门禁系统的gui设计本科学位论文.docx
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门禁系统的gui设计本科学位论文
门禁系统的GUI开发
AccessControlSystemGUIDevelopment
摘要
门禁系统作为一项先进的高科技防范技术和管理手段,早已超越了单纯的门道及钥匙管理,它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。
它已经广泛应用于企事业单位、科研机构、工业、博物馆、酒店、商场、医疗监护、银行、监狱等,特别是由于系统本身具有隐蔽性,及时性等特点,在许多领域的应用越来越广泛。
现在国际上最流行最通用的还是非接触IC卡门禁系统。
但密码门禁系统存在是密码容易泄露,又无从查起,安全系数很低的问题,已经面临淘汰。
而生物识别门禁系统安全性高,保密和方便,所采用的生物特征识别技术具不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地可用等优点。
目前在医学科技领域对人类大脑功能活动管理的高级研究项目中发现每个人的每根手指的手指静脉图像都不相同,所以,基于手指静脉图像原理的生物识别技术就有可能成为现实。
该项目通过红外线摄像机捕捉到独有的手指静脉图样,然后再和预先注册的手指静脉图样进行比较,对个人进行身份鉴定。
门禁系统的GUI在Linux系统上工作,采用Fedora10.0作为开发平台,借助C语言结合GTK2.0和Glade辅助开发工具进行开发。
GUI由用户考勤模块和管理员模块组成。
本项目完成的GUI界面通过员工手指静脉验证唯一确认员工身份,不存在仿制或失窃的风险,保证了使用者的便捷性和清洁性。
关键词:
指静脉;GUI;GTK2.0;门禁;考勤
AccessControlSystemGUIDevelopment
Abstract
Entranceguardsystemasanadvancedtechnologyandmanagement,preventthehigh-techmeans,hassurpassedthedoorwaysandkeymanagement,pure,ithasgraduallybecomeacompletesetofmanagementsystems.Ithasbeenwidelyappliedinenterprises,scientificresearchinstitutions,industrial,museums,hotels,stores,medicalcare,bank,prison,especiallybecausethesystemitself,timelinesslatentetc,inmanyfieldsusedmorewidely.Now,theinternationalpopularmostcommonornon-contactICdoorsystem.Butthepasswordtoaccesssystemisthepassword,andnocheckleakage,safetycoefficientislow,theproblemhasbeenfacingelimination.Whilebiometricaccesssystem,highsecurityandconfidentiality,adoptionofconvenientbiometrictechnologyhasnotforgotten,goodperformance,easyforgedorstolen,portable"portable"anytimeandusableadvantages.
InmedicalscienceandtechnologyfieldHitachiofhumanbrainactivity'sseniormanagementresearchprojectsthateachpersoneveryfingerfingersveinimagearenotallthesame,so,basedontheprincipleoffingerveinimageofbiometricsmightbecomeareality.Thisprojectthroughinfraredcamerascapturedthefingersofuniquedesign,thenveinandpriorregisteredfingersforcomparison,intravenouspatternofpersonalidentification.TheentranceguardsysteminGUI,USESLinuxsystemdevelopingplatform,Fedora10.0asGTK2.0combinedwithCGladeandauxiliarytoolsfordevelopment.GUIincludesofusersattendancemoduleandadministratorsmodules.
ThisprojectcompletionofGUIinterfacethroughvenousverificationonlyconfirmedfingersemployeeidentity,employeesorstolenrisk,genericguaranteeusersconvenientandclean.
KeyWords:
Referstothevein;GUI;GTK2.0;Access;Attendance
引言
出入管理控制系统(简称门禁系统),具有对门户出入控制、实时监控、保安防盗报警等多种功能,主要方便内部员工出入,杜绝外来人员随意进出,既方便了内部管理,又增强了内部的保安,从而为用户提供一个高效和具有经济效益的工作环境。
它在功能上实现了通讯自动化(CA)、办公自动化(OA)和管理自动化(BA),以综合布线系统为基础,以计算机网络为桥梁,全面实现对通讯系统、办公自动化系统的综合管理。
原始的门禁系统就是我们传统的"锁",随着科技的不断发展门禁系统从最原始的"锁",逐渐发展到接触式的磁卡门禁,然后又到接触式的IC卡门禁,乃至现在的感应式ID卡的门禁系统和更高级别的指纹、掌纹、瞳孔等生物识别的门禁。
而门禁要实现的也不再仅限于原始的"看门"功能,现在的门禁不但可以实现原始的"看门"功能,还根据现代人高效的生活节奏、高科技的管理要求增加了许多有效的管理功能
现在门禁系统系统作为一项先进的高科技技术防范和管理手段,门禁系统早已超越了单纯的门道及钥匙管理,它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。
它已经广泛应用于企事业单位、科研机构、工业、博物馆、酒店、商场、医疗监护、银行、监狱等,特别是由于系统本身具有隐蔽性,及时性等特点,在许多领域的应用越来越广泛。
最近几年随着感应卡技术,生物识别技术的发展,门禁系统得到了飞跃式的发展,进入了成熟期,形成了比IC卡更安全的身份识别技术,它们在安全性,方便性,易管理性等方面都各有特长,在门禁系统的应用领域也越来越广。
国内对于生物识别技术的开发和应用相对起步较晚,但近几年来却发展迅速,指纹门禁系统,虹膜门禁系统,面部识别门禁系统,乱序键盘门禁系统等各种技术的系统被广泛使用,而基于手指静脉图像原理的生物识别技术应用于门禁系统更加提高了门禁系统的安全和保密性。
1绪论
1.1课题背景及意义
门禁系统系统作为一项先进的高科技技术防范和管理手段,门禁系统早已超越了单纯的门道及钥匙管理,它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。
它已经广泛应用于企事业单位、科研机构、工业、博物馆、酒店、商场、医疗监护、银行、监狱等,特别是由于系统本身具有隐蔽性,及时性等特点,在许多领域的应用越来越广泛[1]。
现在国际上最流行最通用的还是非接触IC卡门禁系统。
密码门禁系统存在的问题是密码容易泄露,又无从查起,安全系数很低,已经面临淘汰。
然而现在IC卡的缺陷日益明显,因为每次从IC卡中读取的数据是静态的,通过内存扫描或网络监听等技术还是很容易截取到用户的身份验证信息,或者IC卡丢失和被盗用,导致非法用户变成合法用户进行信息系统,因此还是存在安全隐患。
而生物识别门禁系统安全性高,保密和携带方便。
生物特征识别技术具不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地可用等优点。
而基于手指静脉图像原理的生物识别技术应用于门禁系统更加提高了门禁系统的安全和保密性。
本论文课题就是在这种背景下提出的。
1.2国内外发展动态
随着生活素质的不断提高,人们对安全管理提出了更高的要求。
门禁控制系统作为安防系统中的主要组成部分,能有效实现建筑物出入口的安全管理。
一套现代化的、功能齐全的门禁系统,不仅可用于进出口管理,而且还有助于内部的有序化管理。
它将时刻自动记录人员的出入情况,限制内部人员的出入区域、出入时间,礼貌地拒绝不速之客,同时也将有效的保护您的财产不受非法侵犯。
门禁系统的实现从最初的钥匙、密码、接触式IC卡到现今流行的感应卡,其所要实现的目标是更安全、更方便。
然而,真正的安全从来没有实现过。
在这些系统中,有一个从根本上无法解决的问题,那就是无法确认使用者身份。
钥匙可以被复制,密码可以被破解,智能卡也可以被盗取。
门禁系统发展的最终目标只能是生物特征识别。
随着时代的变迁,技术的进步,门禁产品由过去的机械锁具到电动门锁,再到现在应用广泛的磁卡、IC卡及生物识别门禁的变革,技术也由过去繁锁的人工到电动自控,以及无人化、网络化、智能化联网系统的发展。
可以说大大减轻了人工劳动强度,提高了工作效率,使办公居家场所的安全性日益完善[2]。
门禁系统是随着自动识别技术的发展而迅速发展起来的,国外门禁系统的知识品牌有美国的休斯(HID)、西屋(WSE)、洛泰克(NTK),以色列的DDS、英国的集宝等品牌。
国内从事门禁系统有门吉利、捷顺、北京青云等公司。
目前,国内外研制和使用的门禁系统主要集中在感应门禁系统和生物识别门禁系统。
在生物识别门禁系统中又以指纹门禁系统应用最为广泛。
随着计算机图像处理和模式识别理论以及大规模集成电路技术的不断发展与成熟,指纹自动识别系统的体积不断缩小,其价格也不断降低[3]。
据国际生物认证团(IBG)的预测:
美国生物认证市场2002年突破7亿美元,其中指纹识别占近50%,虹膜识别占8%。
美国生物认证市场到2005年将达到19亿美元,指纹识别占近40%,虹膜识别占10%左右。
美国生物识别市场在未来几年中仍将会保持高速增长的趋势,纵观门禁市场发展,预计未来1-3年中国门禁市场的平均增长比例将达到20%以上。
目前国外生产的门禁系统安全性较高,但是价格昂贵,感应式门禁系统控制器的价格从4000到3万元不等,包括读卡器、门锁、控制器、软件在内的一套系统报价在万元以上。
国内生产的感应式门禁系统和指纹门禁系统价格较国外同类产品价格低大约10%-50%,但系统的可靠性稍差。
高级智能型门禁控制系统是当前门禁系统的重要发展方向,高级智能型门禁系统是一种联网式门禁系统,功能也比较完善。
但对于一般的企业、住宅小区来说,并不是最理想的选择。
这种门禁系统常用于国防、军事等单位。
随着计算机的迅速普及与发展,越来越多的控制设备逐渐被计算机取代,维护人员的监视和维护也越来越集中,越来越多的系统逐渐向智能化发展。
由于计算机网络的发展,通过中心或通过一个端点就能对设备进行监控与维护。
通过局域网对本地区的设备进行集中监控与维护,可提高系统的可靠性,减少故障的发生率和处理时间等。
随着智能建筑的推广和智能小区的安全防范工作的加强,有必要建立连网门禁系统,可见,门禁系统将有更广阔的发展空间。
最近几年随着感应卡技术,生物识别技术的发展,门禁系统得到了飞跃式的发展,进入了成熟期,出现了感应卡式门禁系统,指纹门禁系统,虹膜门禁系统,面部识别门禁系统,乱序键盘门禁系统等各种技术的系统,它们在安全性,方便性,易管理性等方面都各有特长,门禁系统的应用领域也越来越广[4]。
门禁系统按进出识别方式可分为以下三大类:
(1)密码识别:
通过检验输入密码是否正确来识别进出权限。
这类产品又分两类:
一类是普通型,一类是乱序键盘型(键盘上的数字不固定,不定期自动变化)。
普通型:
优点:
操作方便,无须携带卡片;成本低。
缺点:
同时只能容纳三组密码,容易泄露,安全性很差;无进出记录;只能单向控制。
乱序键盘型(键盘上的数字不固定,不定期自动变化):
优点:
操作方便,无须携带卡片,安全系数稍高
缺点:
密码容易泄露,安全性还是不高;无进出记录;只能单向控制。
成本高。
(2)卡片识别:
通过读卡或读卡加密码方式来识别进出权限,按卡片种类又分为:
磁卡
优点:
成本较低;一人一卡(+密码),安全一般,可联微机,有开门记录
缺点:
卡片,设备有磨损,寿命较短;卡片容易复制;不易双向控制。
卡片信息容易因外界磁场丢失,使卡片无效。
射频卡
优点:
卡片,设备无接触,开门方便安全;寿命长,理论数据至少十年;安全性高,可联微机,有开门记录;可以实现双向控制。
卡片很难被复制
缺点:
成本较高
(3)人像识别:
通过检验人员生物特征等方式来识别进出。
有指纹型,虹膜型,面部识别型。
优点:
从识别角度来说安全性极好;无须携带卡片
缺点:
成本很高。
识别率不高,对环境要求高,对使用者要求高(比如指纹不能划伤,眼不能红肿出血,脸上不能有伤,或胡子的多少),使用不方便(比如虹膜型的和面部识别型的,安装高度位置一定了,但使用者的身高却各不相同)
值得注意的是一般人认为生物识别的门禁系统很安全,其实这是误解,门禁系统的安全不仅仅是识别方式的安全性,还包括控制系统部分的安全,软件系统的安全,通讯系统的安全,电源系统的安全整个系统是一个整体,哪方面不过关,整个系统都不安全。
例如有的指纹门禁系统,它的控制器和指纹识别仪是一体的,安装时要装在室外,这样一来控制锁开关的线就露在室外,很容易被人打开。
2相关基础知识与技术
2.1GTK+2.0
2.1.1GTK
GTK(GIMPToolkit)是一套跨多种平台的图形工具包,按LGPL(GNU库通用公共许可证)许可协议发布的,所以你可以用它来开发开源软件、自由软件,甚至是封闭源代码的商业软件,而不用花费任何钱来购买许可证和使用权。
虽然最初是为GIMP(GNU图像处理程序)写的,但目前已发展为一个功能强大、设计灵活的一个通用图形库。
GTK是在GDK(GIMPDrawingKit)和gdk-pixbuf的基础上建立起来的,GDK基本上是对访问窗口的底层函数(在X窗口系统中是Xlib)的一层封装,gdk-pixbuf是一个用于客户端图像处理的库。
特别是被GNOME选中使得GTK+广为流传,成为Linux下开发图形界面的应用程序的主流开发工具之一,当然GTK+并不要求必须在Linux上,事实上,目前GTK+已经有了成功的windows版本。
GTK虽然是用C语言写的,但是您可以使用你熟悉的语言来使用GTK,因为GTK+已经被绑定到几乎所有流行的语言上,如:
C++,PHP,Guile,Perl,Python,TOM,Ada95,ObjectiveC,FreePascal,andEiffel。
GTK的创建者是:
PeterMattispetm@xcf.berkeley.edu
SpencerKimballspencer@xcf.berkeley.edu
JoshMacDonaldjmacd@xcf.berkeley.edu
GTK的当前维护者是:
OwenTaylorotaylor@
TimJaniktimj@gtk.org[5]
GTK实质上是一个面向对象的应用程序接口(API)。
尽管完全用C写成的,但它是基于类和回调函数(指向函数的指针)的思想实现的。
还有一个名为GLib的第三个组件,包含一些标准函数的替代函数,以及一些处理链表等数据结构的函数等。
这些替代函数被用来增强GTK的可移植性,因为它们所实现的一些函数在其它Unix系统上未实现或不符合标准,比如g_strerror()。
一些是对libc的对应函数的增强,比如g_malloc()具有增强的调试功能。
2.1.2GTK+体系结构
GTK+由以下几个部分组成:
GLib:
一个底层库,封装了基本的数据结构操作、底层功能接口以及平台相关的代码。
它是GTK+的基础;
GDK(GIMPDrawingKit),封装了底层访问窗口系统的函数,如Xwindow系统中的Xlib;
gdk-pixbuf:
一个客户端的图像处理库;
Pango:
一个文本布局和渲染库,着重解决国际化功能。
它是GTK+2.0文本和字体处理的核心;
Cairo:
一个2D图形库,支持多种输出设备(如Xwindow,Win32),支持硬件加速功能;
ATK:
一组提供访问性的接口,支持screenreader,magnifiers和其它的输入设备。
GTK+2依赖于ATK和Pango。
ATK是可访问性工具箱(AccessibilityToolkit),它能使残障人士使用GTK+应用程序。
Pango是显示国际化文本的框架
在2.0版中,GLib又加入这样一些新内容:
构成GTK类层次基础的类型系统(typesystem),在GTK中广泛使用的信号系统,对各种不同平台的线程API进行抽象而得的一个线程API,以及一个加载模块的工具[5]。
作为最后一个组件,GTK使用了Pango库来处理国际化文字输出。
2.2GLADE
虽然有了GTK+,但是要用GTK+来撰写程式并不是一件轻松的事,因为要完成一个GUI-based的应用程式,得靠自己用熟悉的文书编辑器,一行一行把C程式码敲出来。
而Glade正是用于创建基于GTK工具包和GNOME桌面RAD(快速应用开发)工具。
其界面是类似于GIMP,可以进行定制,甚至嵌入到Anjuta。
Glade包括一些接口模块,如文本框,对话框标签,数字输入,复选框,菜单,使界面的开发更快。
界面设计存储为XML格式,从而使这些设计可以方便地与外部接口结合。
安装Glade也很简单。
例如,在Fedora中,您可以敲入命令yum安装glade3。
Glade没有像Anjuta一样的强大的项目管理,但您可以创建,编辑和保存项目。
Glade是GTK+图形使用者介面产生器(UserInterfaceBuilderforGTK+).也就是说,Glade是个VisualProgrammingTool,和MicrosoftWindows平台的VisualTools(VB、Delphi)类似,只要用滑鼠拉一拉,它就会自动帮你产生Csourcecode。
所以我们就不用再去为画面的设计烦脑,用Glade设计好画面,再用编辑器把程式码稍为修修减减就OK了。
(现在也有各种语言如C++、Ada95、Python、Perl等的GTK+介面,如果再搭配其它工具,也可以自动产生C++,Ada95,PythonandPerl的程式码)。
Glade可为你生成界面代码,基本过程如下:
(1)让Glade设计出界面元素,设置界面元素属性,为构件的信号设置回调函数;
(2)将其存为XML格式,观察并修改不符合要求的部分;
(3)编写应用其它部分代码,并在应用中载入Glade文件,编译C代码生成执行文件。
这种模式使设计界面与其它部分代码完全分开,并且有可能做到在对界面进行改动后不必对应用进行编译。
图形用户界面设计小组可不必关心应用程序的运行细节,同时编程人员也可以把他们的时间用于其它方面,而不需为界面的修改重复编写大量烦琐的Gtk+函数。
这种分工开发的形式符合软件工程的要求,对GUI软件的开发也更方便。
2.3指静脉识别技术
2.3.1生物识别技术
(1)生物识别定义
生物识别技术主要是指通过人类生物特征进行身份认证的一种技术,这里的生物特征通常具有唯一的(与他人不同)、可以测量或可自动识别和验证、遗传性或终身不变等特点。
所谓生物识别的核心在于如何获取这些生物特征,并将之转换为数字信息,存储于计算机中,利用可靠的匹配算法来完成验证与识别个人身份的过程。
(2)生物识别技术的特征分类
生物识别的涵义很广,大致上可分为身体特征和行为特征两类。
身体特征包括:
指纹、掌静脉、掌型、视网膜、虹膜、人体气味、脸型、甚至血管、DNA、骨骼等;行为特征则包括:
签名、语音、行走步态等。
生物识别系统则对生物特征进行取样,提取其唯一的特征转化成数字代码,并进一步将这些代码组成特征模板,当人们同识别系统交互进行身份认证时,识别系统通过获取其特征与数据库中的特征模板进行比对,以确定二者是否匹配,从而决定接受或拒绝该人。
由于人体生物特征的自然属性有着各自的特性某一应用领域可能特别需要某种生物特征,如刑侦应用与手掌静脉、指纹识别、亲子鉴定与DNA等。
与其他生物特征相比,虹膜组织更适合于信息安全和通道控制领域。
例如,虽然多种特征都具有因人而异的自然属性,但虹膜的重复率极低,远远低于其他特征。
又如,容易留痕迹可以给刑侦带来很大方便,但痕迹易被他人利用来造假,则不利于信息安全。
再则,虹膜相对不易因伤受损,更加大大减少了因外伤而导致无法进行识别的可能性。
而手掌静脉识别更完美,精确度可以和虹膜识别媲美,无需接触,操作方便,适应人群广泛。
2.3.2指静脉识别技术
手指静脉识别是一种利用近红外线照射对手指内的静脉进行照射,通过取得的图像并进行加密,认证的技术。
医学研究证明,手指静脉的形状具有唯一性和稳定性,即每个人的手指静脉图像都不相同,同一个人不同的手指的静脉图像也不相同;健康成年人的静脉形状不再发生变化。
这就为指静脉提供了医学依据。
手指静脉识别技术源于日立公司在医学科技领域对人类大脑功能活动管理的高级研究项目,在这项研究中,近红外线被用来观察血液流量的增加情况,研究人员同时发现,这种技术同时也适用于手指静脉图像的采集工作。
由于每个人的每根手指的手指静脉图像都不相同,所以,基于手指静脉图像原理的识别技术就有可能成为现实。
2.3.3指静脉识别技术的优点
同其它生物识别技术相比较而言,手指静脉识别技术具备以下几大主要优势:
(1)安全性高
手指静脉系统的原理是匹配手指内部静脉的纹路图。
因为静脉血管是隐藏在手指内部的,因此极难复制和盗取,与别的利用人体体外特征进行的技术相比较,这种方式的安全性更高。
同时,静脉能感知手指内的血液流动和血压情况,能够在识别的过程同时进行活体检测。
(2)准确率高
因为采样样本是在人体内部,所以匹配过程中受到外界的干扰非常小。
手指静脉的准确性很高,根据严格的医学证明和数学统计,FRR(拒真率)小于0.01%,FAR(认假率)小于0.0001%,FTE(登录失败)为0%。
(3)唯一性
根据医学证明,不同人之间的手指静脉分布完全不同,左手和右手的静脉分布也不同,就算是双胞胎的相同手指,其中的静脉分布也是不同的。
而且手指静脉的纹路分布在成年后是不会变化。
对于未成年人,当他们手指静脉随着年龄的增长变化后,只需要花
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