1.2 Описание работы системы.

Система работает следующим образом. Контроллер производит последовательный опрос элементов терморезистивной матрицы. При превышении значения температуры на одном из элементов порогового значения 35 градусов (при поднесении руки к датчику) происходит очистка внутренних счетчиков и памяти, затем после задержки около 1 с опрос начинается с 1 элемента 1 строки и продолжается по порядку возрастания элементов. При этом значение температуры каждого элемента, преобразованное АЦП в 12-разрядный двоичный код, записывается в соответствующую ячейку памяти (суммируется с предыдущим значением). Частота опроса составляет около 1 МГц, продолжительность цикла 0,02 с. Происходит 100 циклов сканирования (опроса элементов), что позволяет повысить точность измерения температуры в 10 раз. Если в течение 1 цикла не будет зафиксировано значение, превышающее пороговое, (при преждевременном убирании руки) сканирование прекращается. Затем происходит деление значений, накопившихся в ячейках памяти, на 100 для нахождения среднего арифметического. В результате в оперативной памяти контроллера формируется температурная карта руки. После этого микроконтроллер формирует сигнал готовности, поступающий на ЭВМ. ПО системы идентификации личности воспринимает этот сигнал и начинает контролировать процесс пересылки данных из памяти контроллера в ЭВМ через порт. Одновременно загорается индикатор, сигнализирующий о возможности убрать руку.

В результате в памяти ЭВМ формируется изображение температурной карты руки посетителя (работника) с разрешением по уровню 16 бит на точку. Это изображение поступает в модуль предварительной обработки изображения, в котором производится его обработка, состоящая из увеличения эффективного разрешения, нормализации и фильтрации. Увеличение разрешения необходимо для повышения точности сопоставления и распознавания. Увеличение разрешения производится в 5 раз по вертикали и горизонтали, при этом учитывается взаимное влияние соседних точек. Адаптивный алгоритм позволяет произвести сглаживание областей и увеличение четкости на их границах. Нормализация состоит в стандартизации уровней отдельных точек изображения и необходима для компенсации неравномерности прижатия руки к датчику и колебаний средней температуры руки. При нормализации уровни точек умножаются на определенный коэффициент, чтобы наибольший уровень принял максимально возможное значение, гамма, яркость и контраст изменяются таким образом, что распределение уровней принимает вид нормальной кривой. Фильтрация представляет собой модификацию частотной функции изображения. Для этого применяется быстрое преобразование Фурье и взвешенный матричный фильтр. Фильтрация подавляет низкочастотную составляющую, не несущую полезной информации, снижает уровень высокочастотных шумов, повышает контурную резкость.

Затем обработанное изображение передается в систему распознавания образов. Система распознавания образов производит последовательный перебор всех работников предприятия, зарегистрированных в базе данных, по личному коду. Из базы данных извлекается температурная карта руки текущего работника и сравнивается с температурной картой посетителя. Сравнение происходит в 2 этапа. Сначала проверяется совпадение макрообластей, которые зависят от геометрических размеров руки. Следующий этап выполняется только при положительном результате предыдущего. Он состоит в сравнении микрообластей, зависящих от расположения микрососудов и линий на поверхности ладони и являющихся индивидуальными для каждого человека. При сравнении учитываются возможные неточности и изменения, появившиеся со временем. При успешном результате сравнения температурные карты считаются идентичными.

Перебор данных осуществляется в следующем порядке. Сначала проверяются работники, которые должны подойти в данное время по графику работы. В первую очередь происходит проверка работников, приходящих раньше всех (судя по графику приходов и уходов). Уже вошедшие (зарегистрированные) работники и работники, не обладающие правом прохода в данное время, проверяются в последнюю очередь. Это позволяет сократить среднее время перебора, а следовательно время ожидания.

Если в базе данных найдена температурная карта руки работника, соответствующая полученной с датчика, то его личность считается идентифицированной. В этом случае личный код работника передается в систему учета, которая проверяет, обладает ли пришедший работник правом прохода в данное время. Если посетитель имеет право прохода, система учета сигнализирует об этом системе идентификации, которая формирует сигнал, отпирающий дверь. Система идентификации сохраняет новую температурную карту руки вошедшего работника в базе данных, заменяя старую. Это позволяет учитывать медленные изменения, происходящие вследствии биологических процессов.

Если температурная карта руки посетителя отсутствует в базе данных или он не обладает правом прохода, система идентификации личности выдает соответствующий сигнал. Сигнал выдается также в случае возникновения непредвиденной ситуации, например, если пытается войти посетитель, температурная карта руки которого совпадает с картой руки уже вошедшего работника. Также выводится информация о предполагаемом работнике (с наибольшей вероятностью правильного распознавания), которую администратор может подтвердить или опровергнуть. Администратор может воспользоваться дополнительным каналом связи для общения с посетителем, открыть дверь или зарегистрировать температурную карту руки в базе данных.

После входа работника модуль учета производит считывание текущего времени и даты с системных часов. Затем данные о времени прихода фиксируются в базе данных и выводятся на монитор для текущего контроля. Одновременно время прихода сравнивается со значением времени, указанным в графике работы за текущую дату. Опозданием считается, если значение времени прихода превышает время, указанное в графике работы. Если опоздание значительно, то администратору выдается соответствующее сообщение. В конце рабочего дня формируется отчет, содержащий информацию о всех опозданиях и прогулах за день, с указанием учетных данных работника и времени опоздания.

При поступлении команды от администратора через интерфейсный модуль модуль анализа посылает СУБД запрос на формирование соответствующего отчета. Опоздавшие работники выявляются следующим образом: если на конкретную дату время прихода работника, зарегистрированное в графике приходов и уходов в базе данных, позднее, чем указано в графике работы, то работник считается опоздавшим. Прогулы фиксируются, если система не зарегистрировала прихода работника на конкретную дату, которая присутствует в графике работы. Отчет выводится на монитор и при необходимости распечатывается.

СУБД осуществляет доступ к базе данных о работниках предприятия. При поступлении запроса от системы идентификации или учета СУБД производит поиск или модификацию необходимых данных и передает их запрашивающей системе.

Структурная схема аппаратной части системы:

Структурная схема датчика:

Нормирующий усилитель (NA):

Терморезистор (TR):

Блок электронных ключей (ES):

Преобразователь сопротивление – напряжение (RU):

Цифро-аналоговый преобразователь (DAC):

Аналого-цифровой преобразователь (ADC):

Структурная схема программной части системы:

Блок-схема работы контроллера: