【正文】 在：指紋錄入設(shè)備的質(zhì)量還不太過關(guān)；自動指紋識別算法研究水平還有待提高，在應(yīng)用上的表現(xiàn)為產(chǎn)品適應(yīng)性和易用性較差，對干、濕一些的指紋往往不能正確區(qū)別，對指紋錄入時的旋轉(zhuǎn)、平 移比較敏感。實際應(yīng)用要求最好自動指紋識別系統(tǒng)能對識別任務(wù)實時做出響應(yīng)，而讓指紋匹配算法同時達(dá)到高速度和高準(zhǔn)確率也是一個難題。正是這些無窮無盡的細(xì)節(jié)特征組合構(gòu)成了指紋的唯一性．事實上，甚至包括雙胞胎，世界上兩個指紋相同的概率小于 1109，幾乎為零。每個人都有著自己特有的特征，用本身的特征來驗證身份有著得天獨厚的優(yōu)勢。 生物識別技術(shù)的發(fā)展讓這一問題得到很好地解決。指紋識別系統(tǒng)主要包括 5 部分：指紋圖像采集，指紋圖像預(yù)處理，指紋圖像二值化及細(xì)化，指紋特征提取和指紋特征匹配，如圖 1 所示。 目前許多公司和研究機構(gòu)在指紋識別技術(shù)領(lǐng)域都取得了突破性的進(jìn)展，推出許多指紋識別與傳統(tǒng) IT 技術(shù)完美結(jié)合的應(yīng)用產(chǎn)品，這些產(chǎn)品已經(jīng)被越來越多的用戶所認(rèn)可。其中塊指的是將圖像分個成一個個小的圖像塊。 ????????????V A RA V EyxIV A RV A RA V EyxIV A Ryx200200)),((A V E)),((A V E),I （ （ 7） 其中 AVE0和 VAR0為期望的灰度均值和方差。此時背景為白，紋線為黑。 (7) 快速性：算法簡單，速度快。 (3) 緊湊性：要求提取的特征不應(yīng)包含指紋唯一性以外的冗余信息，并且信息量要盡量小，便于存儲、管理和計算。在匹配前還需對毛刺、小橋等偽特征點加以識別和處理，這樣有助于后面匹配的進(jìn)行，使匹配 更加精確無誤和快速。 (2) 指紋識別。使用 Atmel 公司高 密度非 易失性存儲器 技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。 . 其他模塊電路 . 電源模塊 整個模塊采用 USB 供電，以按鍵式開關(guān)啟動或關(guān)閉電源。 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效，完成復(fù)位操作共需要 24 個狀態(tài)周期，本設(shè)計使用頻率為 的晶振，所以復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)大致超過 2μ s 才能完成復(fù)位操作。 5501 由業(yè)界獲獎的 eXpressDSP， Code Composer Studio 的綜合開發(fā)環(huán)境（ IDE）， DSP BIOS，德州儀器的算法標(biāo)準(zhǔn) 提供支持 。 當(dāng)添加用戶信息時，通過按鍵 2 操作，添加指示燈點亮，單片機向 DSP 芯片發(fā)出命令， 指紋傳感器 獲取 指紋 圖像 ， 其后 DSP 以 固化程序執(zhí)行圖像處理相關(guān)計算 并將處理后的值存入緩存區(qū)，若第一次添加成功，則指紋采集儀指示燈再次點亮， DSP 合并處理兩次信息成功后，通過串口向單片機發(fā)送應(yīng)答信號，此時確認(rèn)指示燈點亮，表示此用戶信息添加成功。 35 程序流程如圖 18 所示： 圖 18 LED 顯示流程圖 程序設(shè)計見附錄 F。 利用 Keil 軟件 可以 仿真更多的單片機功能 ， 使用這種方法，無需任何硬件仿真器 ，甚至都不需要用戶電路板 ，可以 利用計算機的串口來模擬單片機的串口（這不同于很多軟件在仿真時使用的激勵文件方式，可以直接與其他串口進(jìn)行通信，更加方便、靈活）。傳統(tǒng)方式串口程序的調(diào)試，往往是利用專用的單片機硬件仿真器。 程序流程如圖 17 所示： 圖 17 認(rèn)證用戶流程圖 程序設(shè)計見附錄 F。 表 13 按鍵功能 按鍵 1 2 3 4 5 6 7 8 功能 休眠 添加用戶 刪除指定用戶 刪除所有用戶 驗證用戶 上翻 下翻 權(quán)限管理 鍵掃流程圖如下： 圖 13 鍵掃流程圖 開始 IT0=1，選擇 INT0 為脈沖觸發(fā)觸發(fā)方式下降沿有效； EX0=1， EA=1 KEY_value=0xff 賦初始鍵值，關(guān)系統(tǒng)中斷 讀取 P1口狀態(tài)，給KEY_value，消抖，判斷是否有效 等待按鍵釋放，消抖 判按鍵，轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序 返回 N Y 30 程序設(shè)計見附錄 F。 芯片提供 2 個乘法累加單元（ MAC），每一個在一個指令周期內(nèi)可執(zhí)行1717bit 的乘法運算。矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，因為鍵的 數(shù)目較多，所以鍵按行列組成矩陣。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 FLASH 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。系統(tǒng)總 體 13 框圖如圖 5 所示： 圖 5 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)主要由 MCU（ Microcontroller Unit，微程序控制器）、 LED 屏（ Large Electronic Display，大型電子展示 ）、指紋模塊組成。簡單的描述本次設(shè)計的功能即使用指紋模塊 檢測、錄入指紋，將比對結(jié)果顯示。 . 指紋特征提取和去偽特征 目前在細(xì)化二值圖像中提取細(xì)節(jié)特征多是用 8 鄰域法，該方法比較簡單，在得到可靠的細(xì)化二值圖像后，只需要一個 3 3 的模板便可將端點和分叉點提取出來。前面所敘述的指紋圖像預(yù)處理目的就是為指紋的特征提取和最終識別建立一個良好的基礎(chǔ)，以保證整個系統(tǒng)識別率比較高。 (3) 拓?fù)湫裕翰灰鸺y線的逐步吞食，保持原圖像的基本結(jié)構(gòu)特性。這種方法雖然簡單，但是對噪聲較大，圖像質(zhì)量不好的指紋會產(chǎn)生較大的二值化噪聲。 ? ??????1H010 ),(LH1A V EiLj jiI （ 5） 21H010 A V E),( LH1V A R ）（? ?????? iLj jiI （ 6） 最后，如果計算得到的方差幾乎接近于零就認(rèn)為是背景，對于方差不為零的區(qū)域再進(jìn)行閾值分割算法，這種算法主要是根據(jù)計算得到的方差來決定其是否為背景區(qū)。特征集合則是幾種的結(jié)合。指紋特征多種多樣，有特征點、奇異點、域方向圖、脊線數(shù)目，甚至脊線線型等。另外，對輸入的指紋圖提取關(guān)鍵特征后，可以大大減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，便于實現(xiàn)異地確認(rèn)，支持計算機的網(wǎng)絡(luò)功能。 Serial Communications。通過操作獨立式鍵盤按鍵，向指紋模塊的 DSP 芯片發(fā)送相應(yīng)指令，從而執(zhí)行添加用戶、刪除指定用戶、刪除全部用戶、認(rèn)證用戶，以及管理用戶權(quán)限等功能。盡管人們已經(jīng)對自動指紋識別技術(shù)作了深入廣泛的研究，指紋識別技術(shù)也獲得了不少應(yīng)用，但是其應(yīng)用在目前并沒有獲得普及，這主要是因為指紋識別在識別準(zhǔn)確性和 識別速度方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足很多實際應(yīng)用的要求。 基于特征的指紋識別算法是找到并比對指紋的特征。 2. 5 指紋識別原理 . 指紋圖像的分割 . 指紋圖像分割概述 在指紋識別系統(tǒng)中，指紋圖像分割是圖像預(yù)處理的一部分。具體步驟分以下三步： 首先，將低頻圖分成 MM 大小的無重疊方塊，方塊的大小以一谷一脊為宜。根據(jù)是否將圖像分塊處理，又分全局閾值算法和局部閾值算法兩種，全局閾值算法是將整幅圖像以一個閾值處理，而局部閾值算法則把原圖分 成若干個子圖，在每個子圖中確定閩值，在進(jìn)行二值化，由于指紋圖像在不同區(qū)域的亮度和對比度是有差別的，因而全局閾值算法不適用。理想細(xì)化后的紋線骨架應(yīng)該是原始紋線的中間位置，并保持紋線的連通性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)特征。 細(xì)化將黑白二值圖像細(xì)化成了單個像素帶寬的指紋圖像，由于模板的選擇不同，上圖中的細(xì)化圖像一定程度上存在毛刺、分 叉、斷點等不理想的情況。 目前已定義的特征類型己達(dá) 150 多種，但是這些擴展的特征往往不易提取相互區(qū)分，并且它們都可以由端點和分叉點的組合進(jìn)行描述，這使得 端點和分叉點成為最常用的結(jié)構(gòu)特征，也稱為細(xì)節(jié)特征，它被認(rèn)為是最穩(wěn)定、最容易檢查的，而且占全部特征點的 80％以上。 3. 12 硬件系統(tǒng)設(shè)計 . 系統(tǒng)總體設(shè)計 . 系統(tǒng)功能簡述 本系統(tǒng)是針對指紋采集、識別模塊開發(fā)出的指紋識別系統(tǒng)。 . 系統(tǒng)電路設(shè)計 系統(tǒng)電路框架是根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，對系統(tǒng)所需元件、設(shè)備參數(shù)進(jìn)行必要的計算，通過認(rèn)真研究、分析、比較選定設(shè)備型號，再將設(shè)備、元件通過可靠的接口電路聯(lián)系起來構(gòu)成的一個完整的系統(tǒng)。對 P0 端口寫 “ 1” 時，引腳用作高阻抗輸入。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO 口， P3 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。 EAVPP：外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。這種鍵盤使用方便，但硬件較復(fù)雜。它具有如下特性： ?? 最高時鐘頻率可達(dá) 300MHz，指令周期時間為 ； ?? 16K 字節(jié)高速指令緩存； ?? 雙乘法器，速度可達(dá)每秒 60 億次乘法計算； ?? 1 程序總線， 3 內(nèi)部數(shù)據(jù)操作數(shù)讀總線， 2 內(nèi)部數(shù)據(jù)操作數(shù)寫總線； ?? 16K16bit 片上 RAM，由 4 塊 4K16 位雙存取 RAM（ DARAM） 組成； ?? 16K16bit 等候狀態(tài)片上 ROM； ?? 8M16bit 的最大尋址外部內(nèi)存空間 ； ?? 32 位外部并行總線內(nèi)存支持外部存儲器接口（ EMIF）與通用輸入輸出（ GPIO）功能和無縫接口 ； ?? 仿真調(diào)試跟蹤功能 ， 保存 最后 16 程序計數(shù) 值 （ PC）連續(xù)性和最后 32 PC值 ； 22 ?? 6 個低功耗可編程控制功能控制域； ?? 片上外設(shè)包括： 六通道直接存儲器存?。?DMA）控制器 ； 兩個多通道緩沖串行端口（ McBSPs） ； 可編程模擬鎖相環(huán)循環(huán)（ APLL）時鐘發(fā)生器 ； 通用的 I O（ GPIO）引腳和專用 輸出（ XF）引腳 ； 8 位并行主機接口（ HPI） ； 4 個定時器，包括 兩個 64 位通用定時器 ， 64 位的可編程看門狗定時器 和 64 位的 DSP BIOS 計數(shù)器 ； 內(nèi)部集成電路（ I2C）接口 ； 通用異步接收器器（ UART） ； 片上的基于掃描的仿真邏輯 ； JTAG（ Joint Test Action Group， 聯(lián)合測試 ） 邊界掃描邏輯 ； ?? V 的 I O 電源電壓 ； ?? V 的核心供電電壓 。若此值為 0，若無指紋按壓則指紋采集過程將一直持續(xù)；若此值非 0，在 tout*T0 時間內(nèi)若無指紋按壓則系統(tǒng)將超時 退出。成功返回 SUCCESS 應(yīng)答，失敗返回 FAIL應(yīng)答。此外單片機一般采用 5V以下的電源供電，USB 接口也采用 5V電源，所以，該下載線還可以通過電腦向單片機提供工作電源。因為發(fā)送完一個字節(jié)之后，單片機會自動將 TI 置 1 以表示幀發(fā)送結(jié)束，所以運行到此步時需要手動將串口調(diào)試窗口中的 TI 選框標(biāo)記，而后由程序清零，以繼續(xù)執(zhí)行。 通信中的發(fā)送流程（以單片機為參考）如圖 19 所示： 開始 選擇最右邊的 LED 送位選碼 延時 段碼 緩沖區(qū)下移一位 LED 左移一位 是否到最后一位 N Y 送段碼 結(jié)束 36 圖 19 通信發(fā)送流程 圖 （以單片機為參考） 通信中的接收流程（以單片機為參考）如圖 20 所示： 圖 20 通信接收流程 圖 （以單片機為參考） 開始 檢測接收緩存是否有數(shù)據(jù) 繼續(xù)等待 判斷返回數(shù)據(jù)第四位 顯示相應(yīng)結(jié)果 N Y 返回 開始 串口初始化 檢測發(fā)送緩存是否有數(shù)據(jù) 繼續(xù)等待 向 DSP 發(fā)送數(shù)據(jù) DSP 響應(yīng)并返回應(yīng)答 N Y 返回 37 程序設(shè)計見附錄 F。 程序流程如圖 14 所示： 31 圖 14 添加用戶流程圖 鍵 8 用于權(quán)限管理，循環(huán)按鍵，在 3 之間循環(huán)滾動，按鍵停留時，顯示數(shù)字表示當(dāng)前要添加的用戶權(quán)限， 1 為最低， 3 為最高。 本設(shè)計以串口方式實現(xiàn) DSP 和單片機之間的通信， S52 的 RXD 腳接 DSP的 TX 腳，實現(xiàn) DSP 發(fā)送數(shù)據(jù)由 S52 接受， TXD 腳接 DSP 的 RX 腳，實現(xiàn) S52發(fā)送數(shù)據(jù) DSP 接受，并將 GND 腳連接。本次設(shè)計采用 9 芯針接口，其 主要包括 DCD(Data Carrier Detect)載波檢測引腳， RXD(Received Data)接收數(shù)據(jù)引腳， TXD(Transmit Data)發(fā)送數(shù)據(jù)引腳，DTR(Data Terminal Ready)數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒引腳， SGND(Signal Ground)信號地引腳， DSR(Data Set Ready)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒引腳， RTS(Re