【正文】 在上面時，皮膚組成了電容陣列的另一面。應(yīng)用晶體傳感器是最近在市場上才出現(xiàn)的，這些含有微型晶體的平面通過多種技術(shù)來繪制指紋圖像。獲取指紋圖像的設(shè)備可分為三類：光學(xué)、硅晶體傳感器和其他。下面將對指紋識別技術(shù)的每個步驟做詳細(xì)論述。這些都為特殊需求場合而準(zhǔn)備的。有的指紋傳感器，如 Atmel 和 Authentec 的，可以提供指紋特征值的模板訪問接口。可以通過與軟件配合來實現(xiàn)。在進行指紋傳感器選型時，這些都需要綜合考慮。對于需要經(jīng)常在露天使用的指紋傳感器，防腐蝕性能是需要重點考慮的。一般的光學(xué)采集表面比較怕磨損刮擦，而半導(dǎo)體傳感的表面，都有堅固的涂層，保護芯片避免劃傷。當(dāng)指紋傳感器用于嵌入式產(chǎn)品開發(fā)中時，嵌入式開發(fā)包（EDK）的能力是考查指紋傳感器能力的重要方面之一。包括發(fā)送指紋傳感器初始化命令，要求指紋傳感器開始或停止捕獲指紋圖像的命令，以及詢問手指是在采集設(shè)備表面、甚至可以驅(qū)動指紋傳感器判斷待掃描物體是否為指紋。（6） 應(yīng)用程序接口（SDK）應(yīng)用程序接口能力用于描述指紋傳感器的功能，也就是與指紋傳感器配套使用的程序接口的功能。目前USB 接口已經(jīng)成為外設(shè)與主機通訊的最主要方式，已具備 USB 接口能力的指紋傳感器，沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14可以直接與 USB 端口相連。（5） 硬件接口硬件接口能力也是從產(chǎn)品化的角度來衡量指紋傳感器的。如把指紋傳感器應(yīng)用到手機上，必然要考慮手機的現(xiàn)有供電方式能否滿足增加了指紋傳感器后的電壓和功耗的要求。（4） 電氣特性電氣特性是從產(chǎn)品化的角度考慮指紋傳感器是否真正可用于某種產(chǎn)品。采集速度表現(xiàn)為從手指放到傳感器接觸面后多長時間內(nèi)完成一次指紋采集的時間，或者單位時間內(nèi)可以采集的次數(shù)。當(dāng)然不是所有指紋傳感器都對這些類型手指作到一網(wǎng)打盡 式的兼容，在選擇指紋傳感器時，需要針對應(yīng)用場合的不同來選擇。 （2） 對不同類型手指的適用能力由于不同手指指紋的紋路深淺不同，干濕度不同，污漬程度不同，老化程度不同。分辨率是影響成像質(zhì)量的第二個關(guān)鍵因素。成像質(zhì)量主要表現(xiàn)為對指紋圖像的還原能力和去噪能力。衡量一個指紋傳感器的性能好壞，主要看以下幾個方面。指紋傳感器是指紋圖像的自動采集和生成部分，是指紋識別產(chǎn)品的數(shù)據(jù)輸入端。指紋傳感器的選擇：指紋傳感器是指紋采集設(shè)備中的核心器件。光學(xué)傳感器中存在棱鏡，其體積較大，一般為半導(dǎo)體的幾倍甚至 10 倍大小，所以限制了其在小型設(shè)備上的應(yīng)用。2022 年以前以 1 平方厘米見方的方型為主，目前多為滑動式 SWIPE 芯片。其功能已經(jīng)突破了單一的傳感能力，加上軟件配合，可以用做全向?qū)Ш狡?。?nèi)部還包括了自動增益電路和邏輯控制芯片，以及串行、并行、USB 等接口電路。半導(dǎo)體指紋傳感器因其制造工藝復(fù)雜，單位面積上傳感單元多，包含高端的 IC 設(shè)計技術(shù)、大規(guī)模集成電路制造技術(shù)、IC 芯片封裝技術(shù)等，所以半導(dǎo)體指紋傳感器幾乎全部是由 IC 技術(shù)發(fā)達(dá)的國家或地區(qū)，如美國、歐洲、臺灣等地設(shè)計、制造的。指紋傳感器按傳感原理，即指紋成像原理和技術(shù)，分為光學(xué)指紋傳感器、半導(dǎo)體電容傳感器、半導(dǎo)體熱敏傳感器、半導(dǎo)體壓感傳感器、超聲波傳感器和射頻 RF 傳感器等?，F(xiàn)實情況是，由于手指表面脫皮的影響、污漬的影響、設(shè)備采集面的不干凈等多種因素影響，所以一般還需對采集到的指紋圖像進行處理。部分廠商的指紋采集器件，在采集過程中，能針對干濕手指作自動適應(yīng)，以適應(yīng)不同類型手指的用戶。每次形成的指紋圖像，采集器件內(nèi)部的控制系統(tǒng)會判斷圖像質(zhì)量。對于主動式采集的器件，會通過器件內(nèi)部的控制電路發(fā)出探測信號，如光、RF、超聲波，然后根據(jù)嵴與峪對探測信號的反饋值的大小，來形成指紋圖像?！皥D像拍照”是采集過程的關(guān)鍵步驟。有的時候還會根據(jù)手指特有的生理沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11表現(xiàn)，來判斷是否為真實的手指，如果用手背等其它膚紋來接觸采集設(shè)備，會被拒絕。當(dāng)手指接觸到采集設(shè)備時，采集器會迅速感知到手指的接觸并切換到工作狀態(tài)。對指紋采集設(shè)備來講，一般經(jīng)過“感知手指” 、 “圖像拍照”“質(zhì)量判斷與自動調(diào)整”三個主要過程。當(dāng)手指放置到指紋采集設(shè)備上時，因為指紋嵴和峪的物理特性或生物特性的不同，會形成不同的感應(yīng)信號，然后分析感應(yīng)信號的量值來形成指紋圖案。如光學(xué)采集和射頻（RF）采集屬于主動式采集。指紋的物理特性是指嵴和峪著力在水平面上時，對接觸面形成的壓力不同、對波的阻抗不同等。嵴與嵴相交、相連、分開會表現(xiàn)為一些幾何圖案。其原理是根據(jù)嵴與峪的幾何特性、物理特征和生物特性的不同，以得到不同的反饋信號，根據(jù)反饋信號的量值來繪成指紋圖像。指紋數(shù)據(jù)以數(shù)字信息表示和存儲。這一時期主要通過“油墨－指紋卡” 的方式采集。這種方式一般稱為現(xiàn)場指紋提取，并涉及指紋分離的過程。指紋采集技術(shù)有兩種采集模式，一種是在被采集人已知的狀況下，實施的主動式采集。沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10圖 22 指紋識別原理框圖 指紋采集技術(shù)指紋采集技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過了較長的歷史時期?？傊?，指紋識別技術(shù)首先通過讀取指紋圖像，然后用計算機識別軟件提取指紋的特征數(shù)據(jù)，最好通過匹配識別算法得到識別結(jié)果。通常，首先從獲取的指紋圖像上找到“特征點” （minutiae） ，然后根據(jù)特征點的特性建立用戶活體指紋的數(shù)字表示——指紋特征數(shù)據(jù)（一種單向的轉(zhuǎn)換，可以從指紋圖像轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為指紋圖像） 。采樣點用該點與對應(yīng)特征點的距離 d，連接該點與對應(yīng)特征點的直線，以及對應(yīng)特征點方向的夾角 a 來表示。（4）脊線：特征點對應(yīng)的脊線（d,a） 。（3）分類：特征點有以下幾種類型：終結(jié)點、分叉點、分歧點、孤立點、環(huán)點、短紋沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9等。（1）位置：特征點的位置通過（x,y）坐標(biāo)來描述，可用是絕對的，也可以是相當(dāng)于三角點的。局部特征指指紋上的特征點，即指紋紋路上的終結(jié)點、分叉點和轉(zhuǎn)折點。總體特征指那些用人眼直接就可以觀察到的特征，包括基本紋路圖案、模式區(qū)、核心點、三角點、式樣線和紋數(shù)等。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但是，它蘊含大量的信息。除此以外，ARM 微處理器及技術(shù)還應(yīng)用到其他不同領(lǐng)域，并會在將來取得更加廣泛的應(yīng)用。如硬盤、微型閃存卡和可讀/寫優(yōu)盤等都大量使用 ARM 技術(shù)的芯片來構(gòu)成核心系統(tǒng)。現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機和攝像頭中絕大部分采用 ARM 技術(shù)。手機中的 32 位 SIM 智能卡甚至處理芯片也采用了 ARM 技術(shù)。ARM 技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機頂盒和游戲機中得到廣泛應(yīng)用。隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用 ARM 技術(shù)的 ADSL 芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。目前已有超過 85%的無線通信設(shè)備采用了 ARM 技術(shù)，ARM 以其高性能和低成本等特性，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。ARM 微控制器的底功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的 8 位/16 位微控制器提出了挑戰(zhàn)。 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8（1）工業(yè)控制領(lǐng)域。由于全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用 ARM 公司的授權(quán)，因此使得 ARM處理器技術(shù)獲得更多的第三方面工具、軟件的支持、制造、使基于 ARM 微處理器的整個系統(tǒng)成本降低，開發(fā)時間周期明顯縮短，是產(chǎn)品更容易、更快速地進入市場被消費者所接受，更具有競爭力。目前，采用 ARM 技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)核的微處理器，已遍及消費類電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用已經(jīng)占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器 75%以上的市場份額。ARM 技術(shù)具有很高的功效和性能，得到眾多芯片廠家的好評。ARM 公司作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。（3） 在原代碼級上兼容絕大部分的 UNIX 標(biāo)準(zhǔn)（如 IEEE POSIX，SystemV，BSD） ，它遵從 POSIX 規(guī)范。Linux 操作系統(tǒng)具有以下特點：（1） Linux 具有現(xiàn)代一切功能完整的 UNIX 系統(tǒng)所具備的全部特征，其中包括真正的多任務(wù)、虛擬內(nèi)存，共享庫、需求裝載、共享的寫時復(fù)制程序執(zhí)行、優(yōu)秀的內(nèi)存管理，以及 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)支持等。Linux 由 NUIX 操作系統(tǒng)的發(fā)展而來，它的內(nèi)核由 Linus Torvalds 及網(wǎng)絡(luò)上組織松散的黑客隊伍一起從零開始編寫而成。Linux 加入 GNU 并遵循公共版權(quán)許可證（GPL） 。 嵌入式 Linux 介紹Linux 從一開始，就決定自由擴散 Linux，包括源代碼也發(fā)布在網(wǎng)上，隨即就引起愛好者的注意，他們通過因特網(wǎng)也加入了 Linux 的內(nèi)核開發(fā)工作，一大批高水平程序員的加入，使得 Linux 達(dá)到迅猛發(fā)展，1993 年底， 終于誕生。 （7）目前，嵌入式系統(tǒng)多用于手機等操作系統(tǒng)的開發(fā)。 （5）為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。 （3）嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對處理器的選擇更具有競爭力。 （2）嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。 （4）嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有 mW 甚至 μW 級。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設(shè)計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷。嵌入式微處理器一般就具備以下 4個特點：（1）對實時多任務(wù)有很強的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時間，從而使內(nèi)部的代碼和實時內(nèi)核心的執(zhí)行時間減少到最低限度。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（OS） （要求實時和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程。嵌入式系統(tǒng)一般指非 PC 系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分?？焖儆行У貙崿F(xiàn)中斷和異常事件處理。實時操作系統(tǒng)的系統(tǒng)功能可針對需求對軟件進行剪裁、調(diào)整。實時操作系統(tǒng)的通信機制采用消息隊列和管道等技術(shù)，有效地保障快速靈活的任務(wù)間通信。實時操作系統(tǒng)支持多任務(wù)、優(yōu)先級管理和任務(wù)調(diào)度，其中任務(wù)調(diào)度是基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度，并采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度的算法。（4）弱實時特點的操作系統(tǒng)。（3）一般實時特點的操作系統(tǒng)。具有強實時特點的操作系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中，大多數(shù)實時系統(tǒng)是以上二者的結(jié)合。各任務(wù)不僅要執(zhí)行無誤，而且要做到準(zhǔn)時。系統(tǒng)的宗旨是使各個任務(wù)運行得越快越好，但并不要求限定某一任務(wù)必須在多長時間內(nèi)完成。實時嵌入式系統(tǒng)也稱為實時系統(tǒng)，它反映了嵌入式系統(tǒng)對時間響應(yīng)要求較高的特點，即如果邏輯和時序出現(xiàn)偏差將會引起嚴(yán)重后果。由于嵌入式的應(yīng)用太廣泛，因此，我們在這里僅給出未來發(fā)展空間最為看好的嵌入式系統(tǒng)特點，即嵌入式系統(tǒng)是一類在硬件上采用專用（相對于通用的 X86 來說）的高性能處理器（通常為 32 位） ，在軟件上以一個多任務(wù)的操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的專用系統(tǒng)。在中國嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，比較認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)概念是：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。在將來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，將存在幾個操作系統(tǒng)并存發(fā)展、齊頭并進的情況，但是，經(jīng)過一段時間的角逐，常用的嵌入式設(shè)備所采用的操作系統(tǒng)將會集中到其中的 2~3 種。 沈陽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4第二章 指紋識別相關(guān)原理介紹 嵌入式操作系統(tǒng)簡介隨著嵌入式操作系統(tǒng)及嵌入式處理器技術(shù)的發(fā)展，嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到大量以嵌入式處理器為硬件基礎(chǔ)的系統(tǒng)中，常見的嵌入式操作系統(tǒng)有：Linux、 WindowsCE、Symbian、Palm 和 μC/OSⅡ等。(5)系統(tǒng)測試：結(jié)合實驗測試環(huán)境和測試數(shù)據(jù)，分析了系統(tǒng)的工作情況。(3)指紋識別算法的理論分析和仿真：研究了指紋識別算法，主要包括指紋圖像