成相应的图表;六是所有考勤信息都可以导入至Excel表格，方便存档记录及打印;七是教师可以通过录入系统，获取所教课程的考勤信息及更为直观的图形统计分析，对教学工作及学生考试资格的判定有准确、可靠、公正的依据.此外，还可提供与高校教务系统的接口，并可根据课程情况自动生成较为公平、准确的平时成绩.

根据系统的主要功能，将整个系统分为系统管理、用户数据管理、考勤情况统计、管理员管理4个模块，并根据登录系统中不同用户的权限来限制用户对系统各个功能的使用权限.其具体模块如图3所示.

本系统用户可分为两类:一是系统管理员;二是任课教师.系统管理员主要负责系统数据库适用对象信息的管理和录入、课程考勤情况的统计及管理员的添加、删除及修改密码等操作.任课老师主要负责考勤工作，并享有查看自己所授课程学生考勤情况的操作权利.

图3 系统模块

2.3 系统主要模块的实现

2.3.1 用户登录模块

用户登录模块的核心功能是在用户登录成功后，对登录用户的操作权限进行判断，从而分配系统所提供给该用户组权限操作的系统功能.

在数据库的用户列表中，系统权限分为两类:权限值为“0”的是系统管理员权限，具备对数据库进行操作并对所有用户进行设置的权限;权限值为“1”的是任课教师的权限，具备登录系统，进行一系列有关考勤事宜的操作，并包括查看最终考勤情况等权限.

2.3.2 指纹录入模块

指纹录入模块主要是通过指纹识别设备套件中软件开发包的组件ZKFPEngX Control的触发事件来进行录入的.指纹设备初始化进入工作状态(IsRegister=True)后，调用BeginEnroll使其处于登记指纹状态，调用BeginCapture事件使识别设备处于指纹验证状态.

2.3.3 指纹考勤模块

指纹验证时，按压手指后会触发OnCapture事件和 OnCaptureToFile事件，此时通过调用VerFinger函数或IdentificationInFPCacheDB函数进行1∶1或1∶N的比对.若按压手指的指纹模板质量不合格，则本次取像无效，需要重新按压手指.当学生按压指纹识别设备时，系统将把该学生的考勤信息显示在界面上，并显示一个代表考勤成功的笑脸图像，笑脸会持续显示5 s.当下一位学生考勤时，显示的考勤基本信息也将随之更改.当点击关闭监听按钮，系统会弹出“监听已关闭”提示信息，然后系统会自动在后台将本次课程中没有进行指纹考勤的学生视为旷课处理，最后将这些旷课信息添加到数据库中.

2.3.4 考勤记录统计模块

考勤记录统计模块包括统计缺勤、迟到次数，以及将考勤数据导入至Excel等3个功能.其中，统计缺勤和迟到可通过查询数据库考勤记录表得到.例如:当考勤记录表中Status属性值为“1”时，该记录表示为“迟到”;当考勤记录表中Status属性值为“2”时，该记录表示“旷课”;当考勤记录表中Status属性值为“0”时，该记录表示“正常上课”.

2.3.5 学生信息管理模块

学生信息管理模块包含添加学生、删除学生指纹，以及指纹录入3个功能.添加学生是将学生信息逐个输入或者批量导入;删除指纹是将数据库中指纹表的学生的指纹删除，如果数据库中没有该学生指纹，系统将给出提示;指纹录入就是将学生指纹录入考勤系统数据库.

3 结语

基于指纹识别技术的高校学生日常考勤系统已在上海电力学院2009级的两个班级进行了试运行，各项性能指标均满足要求.运行结果显示，本方案所提供的指纹考勤系统无论在考勤速度还是在准确性上都达到了要求，各功能模块也都能正常工作，为考核学生的平时成绩提供了公平、准确的科学依据.另外，如何完善系统的统计分析功能还需作进一步的研究.

［1］JAIN A，LIN Hong，BOLLE R.On-line fingerprint verification［J］.IEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，1997(4):302-314.

［2］段少雄，田捷，李恒华.高效指纹考勤系统的研究与设计［J］.计算机工程，2003，29(9):37-38.

［3］周广杰，范钦满，赵志国.指纹点名系统在高校教学管理中的应用［J］.科教文汇，2009(27):64-65.

［4］张帆，杨凌云.高校网络指纹考勤系统的设计与实现［J］.信息技术，2010(3):137-138.

［5］曹丽婷，杨荣，陈旌.自动指纹考勤管理系统设计［J］.计算机系统应用，2005(8):10-12.

［6］刘灵丽，李丽娟.指纹图像预处理和特征提取［J］.计算机工程，2006，32(16):190-192.

［7］孙林森，吴小培，项明.一种有效的指纹图像预处理方法［J］.计算机技术与发展，2009(2):133-136.

［8］童晓阳，王培林.基于复合生物识别的出入门禁系统设计与实现［J］.微电子学与计算机，2007(2):117-119.