【文章內(nèi)容簡介】 通知用戶。當(dāng)指紋匹配不正確時，便會通過 GSM 短消息通知用戶，然后用戶便可以直接通過回復(fù)短信對汽車進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，給人們生活帶來了許多便捷，具體內(nèi)容包括以下幾個方面： 第一章：論述了本課題的研究背景，研究內(nèi)容及研究方法，對整個系統(tǒng)做了初步的介紹。 第二章：對指紋識別技術(shù) 原理及指紋識別技術(shù) 和 GSM 短消息技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行了介紹，讓讀者對目前國內(nèi)國外該技術(shù)的發(fā)展有一個總體的認(rèn)識，對指紋識別及 GSM 通訊有一個初步的了解。 第三章：用 Matlab 軟件對一個現(xiàn)有的指紋進(jìn)行了圖像處理，并且提取出指紋的特征點。對指紋識別技術(shù)的實現(xiàn)由樂意個初步的認(rèn)識。 第 四 章： 對系統(tǒng)進(jìn)行了整體的設(shè)計，包括電路的設(shè)計，模塊的選擇，接口的連接等等，是整個系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)的的基礎(chǔ)任務(wù)。 第 五 章：對系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，包括程序的編寫的思路，系統(tǒng)運行的流程，以及對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。從而達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 2汽車指紋識別及防盜系統(tǒng) 概述 指紋識別的 發(fā)展 史 現(xiàn)在指紋識別技術(shù)幾乎成為了一種標(biāo)準(zhǔn)配置。對于很多朋友而言，指紋識別也確實是個很方便很有效的技術(shù)。不過指紋識別技術(shù)究竟是如何發(fā)展起來的呢？我們現(xiàn)在就來看看指紋識別技術(shù)的過去、現(xiàn)在和將來，對指紋識別技術(shù)有個比較全面的了解。 在很久以前，人們就意識到了指紋的唯一性，在人的一生中，指紋始終是保持不變的，而且每個人之間都是不同的。以地球上的人口為 60億，每人 10根手指計算，則需要 300 年才可能出現(xiàn)重復(fù)的指紋，因而出現(xiàn)兩根手指的指紋完全相同的概率幾乎是零。由于以上特性，在身份識別領(lǐng)域中一直是最為可靠的手段，并為各國法律所廣泛承認(rèn)。在指紋識別時，軟件會選取指紋中的幾個特征點，進(jìn)行核對，目前國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)是 7/32，即識別系統(tǒng)只采集 32個特征點，需要其中的 7 個點和存儲的特征點對應(yīng)，這在理論上誤認(rèn)率約為1/1000000，這個概率可以說 已經(jīng)非常之小，基本上和買彩票中頭獎的概率差不多。 指紋識別技術(shù)在數(shù)十年前就已經(jīng)誕生，當(dāng)時主導(dǎo)研發(fā)的是赫赫有名的 FBI，主要應(yīng)用于內(nèi)部的安全設(shè)備，始終只是處于少數(shù)專業(yè)應(yīng)用的地步，并沒有真正邁入民用的陣營，這一局面直到九十年代才有所改變。 指紋在中國古代的借貸契約、買賣文憑、婚約休書、獄詞供狀、軍隊名籍等方面的廣泛應(yīng)用 ， 反應(yīng)了我國人民已經(jīng)根據(jù)經(jīng)驗 ， 認(rèn)識到指紋可以代表一個人。 19世紀(jì)初 ， 科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了至今仍然承認(rèn)的指紋的兩個重要特征 ， 一是兩個不同手指的指紋紋脊的式樣不同 ， 另外一個是指紋紋脊的式樣終生不變 ， 即指紋的唯一性和不變性。這個研究成果使得指紋在犯罪事件的鑒別中得以正式應(yīng)用。 19 世紀(jì)末期 ， 英國學(xué)者對指紋進(jìn)行了系統(tǒng)的研究 ， 并提出了指紋細(xì)節(jié)特征分類 ， 將指紋分為斗、箕、弧三大類 ， 使指紋識別應(yīng)用進(jìn)入了一個嶄新的時期。 1988年 ， 英國人亨利福提出用指紋識別系統(tǒng)識別犯罪。 20 世紀(jì) 60 年代 ，北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 由于計算機(jī)可以有效地處理圖形 ， 人們開始著手研究利用計算機(jī)來處理指紋。20 世紀(jì) 80年代 ， 個人電腦、光學(xué)掃描等技術(shù)的革新 ， 使得它們作為指紋取像的工具成為現(xiàn)實 ， 從而使指紋識別可以在其他領(lǐng)域中得以應(yīng)用 ， 比如卡。 20世紀(jì) 90 年代中期開始出 現(xiàn)半導(dǎo)體的指紋傳感器。 90 年代后期 ， 低價位取像設(shè)備的引入及其飛速發(fā)展 ， 可靠的對比算法為個人身份識別應(yīng)用提供有利的條件 [7]。 進(jìn)入九十年代，由于微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，指紋識別的成本和設(shè)備的大小大幅減小，同時由于大量民間公司對指紋識別技術(shù)的研究，指紋識別技術(shù)開始逐漸走入民用。當(dāng)時的指紋識別設(shè)備多采用光學(xué)傳感技術(shù)。 就某種意義而言，光學(xué)傳感技術(shù)可以說是掃描儀的縮小版。使用時，用戶將手指按在掃描設(shè)備的玻璃表面，接著掃描設(shè)備發(fā)出強光照射，并由 CCD 傳感器捕獲指紋圖像。光線照射到指紋上的下凹部分時，就會發(fā)生全反射， 光線被反射到 CCD，而照射到凸起部分時，光線不會發(fā)生全反射， CCD 接收到的光線就比較少，從而得到了指紋的圖像。之后再將從這個圖像中尋找?guī)讉€特征點，再和數(shù)據(jù)庫中的記錄進(jìn)行核對。光學(xué)掃描技術(shù)發(fā)展成熟、成本低廉，耐用性也相當(dāng)不錯，因而成為早期指紋識別技術(shù)的主流。但是它也存在較多的缺陷：如手指表面的灰塵和油脂對掃描質(zhì)量影響很大，而精心復(fù)制的指模也可以將該系統(tǒng)輕松欺騙；此外，對應(yīng)的光學(xué)掃描設(shè)備體積龐大、耗電量較高、圖像獲取的時間也比較長，無法用于筆記本電腦、掌上電腦、移動電話等便攜電子產(chǎn)品中。我們今天不少電子設(shè)備都集 成了指紋識別，這在當(dāng)時完全是不可想像的。只所以指紋識別能夠真正普及開來，進(jìn)入每一個電子設(shè)備，完全是因為第二代指紋識別技術(shù)：電容式指紋識別技術(shù)的誕生。 1998年，硅晶體電容傳感器誕生，得益于這一設(shè)備的出現(xiàn)，電容式指紋識別技術(shù)隨之和我們見面。與傳統(tǒng)的光學(xué)掃描技術(shù)不同，電容式指紋識別設(shè)備體積極小、成本很低，可被方便地整合于各類指紋識別設(shè)備中。由于我們的真皮會發(fā)出微弱的電波，同時在皮膚表現(xiàn)存在凹凸部分，這樣當(dāng)用戶將手指按壓在傳感器表面時，傳感器便能夠產(chǎn)生一個由不同電容值構(gòu)成的信號陣列，這些信號陣列經(jīng)過專用的算法轉(zhuǎn) 換之后便能夠生成指紋圖像。由于這一技術(shù)采用的北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 是活體識別技術(shù)，必須通過人體的微電流，因而即使割下別人的指紋來進(jìn)行確認(rèn)也沒有用，其它例如指模等更是無計可施，因而具有更高的安全性；同時由于不會受灰塵、油脂等影響，準(zhǔn)確率也更高。但是電容式指紋識別技術(shù)也有一定的不足，首先是穩(wěn)定性不如光學(xué)傳感技術(shù)；其次成本較高，因而目前硅晶體電容傳感器相比都要袖珍很多，指紋取像區(qū)域往往都小于 1平方英寸；最后，硅晶體電容傳感器很容易受到靜電的影響，輕則影響圖像取樣，重則直接損壞傳感器。 在未來，指紋識別技術(shù)又會如何發(fā)展呢？目前比較熱門 的要屬超聲波傳感技術(shù)。超聲波傳感技術(shù)采用聲波感應(yīng)技術(shù)，傳感器發(fā)射聲波，通過接收手指反射的信號來測量手指上凹處的深度，得到指紋的圖像。相比之下，超聲波傳感技術(shù)可以排除手指表面的污垢、油脂等的干擾，因而精確度是目前所知的技術(shù)中最高的。但是目前超聲波傳感技術(shù)很容易受溫度和光線的干擾，耐久性也還有待改進(jìn)，加個也還相當(dāng)昂貴，因而沒有進(jìn)入市場，還是處在實驗室的階段。 在了解指紋識別技術(shù)后，我們再來看另一個相關(guān)的技術(shù)：滑動式傳感器。何謂滑動式傳感器？目前我們市場上所有筆記本上的傳感器都屬于滑動式傳感器，我們將手指從傳感器 上劃過，系統(tǒng)就能獲得整個手指的指紋。而在過去，為了獲得整個手指的指紋，不得不使用比手指更大的傳感器，必須整個手指同時按壓在傳感器之上。而由于滑動式傳感器的誕生，傳感器可以做的很小，一方面可以控制體積，二來也可以降低成本。首款采用滑動式傳感器的筆記本便是 IBM 的 T42，當(dāng)時 IBM向 ST（意法半導(dǎo)體）提出需求，希望對方能夠為其研制可以在筆記本上使用的指紋傳感器，后者為此成立了一家子公司，就是如今在指紋識別領(lǐng)域赫赫有名的 UPEK。事實證明， UPEK研發(fā)的滑動式傳感器非常成功，相比傳統(tǒng)的按壓式傳感器，滑動式傳感器更 加清晰準(zhǔn)確。隨后這種傳感器開始走向普及，在筆記本等電子設(shè)備上大顯身手。 國內(nèi)外指紋識別技術(shù)研究 現(xiàn)狀 指紋識別算法是自動指紋識別系統(tǒng)（ AFIS:Automatic Fingerprint Identification System）的核心技術(shù) ， 這方面的研究早在 19 世紀(jì)初就開始了 ， 但北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 這方面的深入研究是從 20世紀(jì) 60年代后隨著計算機(jī)技術(shù)的引入而開展起來的。不過 ， 早期的研究都是在高性能計算機(jī)上完成的 ， 主要針對脫機(jī)的指紋圖像進(jìn)行研究。隨著技術(shù)的發(fā)展 ， 到 90 年代初才開始進(jìn)行聯(lián)機(jī)的活體指紋識別算法的研究 ， 這個時期的研究都是針對光學(xué)傳感器所做的 ， 由于這個時候 AFIS 在特殊的行業(yè)部門使用 ， 所以往往使用了價格比較昂貴的專用 DSP 等硬件附加設(shè)備來解決指紋識別的實時性問題。 90 年代末到現(xiàn)在 ， 由于半導(dǎo)體指紋傳感器的出現(xiàn) ， 使得指紋識別的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大 ， 在個人電腦、個人數(shù)字助理、掌上電腦、手機(jī)、門禁系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、保險箱控制系統(tǒng)等很多領(lǐng)域都開始使用 AFIS技術(shù) ， 所以指紋識別算法的研究重點從光學(xué)傳感器轉(zhuǎn)移到了半導(dǎo)體傳感器 ， 對算法的性能也提出了更高的要求。指紋雖然穩(wěn)定性很好 ， 但是仍然存在脫皮等問題 ， 這個時候往往對算法性能產(chǎn)生 極大的挑戰(zhàn) ， 也是 AFIS 研究者需要努力克服的問題。 目前 ， 在指紋識別算法的研究方面 ， 國內(nèi)外指紋識別算法基本上都是采用基于細(xì)節(jié)點特征的 ， 從研究角度來說 ， 國內(nèi)外的差距并不明顯。但是 ， 國外一些發(fā)達(dá)國家由于起步較早 ， 研究手段和設(shè)備比較先進(jìn) ， 因此在這方面的研究已經(jīng)比較成熟 ， 自動指紋識別系統(tǒng)在這些國家的很多領(lǐng)域己經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。相對來說 ， 國內(nèi)在指紋識別算法研究方面起步比較晚 ， 大約是從八十年代開始 ，而且主要側(cè)重于研究角度 ， 很長一段時間沒有在實際應(yīng)用中實踐 ， 所以這些技術(shù)和實際的市場需求之間還有不少差距。目前自動指紋識別技術(shù) 的研究方向主要集中在 [3]： （ 一 ） 預(yù)處理 ， 包括圖像增強和圖像分割 ， 以及圖像恢復(fù)。由于目前的特征提取算法的性能在很大程度上受到指紋圖像質(zhì)量的影響 ， 所以如何提高圖像質(zhì)量是一個很重要的問題。在指紋圖像預(yù)處理過程中 ， 指紋的方向矩陣起著重要的作用 ， 通常要利用方向矩陣來設(shè)計有向濾波器來對指紋圖像進(jìn)行濾波 ， 或利用方向矩陣進(jìn)行圖像增強和圖像分割。方向矩陣的計算一般采用梯度方法或統(tǒng)計方法。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 （ 二 ） 特征提取和指紋圖像分類。一般的特征提取算法容易受到圖像質(zhì)量的影響 ， 不夠穩(wěn)定。尋找一種高效可靠的特征提取算法是解決指紋自動識別的根本途徑。大多數(shù)特征提取算法都是基于黑白二值圖像的 ， 也有少量基于灰度圖像的特征提取算法。由于指紋圖像的分類對于大容量的指紋數(shù)據(jù)庫特別重要 ，所以這方面的研究也很受重視。 （ 三 ） 匹配算法的研究。主要方法有點集匹配 ， 即將所有的特征點視為一個點集圖的匹配 ， 即將所有的特征點連接起來構(gòu)成一個圖 ， 從而利用圖的匹配算法。 （ 四 ） 指紋圖像的壓縮存儲。關(guān)于指紋圖像的壓縮方面 ， 美國聯(lián)邦調(diào)查局已經(jīng)公布了一個基于小波變換的指紋圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。 （ 五 ） 開發(fā)用于實時特征提取和 匹配的專用電路。將算法用硬件來實現(xiàn)并做成產(chǎn)品推向市場是指紋識別研究的最終目的。利用硬件來實現(xiàn)算法同時也是提高指紋自動識別速度的一個重要途徑。國內(nèi)的清華大學(xué)、北京大學(xué)、 中科院自動化研究所等己經(jīng)做出了比較實用的硬件產(chǎn)品。美國密歇根大 的等人提出了一種使用 FPGA 的 Splash2 結(jié)構(gòu)專門用于大型指紋數(shù)據(jù)庫匹配的硬件系統(tǒng)。 國內(nèi)在自動指紋識別系統(tǒng)應(yīng)用方面 ， 以前主要是應(yīng)用于公安系統(tǒng)的刑事偵破中 ， 基本上采用國外的自動指紋識別系統(tǒng)。近幾年國內(nèi)有很多公司開始涉足自動指紋識別系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā) ， 但真正在自主識別算法基礎(chǔ)上進(jìn)行硬件開發(fā)的為數(shù)不多 ， 為數(shù)更多的是在購進(jìn)國外指紋識別算法開發(fā)包的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。這樣的開發(fā)就只能局限于個人計算機(jī)或是一些嵌入式計算機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行 ，軟件和硬件成本都很高 ， 不利于指紋識別產(chǎn)品的推廣。 （ 1） 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 近年來 ， 特別是從 1998 年來 ， 我國在指紋識別技術(shù)方面得到較大發(fā)展 ， 可以說是日新月異 ， 除有引進(jìn)技術(shù)外 ， 還有國內(nèi)公司獨立研究開發(fā)出的自主知識產(chǎn)權(quán)的多項指紋識別類產(chǎn)品。從事該項目開發(fā)的公司 1998 年不到 10 家 ， 2021年己經(jīng)發(fā)展到近 30 家 ， 其中有幾家擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品、技術(shù) ， 其余的基北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 本是國外公司的代理或系統(tǒng)集成商。這些公司看到指紋識別技術(shù)在中國具有很好的市場前景 ， 所以都在加大技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)的投入 ， 以期盡快實現(xiàn)產(chǎn)品地產(chǎn)化 ， 努力適應(yīng)中國市場的發(fā)展。技術(shù)國內(nèi)有長春鴻達(dá)、西安青松等公司開發(fā)出了有自主知識產(chǎn)權(quán)的指紋識別模塊 ， 其算法有的達(dá)到國際先進(jìn)水平。西安青松是國內(nèi)活體指紋產(chǎn)品規(guī)模最大的研制與生產(chǎn)企業(yè) ， 市場占有率居全國第一。有不少公司通過做國外公司的代理 ， 引進(jìn)了國外比較先進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品 ， 這些公司有北京中控、廈門寶利鉻、北京培富士、同飛資訊、深圳數(shù)碼 、深圳乾誠科技等 ， 他們主要引進(jìn)美國 Digitalpersona、 Identix、韓國現(xiàn)代、朝鮮培富士、法國 TLOMSOM、 CSF、 BAC、 veridi、臺灣 Aeter 等公司的技術(shù)。從研究開發(fā)實力看 ， 目前國內(nèi)公司都擁有一批有實力的技術(shù)人員 ， 許多公司里還擁有不少博士 ， 并與大學(xué)合資合作開發(fā)該項技術(shù) ， 這也是該項技術(shù)在國內(nèi)能快速發(fā)展的因素之一。 應(yīng)用 ： 目前國內(nèi)公司多以指紋門禁作為主導(dǎo)產(chǎn)品 ， 并開發(fā)出適合考勤 ， 汽車門鎖 ， 銀行、證券領(lǐng)域的內(nèi)部授權(quán) ， 保管箱 ， 計算機(jī)開啟 ， 醫(yī)療 ， 選舉 ， 門票 ， 付費電視等應(yīng)用產(chǎn)品。有的產(chǎn)品還不太成熟 ， 特別是應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)上的產(chǎn)品。不管是引進(jìn)技術(shù)還是自己開發(fā)的 ， 由于其成本太高 ， 市場接受能力有限 ， 市場推廣難度大 ， 所以需要開發(fā)出適合我國國情、又與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌的指紋識別技術(shù)