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嵌入式指纹识别系统开发

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了指纹识别技术的基本原理,嵌入式操作系统的选择及定制。计算机控制单元的软件及硬件设计包括:指纹并口采集板设计及初始化程序,前台指纹建档(比对程序,局域网通讯程序,数据处理程序等。

    关键词:指纹识别 嵌入式 通讯 操作系统

生理测定技术是当前研究的热点之一。目前,有很多技术等生物测定技术可用于身份认证,包括:虹膜识别、视网膜识别、面部识别、签名识别、声音识别技术、指纹识别技术等。其中指纹因具有终生不变性及稳定性,是目前应用前景较好的生物识别系统。但指纹识别目前在国内乃至世界仍未普及的主要原因是:(1)速度慢:目前一般系统辨别需要数秒钟甚至更长;(2)性能差:错误拒识率(FRR)和错误接受率(FAR)过高,目前市场上出现的系统一般FRR<3%,FAR<1/106;(3)价格高:由于目前国内主要引用国外成熟的指纹识别技术,并且比对系统采用PC机处理,体积庞大,不便移动。本系统在对指纹识别技术优化的基础上,与嵌入式技术相结合,可较好地解决上述问题。

1 指纹识别原理

指纹识别的基本原理为:采用细节点坐标模型来做细节匹配,即对指纹的脊线末梢和指纹的脊线分支点提取特征点鉴定指纹。具体的自动指纹识别系统框图见图1。
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    指纹图像的预处理:目的是去除指纹图像中的噪音,将其转化为一幅清晰的点线图,便于提取正确的指纹特征。预处理影响指纹识别的效果,具有重要的意义。它分四步进行,即灰度滤波、二值化、二值去噪、细化。

对图像细化后,采用细节点模反提取出指纹图像的脊线末梢和脊线分支点的位置,将指纹认证问题转化成为点模式匹配问题。建档时将特征位置点坐标转化为极坐标后存入数据库,作为建档模板。指纹比对时,采用同样的方法,得到比对模板。由于要考虑指纹的平移和旋转(对极坐标只考虑旋转),对每个关键点A,在指纹图像上寻找两个与其最后的关键点R、S,把A、R、S点的类型(末梢或分支点)分别纪录为nType1、nType2、nType3;把连接点A与点R、点A与点S、点R与点S的3条虚拟线段所跨越的脊线数分别记为nCrossNum1、nCrossNum2、nCrossNum3。如果这两点满足一定茶杯条件,则认为点A与点B初匹配成功,如此可选择出最好的3组对应点,计算出比对模板相对建档模板的旋转角度,将比对模板矫正后,再进行细节点的精细匹配,根据隶属函数可计算两个指纹的相似度。如大于某个阈值,则认为是同一指纹。

2 系统的定制

2.1 选择嵌入式操作系统

随着微电子技术的进步,芯片的制造成本和销售价格都大大降低了,而功能和内部支持的端口却大大扩展了,16位和32位嵌入式处理器逐渐成为电子产品设计的主流。为了缩短产品设计周期和运行时间,使工作更稳定、更可靠和更高效并实现需要的复杂功能,需要运行于嵌入式处理器上的嵌入式操作系统,才能形成完整的系统平台。当前嵌入式操作系统包括Microsoft Embedded NT 4.0、Microsoft Windows CE、Nucleus PLUS、pSOSystem等。由于指纹识别对系统计算能力要求较高,需要具有强大的管理功能,并不需要硬实时功能,在实际开发中选用Microsoft Embedded NT 4.0嵌入式操作系统,它具有操作系统的完善功能和强大的TCP/IP网络功能;开发环境可选用Visual C++ 6.0并支持组件对象模型、MFC、ATL等。经过实验验证,可满足设计要求。

2.2 系统硬件选择及开发

系统硬件框图见图2。
嵌入式指纹识别系统开发
    (1) 工控主板选用研祥PI6584V工控主板,并配如下部件:CPU(AMD K6-2)、内存(168线64MB)、PC 104以太网卡、32MB DOM。该部分采用5V供电,静态耗电50μA。峰值耗电量50mA。体积为50mm×80mm×20mm。工控主板在系统中所起作用:搭载系统应用软件;使用EPP1.9模式,通过并口从并口板读取指纹图像数据;将指纹图像数据通过指纹建档算法转化为指纹特征值存入DOM中;实时采集指纹与DOM中指纹特征值进行比对;接收键盘输入键值并根据按键功能定义进行相应操作;系统状态信息通过串口输出到控制板中,完成人机操作界面显示。

(2) 指纹采集头组件(COMS板)。COMS板的主要功能为:实时通过光学指纹采集仪将指纹图像

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