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嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)開發(fā)
摘要：介紹了指紋識(shí)別技術(shù)的基本原理，嵌入式操作系統(tǒng)的選擇及定制。計(jì)算機(jī)控制單元的軟件及硬件設(shè)計(jì)包括：指紋并口采集板設(shè)計(jì)及初始化程序，前臺(tái)指紋建檔（比對(duì)程序，局域網(wǎng)通訊程序，數(shù)據(jù)處理程序等。關(guān)鍵詞：指紋識(shí)別 嵌入式 通訊 操作系統(tǒng)
生理測(cè)定技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。目前，有很多技術(shù)等生物測(cè)定技術(shù)可用于身份認(rèn)證，包括：虹膜識(shí)別、視網(wǎng)膜識(shí)別、面部識(shí)別、簽名識(shí)別、聲音識(shí)別技術(shù)、指紋識(shí)別技術(shù)等。其中指紋因具有終生不變性及穩(wěn)定性，是目前應(yīng)用前景較好的生物識(shí)別系統(tǒng)。但指紋識(shí)別目前在國(guó)內(nèi)乃至世界仍未普及的主要原因是：（1）速度慢：目前一般系統(tǒng)辨別需要數(shù)秒鐘甚至更長(zhǎng)；（2）性能差：錯(cuò)誤拒識(shí)率（FRR）和錯(cuò)誤接受率（FAR）過(guò)高，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的系統(tǒng)一般FRR<3%,FAR<1/106；（3）價(jià)格高：由于目前國(guó)內(nèi)主要引用國(guó)外成熟的指紋識(shí)別技術(shù)，并且比對(duì)系統(tǒng)采用PC機(jī)處理，體積龐大，不便移動(dòng)。本系統(tǒng)在對(duì)指紋識(shí)別技術(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，與嵌入式技術(shù)相結(jié)合，可較好地解決上述問(wèn)題。
1 指紋識(shí)別原理
指紋識(shí)別的基本原理為：采用細(xì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)模型來(lái)做細(xì)節(jié)匹配，即對(duì)指紋的脊線末梢和指紋的脊線分支點(diǎn)提取特征點(diǎn)鑒定指紋。具體的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)框圖見圖1。
指紋圖像的預(yù)處理：目的是去除指紋圖像中的噪音，將其轉(zhuǎn)化為一幅清晰的點(diǎn)線圖，便于提取正確的指紋特征。預(yù)處理影響指紋識(shí)別的效果，具有重要的意義。它分四步進(jìn)行，即灰度濾波、二值化、二值去噪、細(xì)化。
對(duì)圖像細(xì)化后，采用細(xì)節(jié)點(diǎn)模反提取出指紋圖像的脊線末梢和脊線分支點(diǎn)的位置，將指紋認(rèn)證問(wèn)題轉(zhuǎn)化成為點(diǎn)模式匹配問(wèn)題。建檔時(shí)將特征位置點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，作為建檔模板。指紋比對(duì)時(shí)，采用同樣的方法，得到比對(duì)模板。由于要考慮指紋的平移和旋轉(zhuǎn)（對(duì)極坐標(biāo)只考慮旋轉(zhuǎn)），對(duì)每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)A，在指紋圖像上尋找兩個(gè)與其最后的關(guān)鍵點(diǎn)R、S，把A、R、S點(diǎn)的類型（末梢或分支點(diǎn)）分別紀(jì)錄為nType1、nType2、nType3；把連接點(diǎn)A與點(diǎn)R、點(diǎn)A與點(diǎn)S、點(diǎn)R與點(diǎn)S的3條虛擬線段所跨越的脊線數(shù)分別記為nCrossNum1、nCrossNum2、nCrossNum3。如果這兩點(diǎn)滿足一定茶杯條件，則認(rèn)為點(diǎn)A與點(diǎn)B初匹配成功，如此可選擇出最好的3組對(duì)應(yīng)點(diǎn)，計(jì)算出比對(duì)模板相對(duì)建檔模板的旋轉(zhuǎn)角度，將比對(duì)模板矯正后，再進(jìn)行細(xì)節(jié)點(diǎn)的精細(xì)匹配，根據(jù)隸屬函數(shù)可計(jì)算兩個(gè)指紋的相似度。如大于某個(gè)閾值，則認(rèn)為是同一指紋。
2 系統(tǒng)的定制
2.1 選擇嵌入式操作系統(tǒng)
隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，芯片的制造成本和銷售價(jià)格都大大降低了，而功能和內(nèi)部支持的端口卻大大擴(kuò)展了，16位和32位嵌入式處理器逐漸成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主流。為了縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期和運(yùn)行時(shí)間，使工作更穩(wěn)定、更可靠和更高效并實(shí)現(xiàn)需要的復(fù)雜功能，需要運(yùn)行于嵌入式處理器上的嵌入式操作系統(tǒng)，才能形成完整的系統(tǒng)平臺(tái)。當(dāng)前嵌入式操作系統(tǒng)包括Microsoft Embedded NT 4.0、Microsoft Windows CE、Nucleus PLUS、pSOSystem等。由于指紋識(shí)別對(duì)系統(tǒng)計(jì)算能力要求較高，需要具有強(qiáng)大的
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