魏建新 魏 超 于江利 杜春晖

（1.河北建筑工程学院，河北 张家口075000；2.张家口市城建开发总公司，河北 张家口075000）

目前，在图书馆借阅流通部门，为确保读者持本人的借阅证借阅文献，工作人员在办理借出手续时，必须核对证件上的照片是否与持证人相符，由于受像片质量、拍摄时间等因素的影响；加之高校学生数量的急增，使得读者身份识别工作变得越来越困难；因证件被改动、证件未及时挂失而被盗用等原因所引起的文献丢失而拒绝赔偿的矛盾时常困扰着管理人员，冒用他人的借阅证借书的事件时有发生.为了防止这种情况的发生，需要由图书馆的工作人员核对借书证上的照片和到馆借阅者是否一致，如有怀疑，可以要求读者出示身份证或其他有效证件，只有核对无误后方可借阅图书馆的书刊资料.这种方法增加了工作人员的负担，降低了工作效率.而当出现矛盾时，工作人员往往把责任推到读者身上，要求读者赔偿.读者利益受损的同时，图书馆的信誉也急剧下降.

在图书馆计算机管理系统中嵌入指纹自动识别技术，是借阅手续变得十分简单.读者不用带任何证件，只需在指纹识别仪上按下指纹，即可借阅书刊，既方便了读者，减轻了工作人员的工作量，又从根本上杜绝了盗用和误用他人借书证的现象.而且指纹识别系统的实现并不是遥不可及，其指纹识别系统的硬件投资并不大，一般的图书馆都可以接受.其关键技术是识别系统软件的开发以及识别系统软件与图书馆管理系统软件的集成.

1 指纹识别技术原理

指纹的采集与分类：这是自动指纹识别系统（AFIS）运作的第一个环节.通过光学或CMOS指纹采集仪将活体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，在通过指纹分析器，根据指纹的脊和谷流向，将其分为尖拱类、拱类、左环类、右环类、旋涡类等五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德管理，减少搜索空间，加速指纹匹配过程.

指纹的压缩和存储：为了节省存储空间和便于在互联网上进行异地指纹识别，必须对指纹图进行压缩.目前有很多压缩算法，但是他们都必须保持指纹的细节匹配特征.系统采用Biokey-WSQ基于小波变换的图象压缩算法，这种算法提供了更好的压缩能力，WSQ编码是其中性能较好的一类算法.压缩比为1∶20或1∶15，即一个指纹图象可以压缩到6-10K，解压缩后不影响模板特征点的提取，我们将其用于指纹图象压缩，并考虑到指纹图象识别的需要，从尽量保持关键点信息的角度改进了该算法.

指纹的细节匹配：这是自动指纹识别系统得核心.在本系统中采用的是Biokey算法，此算法是一种快速、准确的1∶1和1∶N指纹识别算法，在使用Biokey进行指纹识别时（2000-6000枚指纹），不需要对指纹通过姓名、PIN等预先分类就可以在1-5秒（以下测试都在Pentium III 900MHz+128MB内存环境下进行）内轻松完成.Biokey算法通过自适应的、适合匹配的滤镜和恰当的阀值，减弱噪音，增强脊和谷的对比度，甚至能够从质量很差的指纹（脏、刀伤、疤、痕、干燥、湿润或撕破）中获取适当的全局和局部特征点.Biokey算法比对时支持指纹平移（＞＝指纹面积35%）和360度旋转.通过使用特殊技术实现在指纹平移和360度旋转时的快速比对（平均速度3000枚／秒），即使指纹特征点很少时（＜＝10，一般手指的特征点）＝15），也可以实现上述功能.Biokey通过分类算法（指纹被分成五大类型：拱类、左环类、右环类、尖拱类、旋涡类 “斗”），预先使用全局特征排序，从而大大的加速指纹匹配过程.

图1 系统用例图

2 图书馆读者指纹管理系统的功能

经过深入分析和对目前图书馆管理的调研，图书馆指纹识别系统的系统用例图如图1所示，根据系统用例图，设计了图书馆读者指纹管理系统的功能模块如图2所示.

本系统划分为三大模块：即系统操作模块、系统管理模块、数据管理模块.在系统操作模块中设计了指纹仪初始化模块，使计算机识别到指纹仪，正常工作时进行指纹录入、指文编辑、指纹识别、关闭设备等操作；在系统管理模块中设计了用户管理、窗口隐藏的功能；在数据管理模块中设计了读者指纹库的备份和恢复功能；并设计了在线帮助功能.

3 系统设计方法

采用Delphi5.0实现各子系统并实现了对整个系统的集成.SQL Server2000为数据库支撑.系统采用C／S模式.可以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.

（1）采用了DLL技术，将数据库连接内容进行了合理有效的封装.系统如果是初次运行，会调用数据库的自动连接向导，可以一步一步的指导操作人员进行正确的数据库设定.数据库创建，是在系统运行之前在服务器端创建支撑系统运行的初始化数据库，程序运行需要的各类信息都将在创建数据库时自动完成.

图2 功能结构图

（2）读者指纹信息的采集、识别过程实现语音提示，当读者的指纹被采集之后如果质量不合格，系统将提示登记失败（语音），并在窗体的状态栏显示登记信息 .如果登记成功，系统则提示登记成功（语音），并自动转入指纹的识别状态，同时在状态栏中给出提示信息.这种操作方式，可以方便有效的提示操作人员和读者的行为.指纹的采集是将用户的指纹信息采集到数据库中以便日后进行识别、编辑等维护.

（3）实现了读者指纹采集的严格控制，在对读者的指纹进行初次采集之后，会调用系统的指纹采集函数，判断所采集的指纹的质量，如果质量不好会给出相应的提示，如果质量良好，则系统会进入比对状态，用用户已登记的指纹模板和用户第二次的指纹进行1∶1的比对，如果比对成功则将读者指纹模板加入到比对空间，并保存到数据库中.

（4）指纹采集时实现了图形方式显示，用户每次采集的当前指纹都会以放大图片的形式显示在指纹的图片区.

（5）在指纹识别方面，采用目前国际上领先的Biokey指纹识别技术自动根据指纹情况，采取最有效的识别方案，效果明显，可以达到2000-5000枚／秒.误判率低于0.01%.

图3 指纹识别模块

4 主要功能介绍

本系统设计的功能模块有：指纹仪初始化模块，使计算机识别到指纹仪，进入正常工作状态；指纹录入模块，对初次使用的读者需进行指纹录入采集；指文编辑模块，对已录入指纹进行编辑、添加、删除等；指纹识别模块，每次读者进行借阅书籍时，在指纹仪按下指纹，系统会自动到指纹库中比对指纹，比对正确进入借阅系统；用户管理模块，对用户信息进行管理；数据管理模块中设计了读者指纹库的备份和恢复功能；并设计了在线帮助功能、窗口隐藏、关闭设备等操作.如指纹识别模块详见图3.

5 系统开发过程

（1）在需求阶段通过反复不断的与业务单位有关人员沟通交流，建立了系统的业务模型和功能模型.

（2）在分析阶段，主要是进一步深入分析和描述需求，即通过分析用况和分析类等活动建立了系统的分析模型.

（3）在设计阶段，主要是在分析模型的基础上实现对象到关系数据库的映射和各子系统的设计.并在各子系统的内部保持高内聚，在子系统之间降低偶合.

（4）在实现阶段，主要采用Delphi5.0软件编程和SQL Server2000数据库，实现了设计阶段的各子系统并实现了对整个系统的集成.系统采用C／S模式.可以支持多用户同时操作，与现有的各种图书馆管理系统做到无缝连接.

该系统经河北建筑工程学院图书馆借阅部门测试、使用后，对指纹采集、指纹编辑和指纹识别重要过程及环节进行特别控制、监督，避免了因指纹质量不好或是指纹不合格而导致的程序运行缓慢，比对结果不准确等异常情况的发生.使用后，大大减轻了图书馆操作人员的工作量，提高了工作效率，规范了读者借阅的流程，效果明显.

6 结 论

该系统推广后，可以使高校的图书管理水平迈上一个新的台阶，在图书馆身份识别方面真正达到了领先，不仅可以大大节约成本而且也规范了图书馆图书借阅的工作流程充分发挥了图书馆现有的人力物力资源，以达到资源有效使用最大化，人员工作效率最大化的满意结果.使操作人员从繁重劳动中解脱出来，利用计算机计算准确、速度快、存储容量大的特点，自动高效的完成借阅者的身份识别.为各图书馆提高管理水平，准确掌握读者情况，提高工作效率起到良好作用，有着广泛的应用前景.

［1］冯嘉礼.一种思维建构与模拟的数学理论与方法——属性论简介.广西师范大学学报（自然科学版），1999，17（02）：1～7

［2］杜占江.图书馆无证化管理模式的创建.数字化图书馆论坛，2007，8