【正文】 的編譯和調(diào)試下具來(lái)調(diào)試各種指紋識(shí)別的算法，方便了用戶的初期測(cè)試，提高了效率和準(zhǔn)確性。本設(shè)計(jì)采用的是Veridi公司的FPS200固體指紋識(shí)別傳感器。在輸入、輸出之間外接二極管D1，可以起到輸出端路保護(hù)作用，防止輸出短路時(shí)負(fù)載電容向7805放電。輸入電壓的選擇依據(jù)是：220V市電通過(guò)變壓器后，得到10伏電源，在電路的輸入端與公共地之間，加上經(jīng)整流后的不穩(wěn)定直流電壓，在輸出端便能得到固定的輸出電壓。復(fù)位電路則采用簡(jiǎn)單RC復(fù)位電路，同時(shí)又可與一些需要復(fù)位的外圍電路相連，達(dá)到復(fù)位與單片機(jī)同步。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 AT89S51單片機(jī)的引腳圖 AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。電源部分包括DC+5V及保護(hù)電路。指紋識(shí)別系統(tǒng)中，單片機(jī)采用AT89S51單片機(jī)，它是整個(gè)控制器的核心部件。指紋識(shí)別系統(tǒng)主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、指紋采集部分、串口通信電路、外部存儲(chǔ)部分、開(kāi)關(guān)按鈕，供電系統(tǒng)組成。指紋IC卡的終端機(jī)與PC聯(lián)機(jī)的指紋識(shí)別及認(rèn)證系統(tǒng)。2．適用面廣：提供命令/獨(dú)立兩種工作模式。工作原理：當(dāng)指紋傳感器收到指紋信息，將通過(guò)串口給單片機(jī)發(fā)送命令，單片機(jī)同意并接收相應(yīng)的信息，指紋傳感器采集的指紋轉(zhuǎn)換成RGB格式，并且數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)通過(guò)存儲(chǔ)在EEPROM中的固化程序執(zhí)行大量的模式識(shí)別和圖像處理相關(guān)計(jì)算，當(dāng)用戶的指紋被確認(rèn)，單片機(jī)將命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)開(kāi)。而選取單片機(jī)AT89S51主要原因是功耗低、可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。它通過(guò)與之相配套的指紋傳感器，可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的指紋識(shí)別系統(tǒng)，或作為一個(gè)完整的外部設(shè)備。指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)即，表示和對(duì)應(yīng)的脊線相似性到了一定程度。如果，和可以被當(dāng)作一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，即它們分別對(duì)應(yīng)的脊線相似性到了一定程度，則將取0度到360度間的一個(gè)值，否則，我們定義取值為400，以表示和不能是一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)。由于事先不知道模板點(diǎn)集與輸入點(diǎn)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要考慮所有可能的參照點(diǎn)對(duì)。（）表示輸入圖像中的N個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)。（）表示模板圖像中的M個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)，細(xì)節(jié)匹配一般在極坐標(biāo)系中進(jìn)行，因?yàn)橹讣y圖像的非線性形變往往呈放射狀，在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的形變比較大，然后非線性地向外擴(kuò)張，因而，在極坐標(biāo)中能更好地描述非線性形變；另外，在極坐標(biāo)中不需要考慮輸入圖像與模板圖像的參照點(diǎn)之間的平移，將一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)相對(duì)于參照點(diǎn)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)時(shí)，平移就被抵消了；還有，在極坐標(biāo)系中顯然比在直角坐標(biāo)系中更便于處理兩幅圖像間的旋轉(zhuǎn)[6]。下圖給出了細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線與脊線上的采樣點(diǎn)的例子。分叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線是與該細(xì)節(jié)點(diǎn)的方向最近的那條，端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線就是該細(xì)節(jié)點(diǎn)所在的脊線。4．細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線。2．細(xì)節(jié)點(diǎn)的方向，這個(gè)方向就是該細(xì)節(jié)點(diǎn)所在的塊的塊方向。在具體實(shí)現(xiàn)中，我們?nèi)∑浒霃綖榧箤挼囊话?。這種算法實(shí)現(xiàn)起來(lái)也很簡(jiǎn)單：掃描特征點(diǎn)的某一鄰域，如果該鄰域中出現(xiàn)其他特征點(diǎn)的話，將該特征點(diǎn)與出現(xiàn)的特征點(diǎn)同時(shí)去除，如此循環(huán)幾次，當(dāng)沒(méi)有特征點(diǎn)被刪去時(shí)，處理完成。（）這樣我們就可以在細(xì)化后的圖像中找到細(xì)節(jié)點(diǎn)(端點(diǎn)和分叉點(diǎn))，并記錄它們?cè)趫D中的相對(duì)位置。（）如果M是分叉點(diǎn)，則它的八鄰域滿足：，如果M是端點(diǎn)，則它的八鄰域滿足：，M是待檢測(cè)的點(diǎn)，是它的八鄰域，沿順時(shí)針?lè)较蚺帕?。特征提取的首要?wèn)題是確定細(xì)節(jié)點(diǎn)和它的位置，細(xì)節(jié)點(diǎn)的位置和細(xì)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置很重要，盡管每個(gè)指紋中包括將近80個(gè)細(xì)節(jié)，只要確定十幾個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)就己經(jīng)足夠用來(lái)識(shí)別了。特征提取一般是指提取指紋圖像的局部特征，也就是細(xì)節(jié)點(diǎn)特征。細(xì)化時(shí)，移動(dòng)4x4的方窗內(nèi)象素的編碼地址去查找相應(yīng)的細(xì)化值，用細(xì)化值替換當(dāng)前像素值。這種算法的具體實(shí)現(xiàn)可引入查表法，即對(duì)所要處理的像素周?chē)０鍍?nèi)前15個(gè)點(diǎn)預(yù)先進(jìn)行編碼(用雙字節(jié)15個(gè)位來(lái)表示，雙字節(jié)的最低位存放的值，依此類(lèi)推，次最高位存放的值)，把編碼值作為存儲(chǔ)地址，按上述細(xì)化法則，預(yù)先在存儲(chǔ)地址上存入相應(yīng)的細(xì)化值(可用0，具體算法如下：從圖像的左上角元素開(kāi)始進(jìn)行，每個(gè)像素(圖中為)均抽取出如圖2. 9所示的15個(gè)相鄰像素，并且把其中8個(gè)鄰域像素()與圖2. 10中的8個(gè)模板比較，如果和8個(gè)消除模板中的任意一個(gè)都不匹配時(shí)，保留；如果與8個(gè)中的任一個(gè)匹配，則抽取的元素再和圖2. 11中的6個(gè)保留模板進(jìn)行比較，如果與其中任一個(gè)匹配的話，則保留，否則刪去。除消除模板外，還需構(gòu)造保留模板，保持紋線的連通性。（A）~（D）即，一黑色象素八臨域與消除模板中的一個(gè)相匹配的話，該點(diǎn)被認(rèn)為是可消除的點(diǎn)。(快速性)　統(tǒng)一模塊下面介紹一種適合于指紋圖像細(xì)化的算法，這種方法滿足上面的細(xì)化條件，而且可以提出快速算法。(細(xì)化性)6．骨架盡可能接近條紋中心線。(拓?fù)湫?4．保護(hù)指紋的細(xì)節(jié)特征。(收斂性)2．不破壞紋線的連接性。指紋圖像的細(xì)化是指刪除指紋紋線的邊緣像素，使之只有一個(gè)像素寬度，細(xì)化時(shí)應(yīng)保證紋線的連接性、方向性和特征點(diǎn)不變，還應(yīng)保持紋線的中心基本不變。所謂細(xì)化，就是從原來(lái)的圖中去掉一些點(diǎn)，但仍要保持原有的形狀。指紋圖像二值化后，紋線仍具有一定的寬度，而指紋識(shí)別只對(duì)紋線的走向感興趣，不關(guān)心它的粗細(xì)。本算法在具體實(shí)現(xiàn)中可利用同一塊中所有像素有同樣方向的條件，推導(dǎo)出快速算法，防止一些點(diǎn)的重復(fù)掃描，大大縮短處理時(shí)間。（）其中的取值與指紋讀入器的分辨率有關(guān)，通常取為指紋周期的四分之一，本文取。3．對(duì)中極大點(diǎn)或極小點(diǎn)附近的波動(dòng)做平滑處理；4．找出極大點(diǎn)和極小點(diǎn)位置及對(duì)應(yīng)的值，對(duì)極大值極小值求平均，將此平均值作為該點(diǎn)二值化門(mén)限，稱(chēng)其為動(dòng)態(tài)閥值。（）其中coefficent為加權(quán)平均系數(shù)，滿足顯然，該波形圖的波谷對(duì)應(yīng)指紋圖像的脊線(指紋圖像中暗的紋線)，而波峰則對(duì)應(yīng)指紋圖像的谷(指紋圖像中亮的紋線)。方框Y方向是該塊的指紋方向，x方向是其法線方向。原始圖像實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，該方法得到的二值化圖像能夠基本保持源圖像上的特征點(diǎn)不丟失，確保了以后的特征提取和比對(duì)的正確性和可靠性。將指紋圖像自身的方向結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與源圖像灰度值變化特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，確定對(duì)圖像中每一像素點(diǎn)二值化的動(dòng)態(tài)閥值。二值化是指紋圖像預(yù)處理中必不可少的一步。用方向?yàn)V波器進(jìn)行濾波去噪時(shí)，根據(jù)塊方向圖中的該塊的方向，選用相應(yīng)的濾波器(將水平方向的濾波器旋轉(zhuǎn)塊方向的角度后得到)，進(jìn)行濾波?！　　　　　　　闅w一化權(quán)值，基本濾波器的每個(gè)權(quán)值都需要除以該濾波器所有權(quán)值的總和。分離濾波器處理圖像過(guò)程與平均濾波器相同，圖像中的叉連點(diǎn)是把相鄰的兩條脊線連接起來(lái)的點(diǎn)，所以叉連點(diǎn)的上下點(diǎn)灰度值較大，而其同一行上的鄰點(diǎn)的灰度值較小，通過(guò)分離濾波器的處理，叉連點(diǎn)的灰度值會(huì)明顯降低，所以分離濾波器有去除叉連點(diǎn)的作用?！　　　　〗?jīng)過(guò)平均濾波器過(guò)濾的圖像，其中每一點(diǎn)的灰度由其臨近的24個(gè)像素的灰度值共同決定。濾波器的大小由指紋圖像中脊線的周期決定，在我們的試驗(yàn)中，周期取為5，因而這里以Sx5大小的濾波器為例。平均濾波器的作用主要是連接邊中出現(xiàn)的斷點(diǎn)，而分離濾波器可以去除圖像中的叉連現(xiàn)象。其他方向的濾波器可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)得到。這種算法的缺點(diǎn)在于：求頻率圖導(dǎo)致計(jì)算量比較大，而且頻率容易產(chǎn)生偏差；方法二：這種方法也是我們采用的濾波方法。指紋圖像濾波有兩種方法：方法一：利用Gabor濾波器的參數(shù)可利用指紋的方向性和紋理性，用Gabor濾波器來(lái)作為帶通濾波器，去除噪音，增強(qiáng)脊谷結(jié)構(gòu)。（）（）這里W是一個(gè)大小為的二維低通濾波器，一般使用的均值濾波。（）（）這里，分別是向量場(chǎng)x，y方向上的分量。（）將方向圖轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的向量場(chǎng)：計(jì)算步驟：1）這樣可以使方向圖精度可以大大提高。指紋圖像的方向圖4．在計(jì)算指紋圖像方向圖多采用塊與塊直接不重疊的方式，但這樣求出的塊方向僅由該塊所包含的像素點(diǎn)所決定，沒(méi)有考慮其周?chē)袼攸c(diǎn)的影響，很容易造成方向的不連續(xù)性。（B）改進(jìn)前的結(jié)果（）當(dāng)?shù)膲K中或?yàn)榱愕谋嚷屎艽髸r(shí)，塊方向應(yīng)直接設(shè)為0或，這樣塊中的每一個(gè)像素的方向都等于。且這里M的大小以包含一脊一谷（即一周期）為宜；2．計(jì)算塊中每個(gè)像素在x軸和y軸上的梯度和。（與認(rèn)為是不同方向）把點(diǎn)方向圖分成大小的塊，對(duì)每一塊計(jì)算方向直方圖（橫坐標(biāo)的方向取到的N個(gè)值，縱坐標(biāo)為取這些