【正文】 點(diǎn)的灰度值比周圍點(diǎn)都小得多，則經(jīng)過平均濾波器的處理，它的灰度值就接近鄰近點(diǎn)的灰度值了，所以平均濾波器有連接斷點(diǎn)的作用。分離濾波器的權(quán)值如圖2. 6所示，其中參數(shù)：P+2Q+2R=0。一個(gè)基本濾波器要求具備上述兩種功能，它的作用相當(dāng)于平均濾波器加分離濾波器，所以它的權(quán)值如右圖2. 7，其中參數(shù)：K=X十P，L=Y+Q，M=Z+R。常用的二值化方法有固定閥值法、自適應(yīng)閥值法、局部自適應(yīng)閥值法等，這些方法僅僅利用了圖像的灰度信息，對指紋圖像的二值化效果很不理想；現(xiàn)有的大部分指紋圖像預(yù)處理方法都是經(jīng)過濾波處理后再進(jìn)行二值化，這樣就需要對圖像進(jìn)行兩次掃描，不利于處理速度的提高。這種方法取代了一般指紋圖像預(yù)處理中無效區(qū)域分割、濾波、增強(qiáng)、二值化等步驟，一次完成圖像的二值化功能。指紋局部圖如：（A）（B）谷脊變化波形圖以法線方向上各像素點(diǎn)的灰度值做一曲線，可得到近似于正弦的波形圖，(B)所示。若所考察的當(dāng)前像素點(diǎn)恰好落在波谷上，則該點(diǎn)就是指紋脊線點(diǎn)，若所考察的當(dāng)前像素點(diǎn)恰好落在波峰上，則該點(diǎn)就是指紋谷點(diǎn)，而谷點(diǎn)到脊點(diǎn)間像素灰度的變化幾乎呈線性，正是基于指紋圖像在結(jié)構(gòu)上和像素灰度變化上的這些特點(diǎn)，本文提出了下述指紋圖像二值化方法：1．將圖像分成大小為NN的小塊，用上述方向圖改進(jìn)方法計(jì)算各小塊的方向；2．對圖像中的每一點(diǎn)，以其所在塊的方向作為該像素點(diǎn)的方向，并以該點(diǎn)為中心在其法方向上取(一般為奇數(shù))的矩形窗，計(jì)算矩形窗內(nèi)指紋方向每一列中像素點(diǎn)在法方向上的加權(quán)平均，具體公式為：是k列上的第d個(gè)像素的位置。5．將當(dāng)前像素點(diǎn)的加權(quán)平均灰度值（即）與動(dòng)態(tài)閥值進(jìn)行比較，若小于動(dòng)態(tài)閥值，同時(shí)，當(dāng)前像素點(diǎn)在波形圖極小點(diǎn)一個(gè)有限的鄰域內(nèi)，則當(dāng)前像素點(diǎn)為脊線點(diǎn)，否則即為谷點(diǎn)，即：若的起伏很不明顯，說明該區(qū)域?qū)儆跓o效區(qū)域或背景區(qū)域，整個(gè)區(qū)域的像素值置為255。為了進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)，得到更精確的細(xì)節(jié)特征，提高識別的準(zhǔn)確性，對指紋圖像進(jìn)行細(xì)化處理是不可忽略的。實(shí)際上，是保持原圖的骨架。一種好的細(xì)化方法應(yīng)滿足下列條件：1．迭代必須收斂的。(連接性)3．不引起紋線的逐步吞食。(保持性)5．骨架紋線的寬度為1個(gè)像素。(中軸性)7．算法簡單、速度快。這種算法采用模板，如圖2. 9所示，左上角的方窗(即)為消除模板。消除模板具體如下：4個(gè)模板能有效去除邊緣上的突出物，保證了細(xì)化后的指紋骨架處于指紋脊線中心，避免了細(xì)化后的指紋骨架出現(xiàn)毛刺。保持模板內(nèi)容如下圖2. 11所示：重復(fù)這個(gè)過程，直到?jīng)]有一個(gè)像素的值被改變。1表示，0表示保留，1表示刪去)。在基于細(xì)節(jié)點(diǎn)的指紋自動(dòng)識別系統(tǒng)中，特征提取是在細(xì)化后的指紋圖像上進(jìn)行的。探測細(xì)節(jié)點(diǎn)的算法很簡單，如圖2. 12所示的3x3模板就可以用來確定特征的位置。是細(xì)化后圖像在處的灰度。這樣得到的特征中存在由指紋質(zhì)量、攝入噪聲等原因造成的很多假特征，如下圖2. 12所示(a)和(b)中產(chǎn)生了假的端點(diǎn)；(c)和(d)中形成了錯(cuò)誤的斷開和連接；(e)中顯示的是一個(gè)由不平滑的脊引起的毛刺，出現(xiàn)了假端點(diǎn)和假分叉兩種特征：(f)~(g)是幾種錯(cuò)誤連接的例子，分別稱為橋形、三角形、梯形結(jié)構(gòu)。針對上面這些假特征，我們采用了非常簡單的方法：計(jì)算特征點(diǎn)間的距離，如果距離值小于所給的閥值，則認(rèn)為特征點(diǎn)為假特征點(diǎn)。這種方法中鄰域的選取很重要，如果取得比較小，則可能起不到去除假特征點(diǎn)的作用；如果取得比較大的話，則可能將真正的特征點(diǎn)也一并刪去。對每一個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)，我們記錄如下信息：1．細(xì)節(jié)點(diǎn)的x,y坐標(biāo)。3．細(xì)節(jié)點(diǎn)的類型，即脊線端點(diǎn)或脊線分叉點(diǎn)。細(xì)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的脊線用該脊線上的采樣點(diǎn)來表示，采樣的距離約為脊線間的平均距離。采樣點(diǎn)用該點(diǎn)與對應(yīng)細(xì)節(jié)點(diǎn)的距離，和連接該點(diǎn)與對應(yīng)細(xì)節(jié)點(diǎn)的直線與對應(yīng)細(xì)節(jié)點(diǎn)方向的夾角來表示，的取值范圍在180到180度之間。在細(xì)節(jié)匹配中，對應(yīng)脊線將被用來對兩個(gè)平面點(diǎn)集進(jìn)行校準(zhǔn)，而且，校準(zhǔn)的參數(shù)，也就是兩個(gè)點(diǎn)集中任意一對脊線間的旋轉(zhuǎn)角度，將被用來作為判斷它們所對應(yīng)的細(xì)節(jié)點(diǎn)能否看作匹配的細(xì)節(jié)點(diǎn)的條件。細(xì)節(jié)點(diǎn)集的校準(zhǔn)：令為了把細(xì)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到極坐標(biāo)系中去，需要在模板細(xì)節(jié)點(diǎn)集和輸入細(xì)節(jié)點(diǎn)集中各選一個(gè)參照點(diǎn)作為相應(yīng)的極坐標(biāo)系中的原點(diǎn)，并算出其它細(xì)節(jié)點(diǎn)相對于參照點(diǎn)的極坐標(biāo)。對模板點(diǎn)集中的每一點(diǎn)和輸入點(diǎn)集中的每一點(diǎn)，定義為將和當(dāng)作參照點(diǎn)對時(shí)，從輸入圖像到模板圖像的旋轉(zhuǎn)角度。如果和是不同類型的細(xì)節(jié)點(diǎn)，也就是說它們一個(gè)是端點(diǎn)，一個(gè)是分叉點(diǎn)，則它們不是對應(yīng)點(diǎn)對，取值為400。3基于單片機(jī)的指紋識別系統(tǒng)是由AT89S51MCU處理器、68128RAM和EEPROM芯片等構(gòu)成，在無需上位機(jī)參與管理的情況下，具有指紋錄入、圖像處理、指紋對比、搜索和模版儲存等功能的智能型模塊。該系統(tǒng)控制的核心是單片機(jī)AT89S51，因?yàn)橥ㄟ^比較DSP芯片，處理速度較快和存儲量較大，但性價(jià)比較低?？臻e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，128x8bit內(nèi)部RAM，能滿足設(shè)計(jì)要求。指紋識別模塊以MCU處理器為處理中心，基本集成了指紋處理方面的所有過程，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1．在無上位機(jī)（PC或DSP）的情況下，獨(dú)立完成指紋的錄入、圖像處理、特征提取、模塊生成、模塊存儲、指紋對比（1：1）或指紋搜索（1：N）等功能。（上電時(shí)，4種組合狀態(tài)：命令、對比、錄入、刪除）；獨(dú)立模式適用范圍：簡單保險(xiǎn)柜、房門鎖具：命令模式適用范圍：較復(fù)雜的門禁系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3. 1所示。MAX232作為接口芯片用于實(shí)現(xiàn)指紋傳感器串口的RS232信號與89S51串行口的TTL信號的相互轉(zhuǎn)換[7]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：　AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性：兼容MCS51指令系統(tǒng)4k可反復(fù)擦寫(1000次)ISP Flash ROM32個(gè)雙向I/O口2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率033MHz全雙工UART串行中斷口線128x8bit內(nèi)部RAM2個(gè)外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級加密位看門狗（WDT）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的ISP字節(jié)和分頁編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針本系統(tǒng)采用AT89S51作為指紋識別系統(tǒng)的核心處理器，使用單片機(jī)內(nèi)部的4K程序存儲器，接+5V電源。/EA/，又外接了128Kx8的EEPROM存儲器，故該引腳必須接+5V高電平./.串口通信接口設(shè)計(jì)采用MAX232實(shí)現(xiàn)TTL與RS232的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)通信。當(dāng)指紋識別系統(tǒng)工作時(shí)，需要+5V電源，為了使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，在本設(shè)計(jì)中，將220v交流電源到+5V直流電的轉(zhuǎn)換電路和識別控制器集成在一塊電路板上。+5V電源電路圖為了改善紋波特性，在輸入端外接電容，一般取值為0. 33uF，并緊接在穩(wěn)壓塊的輸入端；在輸出端連接電容，這樣可以改善輸出電壓的紋波特性，一般選為0. 1 uF式中：——穩(wěn)壓塊允許的最大輸入電壓；——穩(wěn)壓塊的輸出電壓；2V——穩(wěn)壓塊輸入與輸出之間的最小壓差?，F(xiàn)有技術(shù)光學(xué)傳感器的體積都比較大，而且成像結(jié)果也要經(jīng)過變換才可以使用。 FPS200與AT89S51連接圖FPS200傳感器支持三種接口方式：8位的系統(tǒng)總線接口、集成的全速的USB接口和集成的串行外設(shè)接口?？刂菩盘柡投际瞧x信號，低有效，高有效，本系統(tǒng)選用的是；/RD和/WR分別為讀寫控制信號。系統(tǒng)總線接口工作模式，用于與MCU相連，正常工作時(shí)使用；MODE[1：0]=01bSPI接口工作模式；MODE[1：0]=10bUSB接口工作模式，用于與PC相連調(diào)試時(shí)使用；拉低時(shí)為寫索引寄存器，數(shù)據(jù)總線~的內(nèi)容寫到索引寄存器；拉高時(shí)可讀寫數(shù)據(jù)寄存器，數(shù)據(jù)總線~上的內(nèi)容讀寫到數(shù)據(jù)寄存器。先將管腳的電平拉低，發(fā)出寫信號，將要讀寫的內(nèi)部寄存器地址送到數(shù)據(jù)總線上，寫入控制寄存器并由FPS200送到它的索引寄存器再將管腳拉高，發(fā)出讀信號，將數(shù)據(jù)寄存器上的值讀入MCU。