基于嵌入式應(yīng)用的指紋識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 萬方數(shù)據(jù) 萬方數(shù)據(jù) 萬方數(shù)據(jù) 基于嵌入式應(yīng)用的指紋識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作者:任麗君, 陳蕾, Ren Lijun, Chen Lei作者單位:蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院,江蘇,蘇州,215006刊名:科技廣場英文刊名:SCIENCE MOSAIC年,卷(期:2010,""(3被引用次數(shù):0次參考文獻(xiàn)(6條3.Lin Hong.Yifei Wan.Anil Jain Fingerprint Image Enhancement Algorithm and Performance Evaluation 1998(85.趙應(yīng)丁基于嵌入式應(yīng)用的指紋識別技術(shù)研究 20056.孫紫鵬基于三星A

2、RM S3C2410的指紋識別系統(tǒng) 2007相似文獻(xiàn)(10條1.學(xué)位論文趙應(yīng)丁基于嵌入式應(yīng)用的指紋識別技術(shù)研究2005由于人體指紋的長期不變性與唯一性,指紋識別技術(shù)已經(jīng)成為生物識別技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的技術(shù),通過指紋特征來鑒別人身份的技術(shù)正得到越來越廣泛應(yīng)用。但由于指紋識別算法大多較為復(fù)雜,需要較高主頻的處理器運(yùn)行該算法,使得該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用成本很高,阻礙了指紋檢測與識別技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)和普及。本課題主要是對指紋識別算法進(jìn)行優(yōu)化研究,使得該算法能在較低主頻的處理器上運(yùn)行,課題研究內(nèi)容還包括設(shè)計(jì)一個通用型基于嵌入式應(yīng)用的指紋檢測與處理模塊板,在模塊板上可以運(yùn)行優(yōu)化后的指紋識別算法。本論文主要內(nèi)容分為如下

3、五部分。第一,論文對指紋識別技術(shù)研究的目的意義進(jìn)行了說明,對指紋識別技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要概述,并提出了本課題研究內(nèi)容。第二,論文中對指紋檢測技術(shù)和指紋識別算法等進(jìn)行了綜述,在指紋檢測技術(shù)中,重點(diǎn)介紹了光學(xué)指紋傳感器、半導(dǎo)體指紋傳感器和超聲波指紋傳感器等;在指紋識別算法中主要介紹了基于圖像匹配的的指紋識別算法、基于Gabor函數(shù)的指紋圖像增強(qiáng)算法和基于方向圖濾波指紋特征提取算法等;最后還介紹了有關(guān)指紋特征分類方法以及本課題使用的指紋特征定義。第三,提出了一套全新的直接從灰度指紋圖像中提取指紋特征點(diǎn)的算法,該算法不需要傳統(tǒng)指紋特征點(diǎn)提取算法中所必須且耗時非常大的圖像濾波和圖像細(xì)化處理操作,該算

4、法分為以下兩個步驟,首先,使用了一種比較簡單的指紋圖像規(guī)格化操作,在該過程中,主要實(shí)現(xiàn)了三方面的操作,一是利用方向圖濾波器對指紋圖像進(jìn)行平滑化操作,二是使用矩形二值化方法對指紋圖像進(jìn)行二值化處理,三是估算指紋圖像中脊線平均寬度;其次是采用脊線跟隨算法,對指紋圖像中的每一條脊線從指紋圖像中心逐步向外對每一條脊線進(jìn)行跟隨操作,測檢出每一條脊線上所存在的候選特征點(diǎn),在每一次跟隨操作過程中,通過定位到離指紋圖像中心最近的未處理過的脊線,定義像素點(diǎn)跟隨集合,連通標(biāo)記等算法,循環(huán)操作直至搜索到該條脊線上的所有分叉點(diǎn)或端點(diǎn)為止,再根據(jù)給出的判斷條件判別特征點(diǎn)的真?zhèn)?依此方法,再處理其他脊線。經(jīng)算法實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證,

5、該算法明顯比傳統(tǒng)算法運(yùn)算速度快。第四,介紹兩個指紋特征匹配算法,即利用遺傳算法在指紋細(xì)節(jié)特征匹配應(yīng)用研究和基于三角形全等的指紋細(xì)節(jié)特征匹配的研究。在遺傳算法在指紋細(xì)節(jié)特征匹配應(yīng)用研究中,首先對遺傳算法進(jìn)行了綜述,其次說明了在特征匹配過程中,對染色體編碼、染色體初始化、適應(yīng)度函數(shù)、選擇算子、交叉算子、變異算子、進(jìn)化和終止條件等進(jìn)行了詳細(xì)說明;在基于三角形全等的指紋特征匹配的算法中,將整個匹配過程分為三步,一是在采集到的指紋特征和待匹配的指紋特征模板中,以每一個特征點(diǎn)為三角形的一個頂點(diǎn),通過指定方法查找在誤差允許的范圍之內(nèi)全等的兩個三角形;二是根據(jù)兩個三角形的相對位置,通過對所采集到的特征點(diǎn)所構(gòu)成

6、的三角形進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)操作,使兩個三角形在誤差允許的范圍內(nèi)重疊,然后求出平移和旋轉(zhuǎn)參數(shù),然后根據(jù)這些參數(shù),對所采集到全部指紋特征象素點(diǎn)進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)操作;三是根據(jù)兩組指紋特征點(diǎn)中所有特征點(diǎn)的重疊程度確定該兩組指紋特征是否來自同一手指。通過算法實(shí)現(xiàn),該算法滿足指紋匹配要求,效果較好。第五,首先對指紋模塊板的的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要綜述,其次介紹了利用數(shù)字信號處理器(簡稱:DSP設(shè)計(jì)了基于嵌入式應(yīng)用的指紋檢測和處理模塊板,在處理板中,利用FPS200指紋檢測芯片進(jìn)行指紋圖像檢測,利用TMS320VC5402作為模塊板的處理器完成指紋圖像采集、提取指紋特征、細(xì)節(jié)特征匹配和細(xì)節(jié)特征點(diǎn)模板管理等工作,在FP

7、S200和TMS320VC5402芯片之間采用SPI方式進(jìn)行通信,模塊板中利用外擴(kuò)的Flash存儲器保存全部程序和指紋細(xì)節(jié)特征模板,模塊板中擴(kuò)展了512KB的RAM存儲器,作為數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器,模塊板中還提供了一個兩個鍵的小鍵盤,完成指紋特征模板的存儲和刪除功能,該板中通過擴(kuò)展的串口可以與PC機(jī)進(jìn)行通訊,主要是實(shí)現(xiàn)模塊板上的應(yīng)用程序更新和兩者中的數(shù)據(jù)交換功能,板中通過CPID實(shí)現(xiàn)對小鍵盤、中斷信號和Flash和RAM的控制信號的譯碼,論文中詳細(xì)說明了存儲器映射方法和利用存儲在Flash中的程序?qū)崿F(xiàn)并行引導(dǎo)方法,我們通過:DSP標(biāo)記符指令和C語言混合編程的方法實(shí)現(xiàn)了模塊板中的相關(guān)功能等。通

8、過本課題的研究,我們對指紋識別算法進(jìn)行了優(yōu)化研究,設(shè)計(jì)了一種通用型基于嵌入式應(yīng)用的指紋處理模塊板,作為該指紋識別算法的應(yīng)用平臺,該模塊板可以作為其它嵌入式設(shè)備的一個用于指紋檢測與識別的獨(dú)立模塊,也可以在該模塊板上進(jìn)行二次開發(fā),擴(kuò)展該板的其它功能,通過本課題研究,降低了指紋識別技術(shù)的應(yīng)用成本,可有效促進(jìn)指紋識別技術(shù)的應(yīng)用和普及。2.期刊論文戴春霞指紋識別在辦公自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用-測控技術(shù)2004,23(z1指紋識別技術(shù)以方便易用、安全可靠和低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)逐步取代現(xiàn)有的密碼身份驗(yàn)證方式.在此介紹了指紋識別技術(shù)的研究現(xiàn)狀和指紋特征定義和提取、指紋匹配等主要研究內(nèi)容,建立了一套基于結(jié)構(gòu)指紋識別算法

9、,其中采用了一種綜合的圖像細(xì)化算法,在保持了紋線原有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)特征基礎(chǔ)上提高了運(yùn)算速度.最后將該算法結(jié)合網(wǎng)絡(luò)辦公自動化系統(tǒng)提出了具體的解決方案,證明了通過指紋身份驗(yàn)證為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和企業(yè)管理規(guī)范化提供了可靠的保證.3.學(xué)位論文林大勇指紋特征構(gòu)造與比對方法研究2006由于具有獨(dú)特的防偽性、可靠性、實(shí)時性、靈活性、可接受性、安全性和兼容性,因而在所有生物識別技術(shù)中,指紋識別技術(shù)是目前最具有代表性和應(yīng)用前景的一種技術(shù),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公安、保密、軍事、商業(yè)等領(lǐng)域。因此研究指紋特征構(gòu)造和指紋比對算法具有一定的實(shí)用意義。本文作者在收集和閱讀近年來國內(nèi)外指紋識別方面的研究報(bào)告、相關(guān)文獻(xiàn)等資料的基礎(chǔ)上,

10、對指紋識別所涉及的預(yù)處理、指紋特征提取、指紋特征構(gòu)造和指紋特征匹配的算法等進(jìn)行了詳細(xì)的研究和探討。作者在前人工作的基礎(chǔ)上,主要完成了以下工作:(1對指紋預(yù)處理階段方向圖計(jì)算、濾波、二值化和細(xì)化的算法以及提取指紋圖像的細(xì)節(jié)點(diǎn)特征的算法進(jìn)行了研究和分析。(2對指紋特征構(gòu)造方法進(jìn)行了研究和探討。提出了一種基于扇區(qū)劃分的指紋特征構(gòu)造方法。同時基于這種特征構(gòu)造方法提出了同心帶扇區(qū)個數(shù)不同的扇區(qū)劃分和動態(tài)確定扇區(qū)寬度的方法。(3提出了旋轉(zhuǎn)指紋模板克服指紋發(fā)生旋轉(zhuǎn)和減少特征向量維數(shù)克服按捺指紋過偏的算法。(4對指紋比對的方法進(jìn)行了研究,總結(jié)了歐式距離、相關(guān)系數(shù)和特征向量圖的求取方法。通過大量的仿真試驗(yàn)表明,

11、文中給出的指紋特征構(gòu)造方法簡單、可行、有效,結(jié)果令人滿意。電子技術(shù)2007,30(21指紋的細(xì)節(jié)特征是指紋識別的重要依據(jù),為提高指紋識別的速度和準(zhǔn)確度,提出了基于離散小波變換的指紋特征提取方法.通過對指紋圖像的每行進(jìn)行多次haar離散小波變換,對所獲得的特征向量再進(jìn)行離散小波變換,最終得到指紋的特征向量,有效節(jié)省運(yùn)算量,增強(qiáng)指紋識別系統(tǒng)的實(shí)時性.5.學(xué)位論文曾英基于指紋特征的動態(tài)口令的研究與設(shè)計(jì)2007身份認(rèn)證是網(wǎng)絡(luò)安全的一道重要防線,它對于保證信息只被合法授權(quán)者訪問和獲取起著重要作用。在傳統(tǒng)的身份認(rèn)證中,最常用的是靜態(tài)口令,但由于自身的缺陷,這種方法無法提供足夠的訪問安全性。動態(tài)口令技術(shù)正是

12、針對傳統(tǒng)的靜態(tài)口令的安全弱點(diǎn)提出的一次一變的身份認(rèn)證方式。為了順應(yīng)信息社會對信息安全的要求,本文提出了一種基于指紋特征的動態(tài)口令身份認(rèn)證方案。該方案首先采集待認(rèn)證身份的用戶的指紋,通過本地自動指紋識別后,用采集的活體指紋特征和登錄的時間作為動態(tài)因子來生成動態(tài)口令,最后用生成的動態(tài)口令進(jìn)行身份認(rèn)證。雖然不同用戶的指紋特征是不一樣的,但同一用戶每次提取的指紋特征可能相同,所以為了保證不同用戶以及同一用戶一次性動態(tài)口令登錄,在登錄過程中加入指紋特征和每次都不確定的登錄時間來生成動態(tài)口令。該方案由通信雙方分別生成動態(tài)口令,既可以抵抗重放攻擊和假冒攻擊,也體現(xiàn)了認(rèn)證的公平性,安全性較高;不但解決了傳統(tǒng)的

13、靜態(tài)口令和常見動態(tài)口令在身份認(rèn)證系統(tǒng)中存在的問題,而且解決了用戶活體指紋特征等認(rèn)證信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臋C(jī)密性和完整性問題,向最終用戶提供一種更加安全、可靠、便捷的身份認(rèn)證手段。在設(shè)計(jì)中涉及的概念主要有身份認(rèn)證、加解密算法、哈希函數(shù)等。6.學(xué)位論文王猛基于指紋特征作為數(shù)字水印的身份認(rèn)證系統(tǒng)研究2006身份認(rèn)證技術(shù)是信息系統(tǒng)安全的第一道屏障,它是在信息安全時代備受關(guān)注的一個研究領(lǐng)域。今天,隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化的不斷深入和發(fā)展,身份認(rèn)證已成為支撐開展應(yīng)用的基本服務(wù),對身份認(rèn)證提出了新的要求,傳統(tǒng)的單一的認(rèn)證手段已不適應(yīng)應(yīng)用需求,需要構(gòu)建綜合的身份認(rèn)證服務(wù)系統(tǒng),這是目前身份認(rèn)證技術(shù)的發(fā)展方向。近年來,隨著

14、電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展,生物識別受到了廣泛的關(guān)注。指紋識別作為生物識別中一種優(yōu)秀的身份識別方法,其理論及應(yīng)用研究受到了多方的重視。以指紋特征為代表的生物識別技術(shù)代表著用戶身份認(rèn)證技術(shù)的未來,有著廣闊的應(yīng)用前景。而目前廣泛應(yīng)用的基于證件的身份認(rèn)證方法正遭受著各種威脅,各種假證泛濫,給國家和社會造成了巨大的損失,證件的保護(hù)成為急需解決的問題。而數(shù)字水印技術(shù)為這個問題的解決提供了一種行之有效的途徑。數(shù)字水印技術(shù)作為多媒體數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)和內(nèi)容可靠性認(rèn)證的一種新技術(shù),從20世紀(jì)90年代以來得到了迅速的發(fā)展,成為當(dāng)前國內(nèi)外研究的一個熱門課題。數(shù)字水印是在不影響多媒體產(chǎn)品(如數(shù)字圖像、文檔、

15、視頻、音頻等使用質(zhì)量的前提下,將具有特定意義的標(biāo)記(水印,按照某種給定算法嵌入到多媒體產(chǎn)品中,以實(shí)現(xiàn)對該產(chǎn)品的保護(hù)或認(rèn)證。一直以來,水印信號大多是數(shù)字,文本,圖像等信息,加入這種水印的證件存在兩個問題:一是水印的唯一性問題,二是嵌入水印與證件持有者之間沒有必然的聯(lián)系。因而這種方法效果不好。而作為人體生物特征信息的指紋則具有唯一性和不變性等特性,可以作為身份的唯一標(biāo)識,因此利用人體的指紋特征作為水印信號可以很好的解決上面兩個問題。本文首先對傳統(tǒng)用戶身份認(rèn)證技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了綜述,對指紋識別技術(shù)和數(shù)字水印技術(shù)作了比較深入的分析和研究。在此基礎(chǔ)上將二者結(jié)合,利用生物特征的不變性和非易失性

16、生成數(shù)字水印信號,從而綜合了數(shù)字水印和生物識別二者的優(yōu)勢,并借鑒國內(nèi)外相關(guān)先進(jìn)技術(shù)和研究成果,提出了基于指紋特征作為數(shù)字水印的身份認(rèn)證系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用指紋特征信息生成數(shù)字水印信號,并隱藏在用戶身份證件之中,以身份證件作為指紋信息的載體,取代了傳統(tǒng)指紋識別系統(tǒng)中的指紋特征參考信息數(shù)據(jù)庫,節(jié)省了系統(tǒng)開銷,并提高了整個指紋識別系統(tǒng)的安全性。同時,嵌入指紋信息的身份證件與用戶間存在本質(zhì)聯(lián)系,可有效防止證件被盜用,實(shí)現(xiàn)對證件的保護(hù)。指紋識別由于具有唯一性、可靠性,在安全領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.本文從分析當(dāng)前教育考試中存在的諸多舞弊現(xiàn)象出發(fā),說明了利用高科技手段防范考試舞弊的必要性.通過介紹指紋識別技術(shù)的歷

17、史、現(xiàn)狀和發(fā)展情況及在實(shí)際應(yīng)用方面的情況,發(fā)現(xiàn)指紋識別存在不可抵賴性,應(yīng)用在考試管理中防范"硬替考"是非常好的手段,并根據(jù)指紋識別的原理說明了其在考試管理工作應(yīng)用的可行性和可靠性.8.學(xué)位論文張喜青基于指紋特征的用戶身份認(rèn)證技術(shù)研究與開發(fā)2002該文首先對傳統(tǒng)用戶身份認(rèn)證技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了綜述,對指紋識別技術(shù)和傳統(tǒng)各種身份認(rèn)證協(xié)議作了比較深入的分析和研究;然后根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要,借鑒國內(nèi)外相關(guān)先進(jìn)技術(shù)和研究成果,設(shè)計(jì)并開發(fā)了一個頗富新意的基于指紋特征的用戶身份認(rèn)證系統(tǒng).該系統(tǒng)不但解決了通信雙方的雙向認(rèn)證問題,而且解決了用戶活體指紋特征等認(rèn)證信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臋C(jī)密

18、性和完整性問題.把以指紋特征為代表的生物識別技術(shù)與基于密碼體制的身份認(rèn)證協(xié)議有機(jī)結(jié)合,向最終用戶提供一種更加安全、可靠、便捷的身份認(rèn)證手段,將是成功地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全和信息系統(tǒng)安全的有效途徑.隨著信息時代的發(fā)展,人們對安全的需求越來越高,包括身份的認(rèn)證、身份的識別,生物識別技術(shù)在這方面起著重要的作用,其中指紋識別技術(shù)又是最為理想和實(shí)用的生物識別技術(shù)之一.本文介紹了指紋識別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、識別原理,以及指紋識別技術(shù)的主要應(yīng)用.10.學(xué)位論文胡寧自動指紋識別系統(tǒng)關(guān)鍵算法的研究2009由于人的指紋具有長期不變和唯一的特性,通過指紋特征鑒別身份的方法在古今中外都廣泛應(yīng)用。當(dāng)前,隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展,自動指紋識別系統(tǒng)(AFIS發(fā)展迅猛,已經(jīng)逐漸步入實(shí)用化的階段。但是,該項(xiàng)技術(shù)同時也還存在出一些算法的問題,從而一定程度上限制了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)