嵌入式指纹识别系统开发

    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。

    (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