【正文】 但是它突出的優(yōu)點(diǎn)為今后指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。因此，自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)現(xiàn)在是，未來(lái)幾年仍將是一個(gè)重要的、極具挑戰(zhàn)性的模式識(shí)別研究課題。指紋識(shí)別系統(tǒng)將隨著更小更廉價(jià)的指紋輸入設(shè)備的出現(xiàn)、計(jì)算能力更強(qiáng)更廉價(jià)的硬件以及互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用而進(jìn)一步拓寬應(yīng)用。指紋識(shí)別技術(shù)的巨大市場(chǎng)前景，將對(duì)整個(gè)安防產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的影響?？梢钥闯觯诮?jīng)歷了近10年緩慢的自然增長(zhǎng)后，指紋識(shí)別技術(shù)即將迎來(lái)一個(gè)跳躍性發(fā)展的黃金時(shí)期。所以可以通過(guò)準(zhǔn)確確定指紋的參考點(diǎn)，以此參考點(diǎn)為基準(zhǔn)，來(lái)糾正待識(shí)指紋與模板指紋之間的旋轉(zhuǎn)和平移等問(wèn)題。今后的改進(jìn)可以從以下幾個(gè)方面考慮：（1）在指紋特征提取之前對(duì)指紋圖像作適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，去除噪聲等外界因素對(duì)指紋圖像的影響。（2）指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)：完成了指紋芯片型號(hào)及其相應(yīng)開(kāi)發(fā)電路的選擇，依據(jù)MRB200指紋模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了指紋采集系統(tǒng)，編程調(diào)試并實(shí)現(xiàn)了指紋采集。通過(guò)上述工作，得到了以下幾點(diǎn)成果：（1）對(duì)指紋識(shí)別算法進(jìn)行了分析，介紹了基于小波變換的指紋特征提取與匹配算法，該算法比常規(guī)的點(diǎn)匹配算法識(shí)別率高，而且常規(guī)算法有一個(gè)最大的缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用，那就是需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大，識(shí)別速度慢。主程序流程圖如圖310所示：圖310 指紋系統(tǒng)程序流程圖第四章 總結(jié)與展望 總結(jié)本文目的在于研究基于MRB200指紋模塊的指紋采集系統(tǒng)，以及指紋識(shí)別系統(tǒng)的算法，探討適用于脫機(jī)的指紋門禁系統(tǒng)。由于按鍵按下時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的震動(dòng)，因此用一個(gè)小電容與按鍵并聯(lián)，以濾去高頻雜波；LED是用來(lái)顯示按鍵按下與否。 delay(1,8000)。 delay(10,8000)。 delay(1,8000)。 delay(1,8000)。 delay(1,8000)。 delay(40,8000)。 lcm_out(s)。0x0f。 lcm_out(s)。0xf0。}/*****************************************液晶寫數(shù)據(jù)字程序輸入數(shù)據(jù)：要寫入的8位數(shù)據(jù)****************************************/void wr_date(uchar a){ uchar s。 s=4。 s=aamp。 lcm_out(0xf8)。 s=aamp。 sbi(PORTD,4)。 else cbi(PORTD,3)。0x80。i++) { cbi(PORTD,4)。 for(i=0。在接收到起始位元組后，每個(gè)指令/數(shù)據(jù)將分為二組接收：到較高4 位元(DB7~DB4)的指令資料將會(huì)被放在第一組的LSB部分，而較低4 位元(DB3~DB0)的指令資料則會(huì)被放在第二組的LSB 部分至于相關(guān)的另四位則都為0。模塊的同步時(shí)鐘線(SCLK)具有獨(dú)立的操作，但是當(dāng)有連續(xù)多個(gè)指令需要被傳輸，必須確實(shí)等到一個(gè)指令完全執(zhí)行完成才能傳送下一筆資料，因?yàn)槟K內(nèi)部并沒(méi)有傳送/接收緩沖區(qū)。LCM12864ZK管腳說(shuō)明1K背光負(fù)2A背光正3GND電源負(fù)4VCC電源正5NC6CS片選7SID數(shù)據(jù)8CLK時(shí)鐘916D0D7并行數(shù)據(jù)17PSB控制界面 0：串行；1：并行18/RST復(fù)位信號(hào)19VR對(duì)比度調(diào)節(jié)20VO對(duì)比度調(diào)節(jié)圖36 ATmega16和LCM12864連接圖串行接口數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)PSB 腳接低電位(模塊背面S/P 的短路電阻在“S” 側(cè)) ，模塊將進(jìn)入串行模式在串行模式；下將使用二條傳輸線作串行資料的傳送，主控制系統(tǒng)將配合傳輸同步時(shí)鐘(CLK)與接收串行數(shù)據(jù)線(SID) ，來(lái)完成串行傳輸?shù)膭?dòng)作。中文液晶顯示模塊具有上/下/左/右移動(dòng)當(dāng)前顯示屏幕及清除屏幕的命令，具有光標(biāo)顯示/閃爍控制命令及液晶睡眠/喚醒/關(guān)閉顯示命令。同時(shí)，與單片機(jī)等微控器的接口界面靈活(三種模式并行8 位/4 位串行3 線/2 線)。另外繪圖顯示畫面提供一個(gè)64*256 點(diǎn)的繪圖區(qū)域GDRAM)， 而且內(nèi)含CGRAM 提供4組軟件可編程的16*16 點(diǎn)陣造字功能。 圖34 通訊接口電路圖 圖35 復(fù)位電路顯示電路液晶顯示具有信息量大、整潔美觀點(diǎn)特點(diǎn)，本系統(tǒng)選用液晶模塊做為人機(jī)交互的界面。D1(1N4148)的作用有兩個(gè)：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在Vcc+ 左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時(shí)，將R1(10K)電阻短路，讓C1快速放電，讓下一次來(lái)電時(shí)，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。復(fù)位電路Mega16已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計(jì)，故AVR外部的復(fù)位線路在上電時(shí)，可以設(shè)計(jì)得很簡(jiǎn)單：直接拉一只10K的電阻到VCC即可。 指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)指紋識(shí)別系統(tǒng)上位機(jī)的任務(wù)是：掃描鍵盤是否有按鍵按下，如果有按鍵按下則根據(jù)按鍵執(zhí)行命令，通過(guò)USART向指紋處理模塊發(fā)送控制命令，之后通過(guò)液晶屏顯示執(zhí)行結(jié)果。ATmega16有如下特點(diǎn):16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)；512字節(jié)EEPROM；1K字節(jié)SRAM；32個(gè)通用I/O口線；32個(gè)通用工作寄存器；用于邊界掃描的JTAG接口；支持片內(nèi)調(diào)試與編程；三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C)；片內(nèi)/外中斷；可編程串行USART；有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口；8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP封裝)的ADC；具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器；一個(gè)SPI串行端口；以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式；工作于空閑模式時(shí)CPU 停止工作；而USART、兩線接口、A/D轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時(shí)終止CPU和除了異步定時(shí)器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲等。 ATmega16 單片機(jī)介紹ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。第7字節(jié)為效驗(yàn)和(CHK)，用于存放第2字節(jié)至第6字節(jié)之異或值。第5字節(jié)為參數(shù)代碼P1，P2。第2字節(jié)為設(shè)備號(hào)(CH)，一般為0x00H。第8字節(jié)為尾標(biāo)識(shí)(END) ，固定為0xFD。第6字節(jié)為輔助參數(shù)代碼P3。第3字節(jié)為命令代碼(CODE)，用來(lái)放命令代碼。基本命令格式：第1字節(jié)為頭標(biāo)識(shí)(HEAD)，固定為0xFE。l 異步串行接口的技術(shù)參數(shù)為：19200bps（缺?。o(wú)效驗(yàn)位、一個(gè)起始位、一個(gè)停止位。用戶通過(guò)此接口來(lái)命令指紋模塊完成如指紋采集、指紋比對(duì)等一系列操作。接口B電源＋異步串行接口, 具體如下：6 5 4 3 2 1① PIN1 地② PIN2 異步串口入③ PIN3 異步串口出④ PIN4 手指采集狀態(tài)指示(輸出) Low: 手指不在采集芯片上 High: 手指在采集芯片上⑤ PIN5 睡眠狀態(tài)控制(輸入) Low: 使模塊處于關(guān)電狀態(tài) High: 使模塊處于正常上電狀態(tài)⑥ PIN6 電源輸入(4～)接口C保留接口或預(yù)留接口，即reserved，用戶不必使用。 系統(tǒng)特點(diǎn)l 采用全球領(lǐng)先的MRB壓力傳感器，以低溫多晶硅TFT底板作為指紋數(shù)據(jù)壓力傳感，通過(guò)壓力檢測(cè)指紋的壓感指紋檢測(cè)技術(shù)；l 采用上海一維科技自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)及一流的智能化指紋識(shí)別技術(shù)，支持177。指紋采集單元主要負(fù)責(zé)采集指紋圖像并傳給指紋處理單元。 MRB200指紋模塊簡(jiǎn)介MRB200壓感嵌入式指紋模塊采用全球領(lǐng)先的壓力感應(yīng)技術(shù)和每秒140萬(wàn)次高速處理器，結(jié)合一維科技自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)及一流的智能化指紋識(shí)別技術(shù)，將指紋特征值進(jìn)行數(shù)據(jù)加密后存儲(chǔ)于處理模塊的閃存中，是集指紋圖像采集、存儲(chǔ)和比對(duì)功能為一體的嵌入式獨(dú)立模塊系統(tǒng)。當(dāng)P大于某一閾值時(shí)認(rèn)為是奇異點(diǎn)，反之，則認(rèn)為是偽奇異點(diǎn)。將指紋圖像分成互不重疊的ww大小的子塊，按下式計(jì)算各塊的灰度方差： (227)其中V(i,j)上當(dāng)前考察的候選奇異點(diǎn)(i,j)所在塊D的方差，I(i,j)是塊內(nèi)點(diǎn)(i,j)處的灰度值I是塊中的灰度均值，N為塊內(nèi)象素點(diǎn)的總數(shù)。這此區(qū)域在灰度圖像中往往表現(xiàn)出灰度級(jí)別相近、統(tǒng)計(jì)意義上灰度變化較弱的特點(diǎn)，而指紋紋路較清晰的前景區(qū)域恰恰相反。圖213 八方向角發(fā)散角C(i,j)越大，各個(gè)不同徑向上的方向場(chǎng)之間就相差越大，(i,j)會(huì)聚程度就越大，為奇異點(diǎn)的可信度也就是越高。180176。0176。135176。45176。由此，我們提出用如下定義的方向會(huì)聚性測(cè)度函數(shù)來(lái)衡量方向會(huì)聚的程度：這里(i,j)是當(dāng)前考察的奇異點(diǎn)，D(i,j)為(i,j)所在的方向子塊，令βi (i=1,2...8)為D(i,j)在其領(lǐng)域中沿8個(gè)主方向的發(fā)散角（如圖213），在領(lǐng)域內(nèi)沿每一發(fā)散角徑向長(zhǎng)度為L(zhǎng)，這里L(fēng)值選為3。（1）區(qū)域方向會(huì)聚性測(cè)度指紋的奇異點(diǎn)是指紋中各種方向的會(huì)聚點(diǎn)，雖然在某一個(gè)徑向上的方向場(chǎng)比較接近，但不同徑向上的方向場(chǎng)就相差甚遠(yuǎn)。去除偽奇異點(diǎn)在指紋圖象中，由于噪聲等因素的影響，可能存在偽奇異點(diǎn)。時(shí)，(i,j)是三角點(diǎn)；等于180176。同時(shí) (i=1,2...12)還需作如下調(diào)整： (225)由Poincare(i,j)值判斷，等于0176。時(shí)，該點(diǎn)是核點(diǎn)；具體算法主要步驟描述如下：（1）將指紋圖像分為55的小塊；（2）對(duì)分塊指紋圖像提取方向信息；（3）采用55的模板基于塊水平平滑方向信息；（4）利用分塊指紋圖像方向檢測(cè)core 點(diǎn)和delta點(diǎn)；在我們的算法中，閉曲線是在一個(gè)55方格中取。時(shí)，該點(diǎn)是一般點(diǎn)；為180176。 指紋奇異點(diǎn)的提取奇異點(diǎn)檢測(cè)奇異點(diǎn)檢測(cè)算法有許多，這里使用Poincareindex方法[29][30]確定指紋中三角點(diǎn)和核心點(diǎn)的位置和數(shù)目，它是計(jì)算每點(diǎn)周圍一圈紋線的方向變化，即Poincare值。這里該平滑操作是基于塊水平而基于象素水平進(jìn)行的。這個(gè)平滑操作是在塊上執(zhí)行的。在沒(méi)有奇異點(diǎn)的鄰域內(nèi)，局部脊線方向是緩慢變化的，可以用一個(gè)低通濾波器來(lái)修改不正確的脊線方向。經(jīng)以上處理計(jì)算出的的θ(i,j)為該塊的局部切線方向，將被用于后繼圖像處理算法。數(shù)學(xué)上，它表示這個(gè)方向垂直于ww窗的傅立葉頻率的主方向。模板尺寸為33，水平模板和垂直模板分別為：和，將原始圖像分別與兩個(gè)模板進(jìn)行離散卷積，即可求得一階偏導(dǎo)。本文采用的是直方圖法。用所有的方向去乘以相應(yīng)的權(quán)系數(shù)，然后求和便可得到塊方向。對(duì)于方向圖受均勻噪聲影響的情況下，使用中值法是較為合理的。計(jì)算方向的平均方向可以采用中值法、加權(quán)平均值法和直方圖法等。梯度的計(jì)算公式如下： (210) (211)指紋紋線方向與梯度方向的關(guān)系為：α＝θπ/2 (212)其中，分別是x方向和y方向上指紋灰度值的變化值。前一種方法只能提取出有限的幾個(gè)方向（比如4，8或16），這種方法的弊病是存在量化誤碼率差，而用梯度算子來(lái)尋找連續(xù)方向的方法，可抑制量化誤差，因而本文采用的是這種方法。 指紋主向圖的求取方向圖是原始指紋圖像的一種變換，即用紋線上某點(diǎn)的方向來(lái)表示該紋線的方向，一般有兩種方向圖，一種是點(diǎn)方向圖，表示原始指紋圖像中每一像素點(diǎn)紋線的方向；另一種是塊主向圖，表示原始指紋圖像中某點(diǎn)區(qū)域所有像素點(diǎn)的平均方向。為了準(zhǔn)確的看到指紋的方向圖，我們?cè)谟?jì)算指紋圖像是地用公式而不用八方向場(chǎng)的方法。對(duì)指紋奇異點(diǎn)的提以首先要將指紋圖像看作是一個(gè)方向場(chǎng)。 指紋奇異點(diǎn)檢測(cè)算法指紋的奇異點(diǎn)包括核點(diǎn)和三角點(diǎn)。相當(dāng)于點(diǎn)匹配方法中一個(gè)特征點(diǎn)的存儲(chǔ)容量，從而極大減小存儲(chǔ)容量，使得指紋識(shí)別技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為可能。算法的優(yōu)點(diǎn)本文采取的算法是一種新的指紋識(shí)別方法，針對(duì)基于特征點(diǎn)的常規(guī)算法具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：預(yù)處理簡(jiǎn)單，對(duì)指紋圖像進(jìn)行特征提取和匹配，在提取特征前幾乎不改變?cè)瓐D像，且處理過(guò)程中對(duì)原始圖像的影響很小，同時(shí)也極大提高了圖像處理速度。最后兩幅指紋水平細(xì)節(jié)子帶的KLD距離為(D1＋D2)/2；（5） 對(duì)步驟（4）中的三個(gè)小波細(xì)節(jié)子帶KLD距離取平均值D，即為兩幅指紋圖像的KLD距離；（6） 設(shè)定閾值Dth，判斷結(jié)果。α2,β2))‖p(。α1,β1)‖p(。這里由于KLD距離不具有對(duì)稱性，所以要將其變換為對(duì)稱距離。經(jīng)過(guò)預(yù)處理后再根據(jù)上述算法進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別效率明顯提高。由于指紋圖像庫(kù)中的圖像是各種各樣的，有些圖像的灰度差異較大，我們需要對(duì)這些圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖像是各種各樣的，有些圖像的灰度差異較大，我們需要對(duì)這些圖像進(jìn)行一些預(yù)處理工作。同時(shí)，如果用Kullback Leibler Distance (KLD)距離[28]來(lái)計(jì)算兩個(gè)不同的直方圖之間的相似度，其相應(yīng)的KLD距離可以表示為： (27)從（27）式中，可以看出，KLD距離函數(shù)含量有四個(gè)變量，兩個(gè)尺度參數(shù)α1和α2及兩個(gè)形狀參數(shù)β1和β2。即代入任——β值，使最接近m1/m2的β值，即為所求解。設(shè)子帶小波變換系數(shù)直方圖x。該函數(shù)定義如下： (21)其中，Γ()函數(shù)為： z0 (22)上式中，參數(shù)α模擬了概率密度函數(shù)的頂點(diǎn)，β則反比于頂點(diǎn)的下降速率。基于上述分析，我們由此提出一種小波變換系數(shù)高斯概率分布的指紋識(shí)別算法。而小波系數(shù)在零仁附近高度集中，單為零的系數(shù)高達(dá)77%，較好地去除了相關(guān)性，減小了熵 圖29 指紋圖像值。圖29為一幅指紋的灰度圖像，圖210為該圖像在空間域統(tǒng)計(jì)特性圖（灰度直方圖），圖211位該圖像在變換域的統(tǒng)計(jì)特性圖（小波變換系數(shù)直方圖）。由于H滿足高