【正文】 ),( ji 經(jīng)常不是整數(shù)值，此時(shí)該點(diǎn)上的系數(shù)需要用其周圍點(diǎn)的系數(shù)進(jìn)行內(nèi)插得到。 z/3y/33/3/3/3/3/zxuxy 3/23/23/23/23/23/23/2zyxuxyx?? zyxuxyz?? zyxuxyz?? zyxuxyz?? 3/23/23/23/23/23/23/2zyxuxyx?? 3/3/3/3/3/3/3/zyxuxyz?? 圖 水平方向?yàn)V波器 77 各系數(shù)之間有關(guān)系： uxy=0， z0 和 u+2x+2y2z=0。當(dāng)d=1， 2， … ， 8 時(shí)分別求出39。我們?cè)O(shè)定 8 個(gè)方向，如圖 所示，各方向之間夾角為 8? 。指紋圖像的歸一化公式如式 ()所示，當(dāng)大于平均值時(shí)為加。 一般來(lái)中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 21 頁(yè) 共 52 頁(yè) 說(shuō)，常見(jiàn)的方向場(chǎng)的計(jì)算分為掩模法和公式法兩大類 。圖像預(yù)處理 特征 提取 特征 匹配 指 紋 數(shù)據(jù)庫(kù) 獲取 指紋 輸出 結(jié)果 圖像 分割 濾波 增強(qiáng) 二值 化 細(xì)化 規(guī)格化 計(jì)算方向 圖 方向 濾波 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 20 頁(yè) 共 52 頁(yè) 因此根據(jù)以上的灰度值鄰域關(guān)系，紋線的扭曲程度，指紋圖像分割大致分為三類：基于像素的圖像分割，基于塊特征的圖像分割以及基于全局的圖像分割。 （ 7） 程序的加載引導(dǎo)：加載引導(dǎo)是指器件在上電復(fù)位后執(zhí)行一段引導(dǎo)程序 ,用于從端口 (異步串口、 I/O 口、主機(jī)接口 )或外部 EPROM/FLASH 存儲(chǔ)器中加載程序至高速 RAM 中運(yùn)行。 TMS320VC5402 芯片 [10][11]具有優(yōu)化的 CPU 結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有 1 個(gè) 40 位的算術(shù)邏輯單元 （ 包括一個(gè) 40 位的桶式移位寄存器和兩個(gè)獨(dú)立的 40 位累加器 ） ，一個(gè) 17 17的乘法器和一個(gè) 40 位專用加法器， 16K 16bit 的 RAM 空間和 4K 16bit 的 ROM空 間， 共 20 根地址線，可尋址 64K 16bit 數(shù)據(jù)區(qū)和 1M 16bit 程序區(qū)，具有 64K I/0 空間， 處理速度為 100MIPS，速度高、功耗低。 （ 6）比對(duì)效率 :即在建檔后 ,直接比對(duì)一對(duì)指紋特征 (不進(jìn)行圖像處理和特征提取 )所用的時(shí)間 ,一般用每秒鐘比對(duì)的次數(shù)來(lái)表示 ,當(dāng)然越多越好。特征點(diǎn)的分類有以下幾種 如圖 ,最典型的是 端 點(diǎn)和分叉點(diǎn)。按箕技的流向分 為 橈側(cè)箕形紋（反箕）和尺側(cè)箕形紋（正箕）兩種。 （ 4）指紋龜裂：由于季節(jié)的原因有時(shí)候指紋出現(xiàn)一些龜裂，在指紋采集的圖像上會(huì)顯示出縱橫交錯(cuò)的裂痕，有時(shí)這些裂痕又會(huì)消失。另外，其造價(jià)較高，大約是光學(xué)系統(tǒng)的 2～ 3 倍。 半導(dǎo)體傳感器的最大優(yōu)勢(shì)就是成本低、體積小。依照對(duì)色調(diào)變化的表現(xiàn)力，灰度圖分為 2bit、 4 bit、 6 bit、 8 bit 幾個(gè)不同等級(jí)，一般較多采用的是 8 bit (256 級(jí) )灰度。指紋辨識(shí)軟件建立指紋的數(shù)字表示特征數(shù)據(jù)，軟件從指紋上找到被稱為“節(jié)點(diǎn)”（ minutiae）的特征點(diǎn)，這些數(shù)據(jù) (通常稱為模板 )，保存為 1K 大小的記錄。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 9 頁(yè) 共 52 頁(yè) 2 指紋識(shí)別系統(tǒng)的系統(tǒng)概述 系統(tǒng)的主要功能 指 紋識(shí)別系統(tǒng)必須包括以下幾個(gè)基本功能： （ 1） 注冊(cè)：將合法的用戶的指紋特征 (指紋模板 )存放在指紋庫(kù)中。日趨完善的指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) ， 具備了指紋管理、儲(chǔ)存、查詢、檢驗(yàn) ， 包括以案找人、以人查案、前科查詢、串并案件等功能 ， 基本上實(shí)現(xiàn)了原來(lái)指紋檔案的手工管理到計(jì)算機(jī) 全自動(dòng)管理的轉(zhuǎn)變和指紋破案的規(guī)范 ， 并且在實(shí)戰(zhàn)中發(fā)揮了作用，破獲了大量的對(duì)事案件 ， 初步顯示了指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的生命力和廣泛的應(yīng)用前景。自改革開(kāi)放以來(lái)，國(guó)家公安部在借鑒國(guó)外指紋信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 ， 為建立自己的指紋信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) ， 組織了全國(guó)各方面的技術(shù)力量進(jìn)行攻關(guān)。以其方便性、快捷性、高度安全性和可靠性，達(dá)到其他系統(tǒng)所不能替代的作用。除開(kāi)政府、軍隊(duì)等涉密系統(tǒng) 的行業(yè)企業(yè)級(jí)應(yīng)用外，生物識(shí)別更大的應(yīng)用是即將走入信息社會(huì) 的方方面面。 指紋識(shí)別的優(yōu)勢(shì) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 4 頁(yè) 共 52 頁(yè) 指紋識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）每個(gè)人的指紋都是相當(dāng)固定的，不會(huì)隨著人年齡的增長(zhǎng)或身體健康程度的變化而變化，但是人的聲音、面像等卻存在較大變化的可能。 掌形和指紋一樣，也是很早就使用的生物特征識(shí)別技術(shù)之一，利用掌紋的線特征、點(diǎn)特征、紋理特征、幾何特征完全可以確定一個(gè)人的身份。當(dāng)進(jìn)行身份識(shí)別時(shí)，只需將掃描的待檢測(cè)者的虹膜圖像，與事先儲(chǔ)存的數(shù)字代碼相對(duì)照，即可判明身份 它使用相當(dāng)普通的照相機(jī)元件，而且不需要用戶與機(jī)器發(fā)生接觸。指紋也具有唯一性，不同的兩個(gè)人不會(huì)具有相同的指紋 。而這三個(gè)特點(diǎn)其實(shí)正是信息安全從業(yè)者不懈追求的目 標(biāo)。 到目前為止，面部識(shí)別在實(shí)際應(yīng)用中還很少成功。 （ 5）視網(wǎng)膜識(shí)別： 視網(wǎng)膜是眼睛底部的血液細(xì)胞層。但與其他生物識(shí)別產(chǎn)品相比，這類產(chǎn)品目前數(shù)量很少。另外，對(duì)輸入的指紋圖像提取關(guān)鍵特征后，可以大大減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù) 擔(dān)，便于實(shí)現(xiàn)異地確認(rèn)，支持計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)功能。 加上 每個(gè)人的指紋具有唯一性 且 終身不變 ， 因此指紋識(shí)別是代替?zhèn)鹘y(tǒng)身份識(shí)別手段的最安全、最可靠、最方便的方法之一。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)日趨成熟和普及，美、英、 日、法等發(fā)達(dá)國(guó)家的警察局，已以用計(jì)算機(jī)管理了數(shù)千萬(wàn)少的指紋檔案， 并建立了以指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)為核心的指紋信息管理系統(tǒng)，使指紋信息的應(yīng)用達(dá)到了一個(gè)新階段。清華大學(xué)與北京市局刑科所研制的“ CAFIS”系統(tǒng) ,北京大學(xué)與上海市局刑科所研制的“ PUAFIS”系統(tǒng) ,以及公安部二所與南昌市公安局研制的“微機(jī)指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)”都通過(guò)了國(guó)家測(cè)試 。 （ 2）查閱資料了解 DSP 芯片的相關(guān)理論知識(shí)，并熟悉 DSP 芯片的原理與運(yùn)用。 指紋識(shí)別系統(tǒng)的工作原理 [6] 指紋識(shí)別技術(shù)使用取像設(shè)備讀取指紋圖像 ， 通過(guò)識(shí)別軟件提取指紋圖像中的特征數(shù)據(jù)，然后根據(jù)匹配算法得到的結(jié)果鑒別指紋所有人身份。用于民用領(lǐng)域的指紋傳感器，大多采用平面采集方式，因而不要求較大的采 集區(qū)域，一般不小于 256*156 點(diǎn)陣。傳統(tǒng)的光學(xué)傳感器也在向小型化發(fā)展，價(jià)格也在不斷降低，采集性能不斷提高。這種概念對(duì)信噪比是有幫助的。目前“離線式”采集方式在大多數(shù)場(chǎng)合已經(jīng)消失。其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案。 （ 5） 帳 形紋： 由 平行的和突起的弧形線組成。 （ 2）拒登率 ： 拒登率 (Error Registration Rate， ERR)是用來(lái)描述指紋設(shè)備的適應(yīng)性。高端產(chǎn)品執(zhí)行速度一般為 1000 MIPS 以上，處理速度很高 ,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化，中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 17 頁(yè) 共 52 頁(yè) 適用于圖像技術(shù)和智能通信基站等。 （ 4） 硬件乘法器：數(shù)字信號(hào)處理中最重要的一個(gè)基本運(yùn)算是乘法累加運(yùn)算 ,也是最主要和最耗時(shí)的運(yùn)算 ,因此單周期的硬件乘法器是 DSP芯片實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)算的保證。前景區(qū)域包括 指紋圖像的脊和谷，為提高特征點(diǎn)提取的可靠性，要進(jìn)行圖像分割，去 除背景區(qū)域。它是圖像分割中最基本的方法。 該算法基于背景區(qū)灰度方差小，而指紋區(qū)方差大的思想，將指紋圖像分成塊，計(jì)算每一塊的方差，如果該塊的方差小于閾值為背景，否則為前景。受采集設(shè)備參數(shù)和環(huán)境的影響， 采集到的指紋圖像可能總體對(duì)比度較差。d 垂直的方向，即 8mod)439。設(shè) N(d)是某一象素在 8 鄰域中方向?yàn)?d 的象素個(gè)數(shù)， N(d)的最大值定義為 N(D1),次大值定義為P71 P61 P51 P41 P31 P81 P72 P62 P52 P42 P32 P21 P82 P11 P14 P13 ),( jiP P12 P22 P23 P83 P24 P33 P43 P53 P63 P73 P84 P34 P44 P54 P64 P74 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 25 頁(yè) 共 52 頁(yè) N(D2)，其對(duì)應(yīng)的方向值分別是 D1 和 D2,C(i,j)是點(diǎn) (i,j)校正后的方向代碼， 按如下算法平滑： ?????????? ?????? ???，其他且且，),i(2)2()1(2)2(5)1(3,2/)21(8)1(51),(jDDNDNDNDNDDDNDjiC （ ） 上式中的各界值由實(shí)驗(yàn)確定，經(jīng)過(guò)以上處理后，方向圖就得到了平滑。j ） ，水平方向?yàn)V波器的坐標(biāo)為 （ ji, ） 。這樣不僅可以壓縮原指紋圖像的數(shù)據(jù)量，而且也方便后面的細(xì)節(jié)特征的提取。旋轉(zhuǎn)后濾波器的坐標(biāo)為 （ 39。方向圖平滑的基本思想是：指紋紋線的走向是連續(xù)變化的，鄰近像素點(diǎn)上的方向不應(yīng)該有突然的大角度轉(zhuǎn)折。 圖 指紋圖像的 8 個(gè)方向 分別求出沿各個(gè)方向的灰度變化： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 24 頁(yè) 共 52 頁(yè) ?????????4139。為了消除干擾及增強(qiáng)紋線，針對(duì)指紋紋線具有較強(qiáng)方向性的特點(diǎn)，我們采用了方向?yàn)V波算法對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)，為此必須利用指紋圖上各個(gè)象素點(diǎn)上的局部方向性。基于全局的指紋識(shí)別 仍處于實(shí)驗(yàn)室探索階段 ， 應(yīng)用領(lǐng)域中 尚不廣泛。但是小波變換的明顯缺點(diǎn)是它計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算效果也取決于函數(shù)的選擇。細(xì)化以后的指紋圖像中的每條紋線都變?yōu)閱蜗袼貙挼摹包c(diǎn)線”再經(jīng)去噪，就可以見(jiàn)到清晰的點(diǎn)線圖，為以后的特征提取作好了準(zhǔn)備。由于采用流水線技術(shù) ,DSP 芯片可以單周期完成乘法累加運(yùn)算 ,大大提高了運(yùn)算速度。此外 ,DSP 芯片的成本、體積、重量和功耗也都有了很大程度的下降。其定義為： FRR=拒識(shí)的指紋數(shù)目 /考察的指紋總數(shù)目 100%； 誤識(shí)率 (False Accept Rate,FAR)又稱認(rèn)假率，指將不同的指紋誤認(rèn)為相同的指紋，而加以接收的出錯(cuò)概率。分弧形和帳形紋兩種。 （ 7）指紋紋路不清晰：采集指紋時(shí)，指紋不干凈、潮濕或干燥都有可能造成部分區(qū)域紋線模糊不清，計(jì)算方向不準(zhǔn)確，圖像增強(qiáng)效果較差。 指紋采集模式主要分為“離線式”和“在線式”兩種。在實(shí)際應(yīng)用中，為了避免出現(xiàn)這種情況，在陣列里包含有發(fā)熱元件，在炎熱的地區(qū)，當(dāng)手指在傳感器上直掃時(shí)，手指表面使傳感器降溫，不是受熱，所以影像是反向的，這可以由檢驗(yàn)軟件作自動(dòng)修正。和光學(xué)傳感器相比，它們具有體積小巧、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。 （ 1） 圖像的尺寸 ： 圖像的尺寸通常用長(zhǎng)度 (mm)寬度 (mm)來(lái)表示，如 18mm ,或者用垂直方向上的像素點(diǎn)數(shù)水平方向上的像素點(diǎn)數(shù)來(lái)表示，如 360 256 點(diǎn)陣?？梢缘玫郊?xì)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息。目前我國(guó)已出現(xiàn)指紋身份證、指紋支付、指紋鎖、 指紋汽車啟動(dòng)裝置、指紋保 管箱 、指紋“刷”銀行 POS 機(jī)等指紋應(yīng)用領(lǐng)域，利用指紋信息不僅安全可靠、方便快捷，而且是 新潮時(shí)尚的象征 。長(zhǎng)春光機(jī)所“方圓光電技術(shù)公司研制的活體指紋采集儀系列 ,由于采用精密光學(xué)成像系統(tǒng)和先進(jìn)的 512X512CCD 傳感器 ， 可以把活體指紋光學(xué)采集與計(jì)算機(jī)圖像處理有機(jī)地融為一體 ， 提供一種既不能偽造、又不可改變