使用单片机实现指纹识别系统的资料说明

　　指纹识别的历史与发展前景 19世纪初，科学研究发现了至今仍然承认的指纹的两个重要特征，一是两个不同手指的指纹纹脊的式样（radge pattern）不同，另外一个是指纹纹脊的式样终生不改变。这个研究成果使得指纹在犯罪鉴别中得以正式应用。主要代表性的事件有：1896年阿根廷首次应用，然后是1901年的苏格兰，20世纪初其他国家也相继应用到犯罪鉴别中。20世纪60年代，由于计算机可以有效的处理图形，人们开始着手研究利用计算机来处理指纹。从那时起，自动指纹识别系统AFIS （Automated Fingerprint Identification System）在法律实施方面的研究和应用在世界许多国家展开。 20世纪80年代，个人电脑、光学扫描这两项技术的革新，使得它们作为指纹取像的工具成为现实，从而使指纹识别可以在其他领域中得以应用，比如代替IC卡。现在（90年代后期），低价位取像设备的引入及其飞速发展，可靠的比对算法的发现为个人身份识别应用的增长提供了舞台。相对于其他身份鉴定技术，指纹识别技术之所以优于其他身份鉴定技术而被广泛采用的原因： 1．指纹是独一无二的，两人之间不存在着相同的指纹： 2．指纹是相当固定的，不会随年龄、健康状况的变化而改变； 3．指纹样本易于采集，难以伪造，便于开发，实用性强； 4．每个人十指的指纹皆不相同，可以利用多个指纹构成多重口令，提高系统的安全性； 5．指纹识别中使用的模板并非最初的指纹图像，而是由图像提取的关键特征，使所需存储的信息量减小，而且在实现异地确认时，可以大大减少网络传输负担，支持网络功能。可以看出，指纹识别技术相对于其他识别方法有许多独到之处，具有很高的实用性和可行性。因此，指纹识别成为最流行、最方便、最可靠的身份认证方式，己经在社会生活的诸多方面得到广泛应用。

　　指纹识别中的基本概念与技术困难指纹图像其实是比较复杂的，它有着许多不同于其他图像的特征。与人工处理不同，现代的生物识别技术并不直接存储指纹的图像（一是考虑到隐私权，二是由于储存空间），而是记录从指纹源图像中提取到的特征，指纹识别算法最终都归结为在指纹图像上找到并比对指纹的特征。我们定义了指纹的两类特征来进行指纹的验证：总体特征和局部特征。总体特征是指那些用人眼直接就可以观察到的特征，包括：基本纹路图案：环型（loop），拱型（arch），漩涡型（whorl）。其他的指纹图案都基于这三种基本图案。仅仅依靠图案类型来分辨指纹是远远不够的，这只是一个粗略的分类，但通过分类使得在大数据库中搜寻指纹更为方的，这只是一个粗略的分类，但通过分类使得在大数据库中搜寻指纹更为方便。指纹图像类别比例是这样的：漩涡型（包括whorl double whorl）占27. 9%，环型（包括right loop， left loop）占65. 5%，拱型（包括arch， tented arch）占6. 60I0。目前指纹识别技术还有很多困难。例如：当三维的指纹被指纹录入设备扫描成二维的数字图像时，会丢失一部分信息、，手指划破、割伤、弄脏、不同干湿程度以及不同的按压方式，还会导致指纹图像的变化，这给可靠的特征提取带来了相当地困难。例如传统的基于细节点的识别方法，是依靠提取指纹脊线上的细节点，然后对其位置和类型进行匹配，来识别指纹的（详细描述在第三章中），而噪声会影响特征提取准确度，增加错误的特征点或丢失真正的特征点。当噪声很大时，就要增加图像增强算法来改善图像的质量，但很难找到一种增强算法能够适应所用的噪声，多种增强算法又会大幅增加算法运行时间，不好的增强算法又会增加人为特征。当噪声增大时，提取了许多虚假细节点，还有可能丢失细节点。这就是传统的基于细节点识别算法的不足之处之一，因为它只利用了指纹图像中的一小部分信息—细节点位置和方向，作为特征进行匹配，丢失的蕴涵在图像中的其他丰富的结构信息。不难想象，基于这种方法的识别算法，很难全面适应指纹的变化。

　　系统总体设计方案和论文结构硬件平台大致可以分为5个部分：成像系统（传感器FPS200）、核心部分（AT89S51单片机）、RAM、EEPROM等器件。工作原理：指纹经传感器采集后，由传感器直接转成RGB格式，并且数据传输到MCU。MCU需要执行大量的模式识别和图像处理相关计算。固化的程序存储在EEPROM中，这些指令控制了整个指纹识别系统的工作流程。RAM为内存存储临时数据。这就构成数据通道。在指纹算法方面，研究了基于细节点特征指纹自动识别系统的各部分构成以及指纹图像的预处理和细节特征提取。特征提取文章第一部分首先介绍了基于细节点特征的指纹识别系统的构成及原理。重点研究了其预处理过程，其中包括指纹图像预滤波、方向图计算、基于方向图的指纹图像滤波和指纹图像二值化。最后介绍了对二值化后的指纹图像细化的方法。第二部分介绍了硬件系统的结构，如：单片机的连接方法，外设寄存器选取，串口通信的实现等等 。第三部分介绍了指纹识别系统的软件流程及与PC机接口通信的实现。