單片機(jī)指紋識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)(共23頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1緒論1.1指紋識(shí)別的歷史與發(fā)展前景19世紀(jì)初，科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了至今仍然承認(rèn)的指紋的兩個(gè)重要特征，一是兩個(gè)不同手指的指紋紋脊的式樣(radge pattern)不同，另外一個(gè)是指紋紋脊的式樣終生不改變。這個(gè)研究成果使得指紋在犯罪鑒別中得以正式應(yīng)用。主要代表性的事件有：1896年阿根廷首次應(yīng)用，然后是1901年的蘇格蘭，20世紀(jì)初其他國家也相繼應(yīng)用到犯罪鑒別中。20世紀(jì)60年代，由于計(jì)算機(jī)可以有效的處理圖形，人們開始著手研究利用計(jì)算機(jī)來處理指紋。從那時(shí)起，自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)AFIS (Automated Fingerprint Identification System)在

2、法律實(shí)施方面的研究和應(yīng)用在世界許多國家展開。20世紀(jì)80年代，個(gè)人電腦、光學(xué)掃描這兩項(xiàng)技術(shù)的革新，使得它們作為指紋取像的工具成為現(xiàn)實(shí)，從而使指紋識(shí)別可以在其他領(lǐng)域中得以應(yīng)用，比如代替IC卡?，F(xiàn)在(90年代后期)，低價(jià)位取像設(shè)備的引入及其飛速發(fā)展，可靠的比對(duì)算法的發(fā)現(xiàn)為個(gè)人身份識(shí)別應(yīng)用的增長提供了舞臺(tái)。相對(duì)于其他身份鑒定技術(shù)，指紋識(shí)別技術(shù)之所以優(yōu)于其他身份鑒定技術(shù)而被廣泛采用的原因：1指紋是獨(dú)一無二的，兩人之間不存在著相同的指紋：2指紋是相當(dāng)固定的，不會(huì)隨年齡、健康狀況的變化而改變；3指紋樣本易于采集，難以偽造，便于開發(fā)，實(shí)用性強(qiáng)；4每個(gè)人十指的指紋皆不相同，可以利用多個(gè)指紋構(gòu)成多重口令，提高系

3、統(tǒng)的安全性；5指紋識(shí)別中使用的模板并非最初的指紋圖像，而是由圖像提取的關(guān)鍵特征，使所需存儲(chǔ)的信息量減小，而且在實(shí)現(xiàn)異地確認(rèn)時(shí)，可以大大減少網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)擔(dān)，支持網(wǎng)絡(luò)功能?？梢钥闯觯讣y識(shí)別技術(shù)相對(duì)于其他識(shí)別方法有許多獨(dú)到之處，具有很高的實(shí)用性和可行性。因此，指紋識(shí)別成為最流行、最方便、最可靠的身份認(rèn)證方式，己經(jīng)在社會(huì)生活的諸多方面得到廣泛應(yīng)用。1.2指紋識(shí)別中的基本概念與技術(shù)困難指紋圖像其實(shí)是比較復(fù)雜的，它有著許多不同于其他圖像的特征。與人工處理不同，現(xiàn)代的生物識(shí)別技術(shù)并不直接存儲(chǔ)指紋的圖像(一是考慮到隱私權(quán)，二是由于儲(chǔ)存空間)，而是記錄從指紋源圖像中提取到的特征，指紋識(shí)別算法最終都?xì)w結(jié)為在指紋圖

4、像上找到并比對(duì)指紋的特征。我們定義了指紋的兩類特征來進(jìn)行指紋的驗(yàn)證：總體特征和局部特征?？傮w特征是指那些用人眼直接就可以觀察到的特征，包括：基本紋路圖案：環(huán)型(loop)，拱型(arch)，漩渦型(whorl)。其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案。僅僅依靠圖案類型來分辨指紋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這只是一個(gè)粗略的分類，但通過分類使得在大數(shù)據(jù)庫中搜尋指紋更為方的，這只是一個(gè)粗略的分類，但通過分類使得在大數(shù)據(jù)庫中搜尋指紋更為方便。指紋圖像類別比例是這樣的：漩渦型(包括whorldouble whorl)占27. 9%，環(huán)型(包括right loop，left loop)占65. 5%，拱型(包括arch，t

5、ented arch)占6. 60I0。目前指紋識(shí)別技術(shù)還有很多困難。例如：當(dāng)三維的指紋被指紋錄入設(shè)備掃描成二維的數(shù)字圖像時(shí)，會(huì)丟失一部分信息、，手指劃破、割傷、弄臟、不同干濕程度以及不同的按壓方式，還會(huì)導(dǎo)致指紋圖像的變化，這給可靠的特征提取帶來了相當(dāng)?shù)乩щy。例如傳統(tǒng)的基于細(xì)節(jié)點(diǎn)的識(shí)別方法，是依靠提取指紋脊線上的細(xì)節(jié)點(diǎn)，然后對(duì)其位置和類型進(jìn)行匹配，來識(shí)別指紋的(詳細(xì)描述在第三章中)，而噪聲會(huì)影響特征提取準(zhǔn)確度，增加錯(cuò)誤的特征點(diǎn)或丟失真正的特征點(diǎn)。當(dāng)噪聲很大時(shí)，就要增加圖像增強(qiáng)算法來改善圖像的質(zhì)量，但很難找到一種增強(qiáng)算法能夠適應(yīng)所用的噪聲，多種增強(qiáng)算法又會(huì)大幅增加算法運(yùn)行時(shí)間，不好的增強(qiáng)算法又會(huì)

6、增加人為特征。當(dāng)噪聲增大時(shí)，提取了許多虛假細(xì)節(jié)點(diǎn)，還有可能丟失細(xì)節(jié)點(diǎn)。這就是傳統(tǒng)的基于細(xì)節(jié)點(diǎn)識(shí)別算法的不足之處之一，因?yàn)樗焕昧酥讣y圖像中的一小部分信息細(xì)節(jié)點(diǎn)位置和方向，作為特征進(jìn)行匹配，丟失的蘊(yùn)涵在圖像中的其他豐富的結(jié)構(gòu)信息。不難想象，基于這種方法的識(shí)別算法，很難全面適應(yīng)指紋的變化。1.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案和論文結(jié)構(gòu)硬件平臺(tái)大致可以分為5個(gè)部分：成像系統(tǒng)（傳感器FPS200）、核心部分（AT89S51單片機(jī)）、RAM、EEPROM等器件。工作原理：指紋經(jīng)傳感器采集后，由傳感器直接轉(zhuǎn)成RGB格式，并且數(shù)據(jù)傳輸?shù)組CU。MCU需要執(zhí)行大量的模式識(shí)別和圖像處理相關(guān)計(jì)算。固化的程序存儲(chǔ)在EEPROM

7、中，這些指令控制了整個(gè)指紋識(shí)別系統(tǒng)的工作流程。RAM為內(nèi)存存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)。這就構(gòu)成數(shù)據(jù)通道。在指紋算法方面，研究了基于細(xì)節(jié)點(diǎn)特征指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的各部分構(gòu)成以及指紋圖像的預(yù)處理和細(xì)節(jié)特征提取。文章第一部分首先介紹了基于細(xì)節(jié)點(diǎn)特征的指紋識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成及原理。重點(diǎn)研究了其預(yù)處理過程，其中包括指紋圖像預(yù)濾波、方向圖計(jì)算、基于方向圖的指紋圖像濾波和指紋圖像二值化。最后介紹了對(duì)二值化后的指紋圖像細(xì)化的方法。第二部分介紹了硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如：?jiǎn)纹瑱C(jī)的連接方法，外設(shè)寄存器選取，串口通信的實(shí)現(xiàn)等等。第三部分介紹了指紋識(shí)別系統(tǒng)的軟件流程及與PC機(jī)接口通信的實(shí)現(xiàn)。2紋圖像處理及特征提取與實(shí)現(xiàn)2.1方法概述特征提取基

8、于細(xì)節(jié)點(diǎn)特征的指紋自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是目前這方面研究中的主流，這種系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有以下一些步驟如圖2.1：預(yù)處理是將輸入的（直接采集進(jìn)來的）低質(zhì)量、有噪音的指紋源圖象處理成已細(xì)化了的清晰的二值圖像1。它的目的是減少低質(zhì)量的圖像對(duì)分類識(shí)別結(jié)果的影響，預(yù)處理中一般包括圖像增強(qiáng)、濾波、二值化、細(xì)化等步驟。預(yù)處理的方法通常有兩種：方法一：先求方向圖，后求頻率圖，最后由此得到的Gabor濾波器對(duì)圖像進(jìn)行濾波。這種方法計(jì)算量比較大，在求頻率圖容易產(chǎn)生偏差，不利于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)。方法二：結(jié)合指紋圖像自身的特點(diǎn)以及其源圖像像素來確定該點(diǎn)是否為脊，直接準(zhǔn)確地得到黑白二值的指紋脊圖像。這種方法對(duì)于從不同渠道獲得的圖像均有不錯(cuò)

9、的效果。在以上兩種方法都要用到方向圖，方向圖是一種可直接從原灰度圖像中得到的有用信息，在預(yù)處理、特征提取、指紋分類中有著重要意義。我們總是在準(zhǔn)確求得方向圖的基礎(chǔ)上運(yùn)用各種濾波方法或直接找脊的方法來進(jìn)行預(yù)處理。方向圖描述了指紋圖像中每一像素點(diǎn)所在脊線或谷線在該點(diǎn)的切線方向，也可看作是指紋源圖像的一種變化表示方法，既用紋線的方向來表示該紋線。方向圖分為兩種：一種是點(diǎn)方向圖，表示源指紋圖像中每一點(diǎn)脊線的方向：另一種是塊方向圖，表示源指紋圖像中每一塊脊線的大致方向。計(jì)算方向圖的基本思想是：在原灰度圖像中每一點(diǎn)（或每一塊在各個(gè)方向上的某個(gè)統(tǒng)計(jì)量（如灰度差、梯度等），根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)量在各個(gè)方向上的差異，確定

10、該點(diǎn)（塊）的方向。2.2方向圖的計(jì)算2.2.1求點(diǎn)方向圖設(shè)是指紋圖像中點(diǎn)的灰度值，要計(jì)算該點(diǎn)的方向，需要先求出（該點(diǎn)臨域沿d方向的灰度變化）。圖2.2點(diǎn)方向示意圖=，d=1，2，N（2.1）其中：是方向d上的第k個(gè)點(diǎn)；是該點(diǎn)的灰度值，N是所取的方向數(shù)，n為每個(gè)方向上所取的鄰點(diǎn)數(shù)。這兩個(gè)數(shù)的具體取值與圖像的分辨率有關(guān)，一般取N=16，即取16個(gè)方向，n=8，即一個(gè)方向上取8個(gè)鄰點(diǎn)。點(diǎn)的方向?yàn)槿≈底钚〉姆较?。?duì)圖像中的每一點(diǎn)求取點(diǎn)方向，這樣便形成了指紋點(diǎn)方向圖。此方向求得的方向特點(diǎn)：1方向取值不是02中的任意值，而是有限的幾個(gè)數(shù)。2這種方向計(jì)算出的方向范圍是02，有利于求取指紋的走勢(shì)。（與認(rèn)為是不

11、同方向）2.2.2由點(diǎn)方向圖求塊方向圖的算法把點(diǎn)方向圖分成大小的塊，對(duì)每一塊計(jì)算方向直方圖（橫坐標(biāo)的方向取到的N個(gè)值，縱坐標(biāo)為取這些方向的象素個(gè)數(shù)），方向直方圖中的峰值所對(duì)應(yīng)的方向，即該塊的方向。2.2.3最小均方估計(jì)塊方向算法代表指紋圖像在處的灰度值步驟：1將圖像分成大小為的塊。這里M的大小以包含一脊一谷（即一周期）為宜；2計(jì)算塊中每個(gè)像素在x軸和y軸上的梯度和。這里用簡(jiǎn)單的梯度算子：=（2.2）（2.3）3用下面公式計(jì)算塊的方向，且（2.4）當(dāng)?shù)膲K中或?yàn)榱愕谋嚷屎艽髸r(shí)，塊方向應(yīng)直接設(shè)為0或，這樣塊中的每一個(gè)像素的方向都等于。（A）原始圖像（B）改進(jìn)前的結(jié)果（C）改進(jìn)后的結(jié)果圖2.3指紋圖像

12、的方向圖4在計(jì)算指紋圖像方向圖多采用塊與塊直接不重疊的方式，但這樣求出的塊方向僅由該塊所包含的像素點(diǎn)所決定，沒有考慮其周圍像素點(diǎn)的影響，很容易造成方向的不連續(xù)性。于是我們采用在計(jì)算方向圖時(shí)，采用塊重疊的方式。這樣可以使方向圖精度可以大大提高。5方向圖平滑這里我們采用將方向圖正交分解后分別進(jìn)行濾波的方法對(duì)它進(jìn)行平滑，實(shí)驗(yàn)證明這種方法比一般用的中值濾波和加權(quán)平滑的方法的效果好。計(jì)算步驟：1）將方向圖轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的向量場(chǎng)：（2.5）（2.6）這里，分別是向量場(chǎng)x，y方向上的分量。2）實(shí)現(xiàn)低通濾波：（2.7）（2.8）這里W是一個(gè)大小為的二維低通濾波器，一般使用的均值濾波。3）平滑后的方向場(chǎng)為：（2.9

13、）2.3指紋圖像的濾波在指紋處理中用到濾波器，主要在于去除圖像噪聲，增強(qiáng)圖像質(zhì)量，即增強(qiáng)指紋脊與谷的對(duì)比度，修補(bǔ)圖像連接脊中出現(xiàn)的斷點(diǎn)、去除圖像中的叉連現(xiàn)象。指紋圖像濾波有兩種方法：方法一：利用Gabor濾波器的參數(shù)可利用指紋的方向性和紋理性，用Gabor濾波器來作為帶通濾波器，去除噪音，增強(qiáng)脊谷結(jié)構(gòu)。這種算法難點(diǎn)在于需要計(jì)算圖像的頻率圖將指紋圖像看成由脊和谷組成的周期圖像，在每一個(gè)局部領(lǐng)域內(nèi)都會(huì)有一個(gè)相對(duì)固定準(zhǔn)確的頻率。這種算法的缺點(diǎn)在于：求頻率圖導(dǎo)致計(jì)算量比較大，而且頻率容易產(chǎn)生偏差；方法二：這種方法也是我們采用的濾波方法。這是一種簡(jiǎn)單但效果良好的上下文濾波器，上下文濾波法也是基于方向圖的

14、，這是一系列上下文相關(guān)的濾波器，使用時(shí)根據(jù)某一快的方向從一系列濾波器中選擇一個(gè)相應(yīng)的濾波器來對(duì)這一塊進(jìn)行濾波。其他方向的濾波器可以通過旋轉(zhuǎn)得到。一個(gè)基本的濾波器由兩部分組成：平均濾波器和分離濾波器。平均濾波器的作用主要是連接邊中出現(xiàn)的斷點(diǎn)，而分離濾波器可以去除圖像中的叉連現(xiàn)象。(斷裂和叉連的情況；如I右圖2. 4所示)。濾波器的大小由指紋圖像中脊線的周期決定，在我們的試驗(yàn)中，周期取為5，因而這里以Sx5大小的濾波器為例。水平方向的平均濾波器的權(quán)值如右圖2.5所示，其中系數(shù)滿足：。經(jīng)過平均濾波器過濾的圖像，其中每一點(diǎn)的灰度由其臨近的24個(gè)像素的灰度值共同決定。即對(duì)于第i行j列的點(diǎn)的灰度值的處理如

15、下：圖2.4斷裂與叉連圖2.5平均濾波器的權(quán)值（2.10）若圖像中出現(xiàn)斷點(diǎn)，即這一點(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。分離濾波器處理圖像過程與平均濾波器相同，圖像中的叉連點(diǎn)是把相鄰的兩條脊線連接起來的點(diǎn)，所以叉連點(diǎn)的上下點(diǎn)灰度值較大，而其同一行上的鄰點(diǎn)的灰度值較小，通過分離濾波器的處理，叉連點(diǎn)的灰度值會(huì)明顯降低，所以分離濾波器有去除叉連點(diǎn)的作用。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

16、參數(shù)：K=X十P，L=Y+Q，M=Z+R。為歸一化權(quán)值，基本濾波器的每個(gè)權(quán)值都需要除以該濾波器所有權(quán)值的總和。圖2.6分離濾波器的權(quán)值圖2.7基本濾波器的權(quán)值用方向?yàn)V波器進(jìn)行濾波去噪時(shí)，根據(jù)塊方向圖中的該塊的方向，選用相應(yīng)的濾波器(將水平方向的濾波器旋轉(zhuǎn)塊方向的角度后得到)，進(jìn)行濾波。2.4基于方向圖的動(dòng)態(tài)閥值指紋圖像二值化方法二值化是指紋圖像預(yù)處理中必不可少的一步。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(duì)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(duì)圖像進(jìn)行兩次掃描，不利于處

17、理速度的提高。將指紋圖像自身的方向結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與源圖像灰度值變化特點(diǎn)結(jié)合起來，確定對(duì)圖像中每一像素點(diǎn)二值化的動(dòng)態(tài)閥值。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。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，該方法得到的二值化圖像能夠基本保持源圖像上的特征點(diǎn)不丟失，確保了以后的特征提取和比對(duì)的正確性和可靠性。指紋局部圖如：（A）原始圖像（B）谷脊變化波形圖圖2.8指紋谷脊變化波形圖方框Y方向是該塊的指紋方向，x方向是其法線方向。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，如圖2.8(B)所示。顯然，該波形圖的波谷對(duì)應(yīng)指紋圖像的脊線(指紋圖像中暗的紋線)

18、，而波峰則對(duì)應(yīng)指紋圖像的谷(指紋圖像中亮的紋線)。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(duì)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：（2.11）其中coefficent為加權(quán)平均系數(shù)，滿足，是k列上

19、的第d個(gè)像素的位置。3對(duì)中極大點(diǎn)或極小點(diǎn)附近的波動(dòng)做平滑處理；4找出極大點(diǎn)和極小點(diǎn)位置及對(duì)應(yīng)的值，對(duì)極大值極小值求平均，將此平均值作為該點(diǎn)二值化門限，稱其為動(dòng)態(tài)閥值。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：（2.12）其中的取值與指紋讀入器的分辨率有關(guān)，通常取為指紋周期的四分之一，本文取。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。本算法在具體實(shí)現(xiàn)中可利用同一塊中所有像素有同樣方向的條件，推導(dǎo)出快速算法，防止一些點(diǎn)的重復(fù)掃描，大大縮短處理時(shí)

20、間。2.5指紋圖像的細(xì)化算法指紋圖像二值化后，紋線仍具有一定的寬度，而指紋識(shí)別只對(duì)紋線的走向感興趣，不關(guān)心它的粗細(xì)。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(shí)別的準(zhǔn)確性，對(duì)指紋圖像進(jìn)行細(xì)化處理是不可忽略的。所謂細(xì)化，就是從原來的圖中去掉一些點(diǎn)，但仍要保持原有的形狀。實(shí)際上，是保持原圖的骨架。指紋圖像的細(xì)化是指刪除指紋紋線的邊緣像素，使之只有一個(gè)像素寬度，細(xì)化時(shí)應(yīng)保證紋線的連接性、方向性和特征點(diǎn)不變，還應(yīng)保持紋線的中心基本不變。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。(收斂性)2不破壞紋線的連接性。(連接性)3不引起紋線的逐步吞食。(拓?fù)湫?4保護(hù)指紋的細(xì)節(jié)特征。(保持性)5骨架

21、紋線的寬度為1個(gè)像素。(細(xì)化性)6骨架盡可能接近條紋中心線。(中軸性)7算法簡(jiǎn)單、速度快。(快速性)圖2.9統(tǒng)一模塊下面介紹一種適合于指紋圖像細(xì)化的算法，這種方法滿足上面的細(xì)化條件，而且可以提出快速算法。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。即，一黑色象素八臨域與消除模板中的一個(gè)相匹配的話，該點(diǎn)被認(rèn)為是可消除的點(diǎn)。消除模板具體如下：（A）（D）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。除消除模板外，還需構(gòu)造保留模板，保持紋線的連通性。保持模板內(nèi)容如下圖2. 11所示：具體算法如下：從圖像的左上角元素開始

22、進(jìn)行，每個(gè)像素(圖中為)均抽取出如圖2. 9所示的15個(gè)相鄰像素，并且把其中8個(gè)鄰域像素()與圖2. 10中的8個(gè)模板比較，如果和8個(gè)消除模板中的任意一個(gè)都不匹配時(shí)，保留；如果與8個(gè)中的任一個(gè)匹配，則抽取的元素再和圖2. 11中的6個(gè)保留模板進(jìn)行比較，如果與其中任一個(gè)匹配的話，則保留，否則刪去。重復(fù)這個(gè)過程，直到?jīng)]有一個(gè)像素的值被改變。這種算法的具體實(shí)現(xiàn)可引入查表法，即對(duì)所要處理的像素周圍模板內(nèi)前15個(gè)點(diǎn)預(yù)先進(jìn)行編碼(用雙字節(jié)15個(gè)位來表示，雙字節(jié)的最低位存放的值，依此類推，次最高位存放的值)，把編碼值作為存儲(chǔ)地址，按上述細(xì)化法則，預(yù)先在存儲(chǔ)地址上存入相應(yīng)的細(xì)化值(可用0，1表示，0表示保留，

23、1表示刪去)。細(xì)化時(shí)，移動(dòng)4x4的方窗內(nèi)象素的編碼地址去查找相應(yīng)的細(xì)化值，用細(xì)化值替換當(dāng)前像素值。2.6特征提取及其后處理2.6.1特征點(diǎn)的提取特征提取一般是指提取指紋圖像的局部特征，也就是細(xì)節(jié)點(diǎn)特征。在基于細(xì)節(jié)點(diǎn)的指紋自動(dòng)識(shí)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。特征提取的首要問題是確定細(xì)節(jié)點(diǎn)和它的位置，細(xì)節(jié)點(diǎn)的位置和細(xì)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置很重要，盡管每個(gè)指紋中包括將近80個(gè)細(xì)節(jié)，只要確定十幾個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)就己經(jīng)足夠用來識(shí)別了。探測(cè)細(xì)節(jié)點(diǎn)的算法很簡(jiǎn)單，如圖2. 12所示的3x3模板就可以用來確定特征的位置。M是待檢測(cè)的點(diǎn)，是它的八鄰域，沿順時(shí)針方向排列。是細(xì)化后圖像在處的灰度。如果M是端點(diǎn)，則

24、它的八鄰域滿足：，（2.13）如果M是分叉點(diǎn)，則它的八鄰域滿足：，（2.14）這樣我們就可以在細(xì)化后的圖像中找到細(xì)節(jié)點(diǎn)(端點(diǎn)和分叉點(diǎn))，并記錄它們?cè)趫D中的相對(duì)位置。2.6.2假特征點(diǎn)的去除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)。圖2.12假特征針對(duì)上面這些假特征，我們采用了非常簡(jiǎn)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

25、征點(diǎn)為假特征點(diǎn)。這種算法實(shí)現(xiàn)起來也很簡(jiǎn)單：掃描特征點(diǎn)的某一鄰域，如果該鄰域中出現(xiàn)其他特征點(diǎn)的話，將該特征點(diǎn)與出現(xiàn)的特征點(diǎn)同時(shí)去除，如此循環(huán)幾次，當(dāng)沒有特征點(diǎn)被刪去時(shí)，處理完成。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。在具體實(shí)現(xiàn)中，我們?nèi)∑浒霃綖榧箤挼囊话搿?.6.3.細(xì)節(jié)點(diǎn)信息的提取及記錄對(duì)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)。2細(xì)節(jié)點(diǎn)的方向，這個(gè)方向就是該細(xì)節(jié)點(diǎn)所在的塊的塊方向。3細(xì)節(jié)點(diǎn)的類型，即脊線端點(diǎn)或脊線分叉點(diǎn)。4細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線。細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線用該脊線上的采樣點(diǎn)來表示，采樣的距離

26、約為脊線間的平均距離。分叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線是與該細(xì)節(jié)點(diǎn)的方向最近的那條，端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線就是該細(xì)節(jié)點(diǎn)所在的脊線。采樣點(diǎn)用該點(diǎn)與對(duì)應(yīng)細(xì)節(jié)點(diǎn)的距離，和連接該點(diǎn)與對(duì)應(yīng)細(xì)節(jié)點(diǎn)的直線與對(duì)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。下圖給出了細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線與脊線上的采樣點(diǎn)的例子。在細(xì)節(jié)匹配中，對(duì)應(yīng)脊線將被用來對(duì)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(duì)脊線間的旋轉(zhuǎn)角度，將被用來作為判斷它們所對(duì)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。圖2.13細(xì)節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)脊線2.6.4指紋識(shí)別中細(xì)節(jié)點(diǎn)的匹配細(xì)節(jié)匹配一般在極坐標(biāo)系中進(jìn)行，因?yàn)橹讣y圖像的非線性形變往往呈放射狀，在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的形

27、變比較大，然后非線性地向外擴(kuò)張，因而，在極坐標(biāo)中能更好地描述非線性形變；另外，在極坐標(biāo)中不需要考慮輸入圖像與模板圖像的參照點(diǎn)之間的平移，將一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)相對(duì)于參照點(diǎn)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)時(shí)，平移就被抵消了；還有，在極坐標(biāo)系中顯然比在直角坐標(biāo)系中更便于處理兩幅圖像間的旋轉(zhuǎn)6。細(xì)節(jié)點(diǎn)集的校準(zhǔn)：令（2.14）表示模板圖像中的M個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)，（2.15）表示輸入圖像中的N個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)。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(duì)于參照點(diǎn)的極坐標(biāo)。由于事先不知道模板點(diǎn)集與輸入點(diǎn)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要考慮所有可能的參照點(diǎn)對(duì)。對(duì)模板點(diǎn)集中的每一

28、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(duì)時(shí)，從輸入圖像到模板圖像的旋轉(zhuǎn)角度。如果，和可以被當(dāng)作一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，即它們分別對(duì)應(yīng)的脊線相似性到了一定程度，則將取0度到360度間的一個(gè)值，否則，我們定義取值為400，以表示和不能是一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)。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(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)，取值為400。即，表示和對(duì)應(yīng)的脊線相似性到了一定程度。3指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1功能描述基于單片機(jī)的指紋識(shí)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(duì)比、搜索和模版儲(chǔ)存等功能的智

29、能型模塊。它通過與之相配套的指紋傳感器，可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的指紋識(shí)別系統(tǒng)，或作為一個(gè)完整的外部設(shè)備。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(chǔ)量較大，但性價(jià)比較低。而選取單片機(jī)AT89S51主要原因是功耗低、可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，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。工作原理：當(dāng)指紋傳感器收到指紋信息，將通過串口給單片機(jī)發(fā)送命令，單片機(jī)同意并接收相應(yīng)的信息，指紋傳感器采集的指紋轉(zhuǎn)換成RGB格式，并且數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)通過存儲(chǔ)在EEPROM中的固化程序執(zhí)行大量的模式識(shí)別

30、和圖像處理相關(guān)計(jì)算，當(dāng)用戶的指紋被確認(rèn)，單片機(jī)將命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，開關(guān)開。指紋識(shí)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(chǔ)、指紋對(duì)比（1：1）或指紋搜索（1：N）等功能。2適用面廣：提供命令/獨(dú)立兩種工作模式。（上電時(shí)，4種組合狀態(tài)：命令、對(duì)比、錄入、刪除）；獨(dú)立模式適用范圍：簡(jiǎn)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)。指紋IC卡的終端機(jī)與PC聯(lián)機(jī)的指紋識(shí)別及認(rèn)證系統(tǒng)。3.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)概述指紋識(shí)別系統(tǒng)主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、指紋采集部分、串口通

31、信電路、外部存儲(chǔ)部分、開關(guān)按鈕，供電系統(tǒng)組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3. 1所示。指紋識(shí)別系統(tǒng)中，單片機(jī)采用AT89S51單片機(jī)，它是整個(gè)控制器的核心部件。MAX232作為接口芯片用于實(shí)現(xiàn)指紋傳感器串口的RS-232信號(hào)與89S51串行口的TTL信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換7。電源部分包括DC+5V及保護(hù)電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：3.3AT89S51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(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51

32、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(chǔ)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。 AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。圖3.2 AT89S51單片機(jī)的引腳圖此外，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?？臻e模式下，CP

33、U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，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。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：表3.1AT89S51性能特性兼容MCS-51指令系統(tǒng)4k可反復(fù)擦寫(1000次)ISP Flash ROM32個(gè)雙向I/O口4.5-5.5V工作電壓2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率0-33MHz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(jí)加密位看門狗（WDT）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的I

34、SP字節(jié)和分頁編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針3.4指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)圖3.3指紋識(shí)別系統(tǒng)主電路本系統(tǒng)采用AT89S51作為指紋識(shí)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(chǔ)器，接+5V電源。復(fù)位電路則采用簡(jiǎn)單RC復(fù)位電路，同時(shí)又可與一些需要復(fù)位的外圍電路相連，達(dá)到復(fù)位與單片機(jī)同步。/EA/Vpp為訪問內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào).由于AT89S51單片機(jī)有4K的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，又外接了128Kx8的EEPROM存儲(chǔ)器，故該引腳必須接+5V高電平./PSEN為外部程序存儲(chǔ)器讀選通控制信號(hào).此電路中無擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器.故該腳懸空.串口通信接口設(shè)計(jì)采用MAX232實(shí)現(xiàn)TTL與RS-232的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)

35、與計(jì)算機(jī)通信。指紋識(shí)別系統(tǒng)主電路如圖3.33.5電源電路的設(shè)計(jì)當(dāng)指紋識(shí)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(shí)別控制器集成在一塊電路板上，其中的電路原理圖如圖3.4所示。圖3.4+5V電源電路圖220V市電通過變壓器后，得到10伏電源，在電路的輸入端與公共地之間，加上經(jīng)整流后的不穩(wěn)定直流電壓，在輸出端便能得到固定的輸出電壓。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。輸入電壓的選擇依據(jù)是：式中：穩(wěn)壓塊允許的最

36、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。在輸入、輸出之間外接二極管D1，可以起到輸出端路保護(hù)作用，防止輸出短路時(shí)負(fù)載電容向7805放電。3.6指紋采集器介紹及工作方式現(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。本設(shè)計(jì)采用的是Veridicom公司的FPS200固體指紋識(shí)別傳感器。圖3.5 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( SPI)其豐富的接口方式方便了指紋傳感器的調(diào)試和使用其自帶的USB接口可以將其數(shù)據(jù)自接傳送到PC機(jī)上，這樣就可以利用PC平

37、臺(tái)上的編譯和調(diào)試下具來調(diào)試各種指紋識(shí)別的算法，方便了用戶的初期測(cè)試，提高了效率和準(zhǔn)確性。FPS200與AT89S51的接口簡(jiǎn)略如連接圖3.5。如圖3.5所示，利用傳感器體統(tǒng)的MCU系統(tǒng)總線接口可以很方便地實(shí)現(xiàn)與MCU的連接?？刂菩盘?hào)和都是片選信號(hào)，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(hào)。MODE0和MODE1兩根信號(hào)線決定了FPS200工作在何種模式下：MODE1：0=00b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；MODE1：0=01bSPI接口工作模式；MODE1：0=10bUSB接口工作模式，用于與PC相連調(diào)試時(shí)使用；圖3.6讀FPS200寄存器時(shí)

38、序圖地址線，F(xiàn)PS200共有兩個(gè)接口寄存器，索引寄存器和數(shù)據(jù)寄存器數(shù)，決定了是寫索引寄存器還是讀寫數(shù)據(jù)寄存器。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。本系統(tǒng)對(duì)FPS200的控制：傳感器是由內(nèi)部寄存器控制的，而對(duì)傳感器的內(nèi)部控制器的讀寫是通過寫索引寄存器以選擇合適的內(nèi)部寄存器后才可以讀寫具體的寄存器值。先將管腳的電平拉低，發(fā)出寫信號(hào)，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(hào)，將數(shù)據(jù)寄存器上的值讀入MCU。寫操作的過程類似，只是在寫入索引寄存器后，發(fā)出寫信號(hào)

39、即可。FPS200的數(shù)據(jù)讀?。杭粗讣y圖像的讀取需要注意的是控制寄存器A寫這一寄存器就初始化了一幅指紋圖像的采集然后循環(huán)讀這一寄存器則可以讀出指紋圖像的結(jié)果。3.7單片機(jī)和PC機(jī)的通訊功能在指紋識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，初期利用PC平臺(tái)上的編譯和調(diào)試工具來調(diào)試各種指紋的算法，故需要設(shè)計(jì)單片機(jī)和PC機(jī)以及傳感器之間的通信硬件電路。大多數(shù)的計(jì)算機(jī)設(shè)備都具有RS-232C串行通訊接口，盡管它的性能指標(biāo)并非很好，但是，RS-232C借助與并行通訊口相比更多的寄存器，使用這些寄存器實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的傳送及RS-232C設(shè)備之間的握手與流量控制。從而使RS-232C串行通訊協(xié)議僅需3根線便可在兩個(gè)數(shù)字設(shè)備之間全雙工的傳

40、送數(shù)據(jù)。1RS-232C通訊協(xié)議RS-232C的每個(gè)腳線的信號(hào)和電乎規(guī)定采用負(fù)邏輯電平，DC (-15V-5V )規(guī)定為邏輯“1”，DC(+5V+15V)規(guī)定為邏輯“0”，DC(-5V+5Y)規(guī)定為過渡區(qū)。單片機(jī)的TTL/CMOS電平與計(jì)算機(jī)接口或終端的RS-232C通訊接口的邏輯電平不兼容，需要外加電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。通常采用的元器件為MC1489，MC1488實(shí)現(xiàn)TTL/CMOS電平與RS-232C電平的轉(zhuǎn)換。也可采用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)兩對(duì)TTL/CMOS電平與RS-232C電平的轉(zhuǎn)換。RS-232C規(guī)定使用25針標(biāo)準(zhǔn)連接口，采用DB-25型連接器。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)定義了25根信號(hào)線，但

41、在實(shí)際使用時(shí)，只需2個(gè)數(shù)據(jù)線、6個(gè)控制線、1個(gè)地線共九個(gè)信號(hào)。因此一些生產(chǎn)廠家對(duì)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械特性進(jìn)行了簡(jiǎn)化，使用9針標(biāo)準(zhǔn)連接口，即使用DB-9型連接器。由于RS-232C發(fā)送端與接收端之間的信號(hào)傳遞采用多芯信號(hào)線，而多芯信號(hào)線的總負(fù)載電容不能超過2500PF，所以RS5-232C的信號(hào)傳輸距離為十幾米。2RS-232C接口功能特性及連接使用9針或2針的連接器將RS-232C串行口的信號(hào)傳送到其他通訊設(shè)備，連接器各信號(hào)線定義及功能如表3.2。在此處采用的是9針的連接。表3.2串行口引腳定義表DB-25DB-9信號(hào)名稱方向含義23TXD輸出數(shù)據(jù)發(fā)送端32RXD輸入數(shù)據(jù)接收端47RTS輸

42、出請(qǐng)求發(fā)送（計(jì)算機(jī)要求數(shù)據(jù)）58CTS輸入清除發(fā)送（MODEM準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)）66DSR輸入數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備就緒75SG信號(hào)地81DCD輸入數(shù)據(jù)載波檢測(cè)204DTR輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒（計(jì)算機(jī)）229RI輸入響鈴指示單片機(jī)與傳感器或單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間直接使用RS-232C通訊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行串行通訊時(shí)，信號(hào)在通訊過程之中可能會(huì)被全部或部分使用。最簡(jiǎn)單的通訊僅需TXD及RXD及SG最基本的信號(hào)線完成，其他的握手信號(hào)可以做適當(dāng)處理或直接懸空。在設(shè)計(jì)單片機(jī)和PC機(jī)的硬件電路時(shí)，使用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)TTL電平和PC機(jī)RS-232電平的轉(zhuǎn)換，使用該芯片使電路外圍電路簡(jiǎn)單，工作可靠9。MAX232是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/

43、接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/T工A-232-E電平。每個(gè)接收器將EIA/TIA-232-E電平輸入轉(zhuǎn)換為5V TTL/CMOS電平。這些接收器具有1. 3V的典型門限值及0. 5V的典型遲滯，而且可以接收士30V的輸入。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換為EIA/TIA-232-E電平。工作溫度范圍為0至70。MAX232芯片的性能特點(diǎn)如下：1單5V電源工作；2兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器；3士30v輸入電平；4低電源電流：典型值是8mA；5符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-232-E及工TU推薦標(biāo)準(zhǔn)V. 28。MAX232引腳如圖3.7所示，1

44、6腳為電容端，714腳包含4路RS232/TTL電平轉(zhuǎn)換器，其中兩路為，另兩路為。圖3.7MAX232引腳圖論文中所設(shè)計(jì)的指紋識(shí)別系統(tǒng)串口通訊的硬件電路圖如圖3.8所示。圖中RXD與TXD可接入PC機(jī)的串行通信口。圖3.8MAX232通信硬件連接圖4.指紋識(shí)別系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1算法的軟件實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別的核心算法開始時(shí)一般都是在PC機(jī)上運(yùn)行的C程序，需要移植到單片機(jī)系統(tǒng)中。由于用高級(jí)語言編程效率高，可讀性好，修改方便，而匯編語言的特點(diǎn)則是編程困難，但是運(yùn)行速度快，可以直接和硬件通訊；而且，大多數(shù)公司均為單片機(jī)芯片提供了集成開發(fā)環(huán)境，該集成環(huán)境同時(shí)提供了c編譯環(huán)境和匯編語言編譯環(huán)境。所以在移植的過程

45、中，一般采用混合編程思想。即某些復(fù)雜的模塊可用基于單片機(jī)的匯編編程，例如：方向圖計(jì)算和細(xì)化處理，而一些比較簡(jiǎn)單且不影響運(yùn)行時(shí)間的模塊可以用c語言編程然后轉(zhuǎn)換成匯編代碼，例如計(jì)算特征值。要在PC機(jī)上運(yùn)行程序并移植到單片機(jī)上，并調(diào)試指紋算法程序，監(jiān)控單片機(jī)工作狀態(tài)。我們就要建立調(diào)試通道，將傳感器和單片機(jī)通過串口與PC機(jī)相連，傳感器可經(jīng)機(jī)調(diào)試，RGB格式的圖像也可以先經(jīng)過調(diào)試通道由PC機(jī)取得并分析傳感器狀態(tài)；單片機(jī)通過串口與PC機(jī)連接，并可通過調(diào)試軟件調(diào)試指紋算法程序和監(jiān)控單片機(jī)工作狀態(tài)。在此可以看出，數(shù)據(jù)通道在硬件上證明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)指紋識(shí)別的功能要求，而調(diào)試通道的設(shè)計(jì)著眼于程序和系統(tǒng)的調(diào)試工作，為

46、進(jìn)一步的軟件設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了方便的接口。4.2指紋識(shí)別系統(tǒng)軟件的編制指紋識(shí)別系統(tǒng)核心技術(shù)流程如圖4.1所示。指紋識(shí)別系統(tǒng)主要集中在對(duì)指紋儀的操作以及使用人員信息登記、數(shù)據(jù)庫管理、記錄查詢等功能的編程。開發(fā)工具采用Visual C+6.0。在利用VC開發(fā)程序之前應(yīng)先安裝FDU2000指紋儀的SDK。對(duì)SDK的有效應(yīng)用分為兩種：隱式鏈接和顯示鏈接兩種方式。在本系統(tǒng)中采用的是隱式鏈接，將SDK安裝目錄下的相應(yīng)的動(dòng)態(tài)庫文件(P1mDll. dll文件)拷入系統(tǒng)目錄或其它系統(tǒng)可以找到的目錄中，同時(shí)將Lib目錄下的導(dǎo)入庫文件(P1mD11. lib文件)加入工程設(shè)置的“Link一General一Objec

47、t/library module”欄中以及將Inc目錄下的頭文件P1mD11. h加入工程的頭文件中，并在*. cpp文件中包含相應(yīng)頭文件即可。接下來就可以開始編寫應(yīng)用程序的代碼了。4.3指紋傳感器初始化設(shè)置指紋傳感器在調(diào)用之前必須對(duì)指紋傳感器進(jìn)行初始化并使其處于接受指紋圖像輸入的狀態(tài)它的初始化是通過在指紋識(shí)別系統(tǒng)主程序的主對(duì)話框的初始化函數(shù)中調(diào)用指紋傳感器的初始化函數(shù)FingerInit()來初始化COM接口的，這是開始使用動(dòng)態(tài)連接庫的第一個(gè)函數(shù)，未初始化之前，其它函數(shù)的調(diào)用都無效。若初始化成功該函數(shù)返回0，失敗則返回1。如果之前調(diào)用FingerInit()并成功，第二次調(diào)用將不做任何動(dòng)作，

48、直接返回0。P1mD11. dll只允許被系統(tǒng)中的一個(gè)進(jìn)程調(diào)用。當(dāng)?shù)诙€(gè)進(jìn)程調(diào)用初始化函數(shù)時(shí)，函數(shù)返回FALSE。同樣，在框架類的析構(gòu)函數(shù)中調(diào)用反初始化函數(shù)FingerDestory()來釋放所有資源，它與FingerInit()成對(duì)使用。這是使用動(dòng)態(tài)連接庫的最后一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)應(yīng)該在程序退出時(shí)調(diào)用。采集卡的初始化的代碼如下：BOOL CTestSecuGenDLLDLg：OnInitDialog()CDialog：OnInitDialog()；/Add”About”menu item to system menu.FingerInit(0，5000，5)；/指紋硬件初始化，參數(shù)1選擇硬件類

49、型/IDM_ABOUTBOX must be in the system command range.ASSERT(IDM_ABOUTBOX & OxFFFO) = IDM_ABOUTBOX)；ASSERT(IDM_ABOUTBOX OxFFFO)；Fingerinit()函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)是指紋儀類型，0為串口指紋儀；1為并口連接的指紋儀。參數(shù)2位指紋采集最長等待時(shí)間：一秒二1000，一般設(shè)置為5000。參數(shù)3為安全等級(jí)：1-9級(jí)，一般設(shè)置為5。1為最低安全等級(jí)，9為最高安全等級(jí)，5為正常級(jí)別。4.4指紋識(shí)別系統(tǒng)串口通信本系統(tǒng)的串口通信是指：當(dāng)單片機(jī)與PC機(jī)調(diào)試成功之后，將所編程序和指紋用戶登

50、記數(shù)據(jù)庫傳送到指紋識(shí)別系統(tǒng)中的外部寄存器中。本系統(tǒng)是利用Visual C+6. 0中的一個(gè)串行通訊標(biāo)準(zhǔn)控件Microsoft Communications Control(簡(jiǎn)稱MSComm)來實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)的串口通訊的。MSComm控件屬于ActiveX控件，使用時(shí)只需按照系統(tǒng)的實(shí)際環(huán)境設(shè)置控件參數(shù)就可以。實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別系統(tǒng)中串口通訊的主要步驟如下：1首先在工程中插入MSComm控件，利用ClassWizard在主對(duì)話框類中定義CMSComm類控制對(duì)象工DC_MSCOMMI，并為它添加控制變量m_ctrlComm。2串口的初始化。由于在識(shí)別系統(tǒng)中串口只用來發(fā)送與PC機(jī)通信信號(hào)，所以無需設(shè)置與接收數(shù)據(jù)有關(guān)的參數(shù)，只需對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。這是通過控制變量m_ctrlComm來完成的。m_ctrlComm. SetCommPort (1)；/選擇串口COM1m_ctrlComm.SetPortOpen(TRUE)；/打開串口m_ctrlComm.SetInputMode(1)；/設(shè)置輸入方式為二進(jìn)制方式m_ctrlComm.SetSetting (“9600，n，8，1”)；/設(shè)置波特率參數(shù)，波特率9600，無校驗(yàn)，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位3串口數(shù)據(jù)的發(fā)送。當(dāng)調(diào)試，編程完成時(shí)，調(diào)用串口發(fā)送