【正文】 我將永遠(yuǎn)銘記各位老師對(duì)我在學(xué)習(xí)、生活等各方面的諄諄教誨和無(wú)微不至的關(guān)懷。 圖 46 二值化后的指紋圖像 第 31 頁(yè) 共 34 頁(yè) 圖像的細(xì)化 首先對(duì)二值化后的圖像進(jìn)行一次二值濾波處理，然后通過(guò)逐層迭代算法，得到如圖 47所示的指紋細(xì)化圖像 。經(jīng)過(guò)上述濾波處理后 ， 一些斷裂和叉連現(xiàn)像被消除了 ， 紋線(xiàn)也得到了增強(qiáng) ， 如圖 45所示。每一行的系數(shù)由中間向兩端很快地衰減 ， 這是為了避免破壞大曲率的紋線(xiàn)構(gòu)型。 圖 42 指紋的方向圖 第 28 頁(yè) 共 34 頁(yè) 方向圖求出后，需要平滑圖中的噪音。 2. 指紋的比對(duì) 在進(jìn)行指紋比對(duì)之前 ， 一定要存在指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。經(jīng)過(guò)此細(xì) 化算法處理后 ， 得到單像素寬的 8連通的指紋圖像。如果此連接成分?jǐn)?shù)為 1， 則說(shuō)明刪除當(dāng)前像素點(diǎn)不會(huì)改變?cè)瓐D的連通性 ； 若大于 1 ， 則改變了原圖的連通性。那么對(duì)高通濾波而言， ),( vuH 使高頻分量通過(guò)，低頻分量抑制。二維中值濾波的窗口形狀和尺寸對(duì)濾波效果影響較大，不同的圖象和不同的應(yīng)用要求，往往采用不同的窗口形狀和尺寸。在實(shí)際運(yùn)用中不需要圖象的統(tǒng)計(jì)特性，這帶來(lái)很多的方便，但是對(duì)一些細(xì)節(jié)多，特別是點(diǎn)、線(xiàn)、頂尖細(xì)節(jié)多的圖像不宜采用中值濾波方法。 2) 刪除 刪除算法把同時(shí)滿(mǎn)足以下條件的像素 p 值取為 0 ： a) p為 1 像素 ； b) (p1 + p2 + p3)(p5 + p6 + p7)+(p3 + p4 + p5)(p7 + p8 + p1) = 0 ； c) p不是端點(diǎn)。根據(jù)指紋圖中脊線(xiàn)與谷線(xiàn)寬度大致相等的特點(diǎn) ， 即二值化后黑白像素的個(gè)數(shù)應(yīng)大致相同 ， 采用局部域值自適應(yīng)算法。由于其應(yīng)用的特殊性 ， 決定其特殊的設(shè)計(jì)方法。dS ， 進(jìn)一步得到其最小值 S=min( dS / 39。39。像素點(diǎn)的方向是指其灰度值保持連續(xù)性的方向 ， 可以根據(jù)像素點(diǎn)鄰域中的灰度分布來(lái)判斷 ， 反映了指紋圖上紋線(xiàn)的方向。在這種情 況下 ， 用通常的基于灰度的預(yù)處理方法就會(huì)產(chǎn)生誤特征。 第 18 頁(yè) 共 34 頁(yè) 指紋識(shí)別模塊算法 預(yù)處理 指紋的特征是指指紋脊線(xiàn)的某種構(gòu)型 ， 如端點(diǎn)、分叉等。 半導(dǎo)體指紋傳感器使用了可以局部調(diào)整的自動(dòng)控制技術(shù) ， 可以自動(dòng)調(diào)節(jié)指紋圖像像素行 ， 以及指紋局部范圍的靈敏度 ， 產(chǎn)生高質(zhì)量的指紋圖像 。 它是最常見(jiàn)的半導(dǎo)體取像傳感器 。 關(guān)于光學(xué)取像技術(shù)的新技術(shù) (CCD原理不變 )有： (1) 利用小纖維光束來(lái)獲取指紋圖像。 像輸入 指紋取像為數(shù)字圖像后才能被計(jì)算機(jī)識(shí)別，指紋圖像的質(zhì)量直接影響到識(shí)別的精度以及指紋識(shí)別系統(tǒng)的處理速度，因此指紋取像技術(shù)是指紋識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本章將對(duì)指紋識(shí)別模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述，并對(duì)預(yù)處理過(guò)程提出了自己的算法。 大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要用來(lái)保存考勤記錄，由于考勤記錄必須在一段時(shí)間內(nèi)有效保存， 第 14 頁(yè) 共 34 頁(yè) 并且不能因斷電而丟失數(shù)據(jù)，因此選用 E2PROM芯片作為存儲(chǔ)器。其他通用雙向 I/O 口用來(lái)檢測(cè)鍵盤(pán)的按鍵信號(hào)，以及控制液晶顯示器的顯示、大容量存儲(chǔ)器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的讀寫(xiě)操作。 ： (1)設(shè)置考勤機(jī)的日期、時(shí)間； (2)設(shè)置考勤機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址碼； (3)設(shè)置考勤機(jī)的進(jìn)出狀態(tài)； 第 11 頁(yè) 共 34 頁(yè) (4)獲取考勤機(jī)中用戶(hù)指紋總數(shù)和指紋編號(hào)詳細(xì)列表； (5)刪除考勤機(jī)中指定用戶(hù)指紋或所有指紋； (6)獲取和設(shè)置考勤機(jī)中指定用戶(hù)指紋的特征數(shù)據(jù)； (7)獲取考勤機(jī)中考勤記錄總數(shù)和詳細(xì)考勤記錄； (8)刪除考勤機(jī)中所有考勤記錄。指紋考勤機(jī)的控制軟件功能主要包括四類(lèi) ： 考勤識(shí)別驗(yàn)證、用戶(hù)指紋管理、考勤機(jī)設(shè)置、聯(lián)機(jī)管理。 4 4 鍵盤(pán) 、大屏幕 LCD 液晶顯示器和蜂鳴器是指紋考勤機(jī)的人機(jī)交互接口設(shè)備。管理 PC機(jī)定時(shí) (如一周 /一月 )通過(guò) 485 網(wǎng)絡(luò)與聯(lián)網(wǎng)的所有指紋考勤機(jī)通訊，從各臺(tái)指紋考勤機(jī)中讀取考勤記錄和已登記用戶(hù)的指紋數(shù)據(jù)，并根據(jù)管理需要，統(tǒng)一修改各臺(tái)指紋考勤機(jī)的參數(shù)， 調(diào)整用戶(hù)從不同門(mén)進(jìn)出的權(quán)限。對(duì)于預(yù)處理過(guò)程，提出了新的算法。正因?yàn)槿绱?，?quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)為在應(yīng)用中 1%的誤判率就可以接受。細(xì)節(jié)特征的集合形成一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，指紋比對(duì)的過(guò)程實(shí)際就是兩個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的匹配問(wèn)題。通過(guò)算法檢測(cè)指紋中這兩類(lèi)特征點(diǎn)的數(shù)量以及每個(gè)特征點(diǎn)的類(lèi)型、位置和所在區(qū)域的紋線(xiàn)方向是特征提取的任務(wù)。這些方法通常是分別得到骨架和方向流結(jié)構(gòu)，缺乏相關(guān)性。指紋圖像預(yù)處理 是自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)基礎(chǔ)，是進(jìn)行指紋特征提取和指紋識(shí)別不可缺少的重要步驟。光線(xiàn)經(jīng)玻璃射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，光線(xiàn)被反射到 CCD，而射向脊的光線(xiàn)不發(fā)生全反射，而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方，這樣就在 CCD 上形成了指紋的圖像。如圖 13 所示： 圖 13 指紋識(shí)別系統(tǒng)框圖 1. 指紋圖像采集 較早出現(xiàn)的活體指紋采集設(shè)備是光電式的，現(xiàn)在仍為大多數(shù)自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)所使用。作為驗(yàn)證的前提條件，他或她的指紋必須在指紋庫(kù)中已經(jīng)注冊(cè)。 與此同時(shí)，圖像處理技術(shù)在許多應(yīng) 用領(lǐng)域受到廣泛重視并取得了重大的開(kāi)拓性成就，屬于這些領(lǐng)域的有航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)檢測(cè)、機(jī)器人視覺(jué)、公安司法、軍事制導(dǎo)、文化藝術(shù)等，使圖像處理成為一門(mén)引人注目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科。他們對(duì)航天探測(cè)器徘徊者 7號(hào)在 1964年發(fā)回的幾千張?jiān)虑蛘掌褂昧藞D像處理技術(shù)，如幾何校正、灰度變換、去除噪聲等方法進(jìn)行處理，并考慮了太陽(yáng)位置和月球環(huán)境的影響，由計(jì)算機(jī)成功地繪制出月球表面地圖，獲得了巨大的成功。以指紋為代表的生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用已被公認(rèn)將會(huì)給身份識(shí)別領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)革命，并已經(jīng)成為各國(guó)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點(diǎn)之一。生物識(shí)別技術(shù)認(rèn)定的是人本身，沒(méi)有什么能比這種認(rèn)證方式更安全、更方便了。 第 1 頁(yè) 共 34 頁(yè) 緒論 研制背景 隨著網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展和人類(lèi)物理與虛擬活動(dòng)空間的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于人類(lèi)自身身份識(shí)別的準(zhǔn)確性、安全性與實(shí)用性提出更高要求。由于每個(gè)人的生物特征具有與其他人不同的唯一性和在一定時(shí)期內(nèi)不變的穩(wěn)定性，不易偽造和假冒 ，所以利用生物識(shí)別技術(shù)進(jìn)行身份認(rèn)定，安全、可靠、準(zhǔn)確。 第 2 頁(yè) 共 34 頁(yè) 數(shù)字圖像處理發(fā)展概況 本文的指紋識(shí)別模塊的預(yù)處理過(guò)程都是基于數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。隨后又對(duì)探測(cè)飛船發(fā)回的近十萬(wàn)張照片進(jìn)行更為復(fù)雜的圖像處理，以致獲得了月球的地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，獲得了非凡的成果，為人類(lèi)登月創(chuàng)舉奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也推動(dòng)了數(shù)字圖像處理這門(mén)學(xué)科的誕生。 隨著圖像處理技術(shù)的深入發(fā)展，從 70年代中期開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理向更高、更深層次發(fā)展。指紋以一定的壓縮格式存儲(chǔ)，并與其姓名或其標(biāo)識(shí) (ID， PIN)聯(lián)系起來(lái)。后來(lái)出現(xiàn)的電容式和電感式的采集設(shè)備，在某些條件下可提高指紋采集的質(zhì)量，但在耐磨性和穩(wěn)定性等方面還存在一些問(wèn)題。 由于最近光學(xué)設(shè)備的革新，極大地降低了設(shè)備的體積。好的預(yù)處理方法可以使得到的單像素寬脊線(xiàn)線(xiàn)條二值圖像更接近被提取者的指紋，更準(zhǔn)確地反映被提取指紋的特征。 圖 14 預(yù)處理框圖 3. 特征提取 指紋的特征點(diǎn)分為全局特征和 (如奇異點(diǎn)、中心點(diǎn) )和局部特征 (指紋細(xì)節(jié)點(diǎn) )。 4. 指紋分類(lèi) 指紋分類(lèi)的主要目的是方便大容量指 紋庫(kù)的管理，減小搜索空間，加速指紋匹配過(guò)程。由于采集過(guò)程中的變形、特征點(diǎn)定位的偏差、真正特征點(diǎn)的缺失和偽特征點(diǎn)的存在等問(wèn)題，即使是兩枚同源的指紋，所獲得的特征信息也不可能完全一樣，指紋比對(duì)的過(guò)程必然是一個(gè)模糊匹配問(wèn)題。 FRR實(shí)際上也是系統(tǒng)易用性的重要指標(biāo)。本文提出的算法得出 指紋圖上各像素點(diǎn)的局部方向性 ， 并據(jù)此對(duì)指紋圖做相應(yīng)方向的切向平滑，銳化濾波 ， 然后做二值化、細(xì)化處理，從而得到指紋的細(xì)化圖像。 pc管理機(jī) 485網(wǎng)絡(luò) 1號(hào)考勤機(jī) 2號(hào)考勤機(jī) ? N號(hào)考勤機(jī) 1號(hào)門(mén)控 2號(hào)門(mén)控 1號(hào)門(mén)控 圖 21 指紋考勤系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框圖 第 9 頁(yè) 共 34 頁(yè) 指紋考勤系統(tǒng)硬件介紹 指紋考勤系統(tǒng)的硬件是以 CPU中央處理器為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)的。用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)輸入 用戶(hù)信息 ； 液晶顯示器可顯示當(dāng)前日期、時(shí)間，以及識(shí)別的用戶(hù)編號(hào)、錯(cuò)誤代碼等信息 ； 蜂鳴器可以給用戶(hù)提示操作狀態(tài)和識(shí)別結(jié)果。計(jì)算機(jī)上的通訊接口管理設(shè)置軟件包括 ：與指紋考勤機(jī)進(jìn)行串行通訊的接口動(dòng)態(tài)連接庫(kù)，與指紋考勤機(jī)的聯(lián)機(jī)管理功能相配套的管理設(shè)置程序。 控制軟件流程框圖 控制軟件的功能管理循環(huán)、控制軟件主循環(huán)的及控制軟件的考勤操作如圖 2 2 25所示： 圖 23 控制軟件的功能管理循環(huán) 用戶(hù)管理 確認(rèn)鍵 進(jìn)入相應(yīng)功能 返回 取消鍵 —— 鍵 等待按鍵 驗(yàn)證管理員指紋 時(shí)間 設(shè)置 刪除 指紋 修改 指 紋 添加 指紋 人工 考勤 切換顯示 “人工” “添加” “修改” “刪除” “時(shí)間” 設(shè)置狀態(tài) 第 12 頁(yè) 共 34 頁(yè) 圖 23 控制軟件的主循環(huán) 圖 25 控制軟件的考勤操作 系統(tǒng)硬件的實(shí)現(xiàn) 指紋考勤機(jī)的硬件是以 CPU中央處理器為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 指紋識(shí)別模塊 指紋識(shí)別模塊采用 CPU內(nèi)嵌式的、具有 RS232接口的指紋識(shí)別系統(tǒng)獨(dú)立模塊 FDA01，能方便自如地集成于各類(lèi)指紋識(shí)別應(yīng)用產(chǎn)品中。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 指紋考勤機(jī)中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘是所有考勤記錄的時(shí)間基準(zhǔn)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘不僅要滿(mǎn)足時(shí)間的準(zhǔn)確性，同時(shí)還要求在停電時(shí)仍能正常計(jì)時(shí)。 FDA01 指紋識(shí)別模塊結(jié)構(gòu)組成 FDA01 指紋識(shí)別模塊由指紋處理模塊和光學(xué)指紋采集頭組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。指紋取像技術(shù)有多種 ， 目前按原理可分成兩大類(lèi) ： 光學(xué)取像技術(shù)和非光學(xué)取像技術(shù)。小纖維光束垂直射到指紋的表面 ， 它照亮指紋 ，并通過(guò)探測(cè)指紋反射光來(lái)獲取圖像 。 在半導(dǎo)體硅片表面約有 100 000個(gè)電容傳感器 ， 其外面是絕緣表面，當(dāng)用戶(hù)將手指按壓在該半導(dǎo)體表面上時(shí) ， 皮膚組成了電容陣列的另一面。 例如 ： 通過(guò)增強(qiáng)半導(dǎo)體傳感器的靈敏度可以感知一個(gè)對(duì)比度差的指紋圖像 (如干燥的指紋 )， 從而產(chǎn)生清晰的指紋圖像 ； 通過(guò)局部調(diào)整可以檢測(cè)指紋圖像不清晰的區(qū)域 (如手指壓得較輕的地方 )。為了提取這些特征 ， 必須先把灰度的指紋圖處理為二值線(xiàn)型圖 ， 此過(guò)程即指紋圖像預(yù)處理。為了避免這種情況 ， 可以利用指紋圖的局部方向特性 ， 即在紋線(xiàn)的切線(xiàn)方向上進(jìn)行平滑 ， 在其法線(xiàn)方向上進(jìn)行邊緣銳化，以求得最接近指紋實(shí)際構(gòu)型的處理結(jié)果。我們?cè)O(shè)定 8個(gè)方向 ， 如圖 32所示 ， 各方向之間夾角為π / 8 ， 以 1～ 8 表示。41, kkd d kkS f i j f i j???? (32) p71