指纹识别技术现状及发展趋势研究

－13－科技论坛指纹识别技术研究褚玉山（辽宁省抚顺市解放路人防设施管理处，辽宁抚顺113000）引言生物特征识别基于计算机和模式识别技术利用人体固有的可以检测的生理特征和行为特征进行个人身份鉴定，是当前信息安全领域的研究热点，而指纹识别以其使用方便，识别准确率高，速度快等优点，在当今社会的诸多领域都有着非常广泛的应用。设计了以数字信号处理器和固态指纹传感器为核心的指纹采集系统，实现了指纹信息的高速获取。1指纹识别技术简介指纹是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线。纹线有规律的排列形成不同的纹型。纹线的起点、终点、结合点和分叉点，称为指纹的细节特征点[1]。指纹识别是目前国际公认的应用最广、造价最低、易用性最高的身份认证技术。市场上推出的产品有指纹门锁、指纹考勤机、笔记本电脑等[2]。2指纹识别系统的整体设计系统构成如图1所示，包括固态指纹传感器、数字信号处理器、外部存储单元及显示设备等部分组成。数字信号处理器DSP用于图像采集和处理，指纹传感器用于采集指纹图像并转换为DSP可以处理的数字信号，SDRAM作为DSP的外部存储器，FLASH用于程序的自动上电加载，由LCD等显示设备输出指纹识别的结果。3系统硬件设计3.1数字信号处理器的选择系统的核心处理器选择TI公司的TMS320DM642。DM642是基于TMS320C6000系列中的最高性能的定点DSPC64xCPU，具有极强的处理能力和高度的灵活性及可编程性。DM642具有增强型直接存储器存取控制器（EDMA）；内部包括64个32位字长的通用寄存器以及8个独立的运算单元，具有两个专用硬件乘法器，还包括10M/100Mb/s以太网接入控制器，管理数据输入输出模块等[3]。3.2指纹传感器的选择指纹识别技术的发展和指纹传感器技术的发展密切相关，最常见的电容传感器是通过电容充放电的原理来获取指纹图像的。选择富士通公司的电容式固体指纹传感器采集指纹信息，该芯片集成了一个8位A/D转换器，提供三种总线接口，并特有自动指纹检测功能[4]。其具体参数如表1所示。3.3DSP与指纹传感器的接口设计MBF200提供三种总线接口：8位微处理器接口（MCU）、集成USB全速接口及串行周边设备接口（SPI），本系统中选用MCU接口实现传感器同系统处理器的通信。如图2所示，在该模式下，DSP主要通过外部存储器接口（EMIF）采集指纹数据，EMIF的低8位数据线读写数据，读写使能信号WE和RE控制传感器的读写操作。用地址线来驱动指纹传感器的地址选择位，以选择地址索引寄存器或功能寄存器。ARDY读取传感器WAIT引脚的状态，当传感器的AD转换完成后开始读取图像数据DSP通过EMIF接口对指纹传感器进行配置，采集指纹图像数据。获取的指纹信息数据送入SDRAM中保存，以便DSP读取并处理。4系统软件设计4.1指纹传感器的初始化MBF200的初始化主要是通过配置功能寄存器来完成，DSP通过利用地址索引的方式完成寄存器的修改。地址索引方式由MBF200的地址索引引脚A0来完成，当A0引脚为低电平时，选通地址索引寄存器，当A0引脚拉高之后，选中地址索引寄存器中指定的寄存器。对指纹传感器的初始化流程为：写CTRLB的AUTOINCEN位使能自动增加操作，每次A/D转换完成的数据被读取后将自动开始下一次转换，行地址会在最后一个列地址读取完后自动增加，转至下一行。写CTRLB的ENABLE位使能A/D转换和传感器阵列，等待30μs后传感器开始工作。4.2指纹图像的采集指纹图像的采集流程如图3所示。系统上电、程序加载完成后，开始指纹的检测，当有指纹按下时，采集程序开始。首先写CTRLA寄存器的第0位和第2位，使能行增加。系统开始等待，当行捕捉完成后，CTRLA寄存器中的8位数据即为图像像素信息，读取CTRLA的值后读使能引脚的上升沿将启动A/D转换，等待A/D转换的时间，如此反复直到整个行的数据全部读取完成，等待下一行的行捕捉完成后继续采集，直到整幅图像采集完成。5指纹采集实验当系统上电后，DSP自动加载程序开始运行，没有指纹按下时系统处于等待状态，当有指纹按下时，指纹传感器发出中断，系统采集数据信息并送入SDRAM储存。通过实验对MBF200的放电电流和增益等参数反复进行调整，如图4所示为实验中采集到得指纹图像，当DTR(放电时间寄存器)=0x23，DCR(放电电流寄存器)=0x01，增益为1时，图像质量较好。6结论设计开发了嵌入式指纹采集识别系统，以数字信号处理器TMS320DM642为系统的处理器，实现系统的控制与图像识别功能，以固态指纹传感器MBF200作为输入设备，获取指纹图像。分别完成了系统的硬件和软件开发，实现了指纹图像的高速采集，并通过对采集参数的调整，获得了质量较高的指纹图像，可以满足图像算法的要求。参考文献[1]董立羽.现代生物特征识别技术发展综述[J].电脑与信息技术，2007，10（5）：11-13.[2]齐永锋，火元莲，张家树.生物特征识别的关键技术与安全性思考[J].微计算机信息，2008，24(18)：30-31，34.[3]苑玮琦，张健.基于DSP的指纹识别系统的设计[J].传感器设计，2005，1：34-36.[4]肖小锋，蔡金燕，梁玉英.新型指纹传感器MBF200的特性及应用[J].国外电子元器件，2004，11（11）：31-34.作者简介：褚玉山，辽宁省抚顺市解放路人防设施管理处，工程师。责任编辑：张雨摘要：指纹识别技术是目前安防领域的研究热点，设计开发了嵌入式指纹采集系统，以数字信号处理器为核心，采用固态指纹传感器采集指纹图像。提出了系统的整体设计思想，设计了DSP与指纹传感器的硬件接口方式，实现了指纹传感器的初始化及指纹图像采集的软件设计。通过实验，该系统可以实现指纹图像的高速采集，采集到的图像可以满足图像算法的需要。关键词：指纹识别；数字信号处理器；指纹传感器；图像采集

人工智能实验报告

指纹识别系统

课程名称： 人工智能导论

设计题目： 指纹识别系统

姓 名： 杜晓燕

学 号： 201207010117

专业班级： 计科1201

指导老师： 程国建

成 绩： 1 一、 设计题目

指纹识别系统

二、 设计目的

当代社会，身份鉴别越来越重要，传统的身份鉴别方法（如身份证、信用卡、口令、密码等）可能会丢失、被盗或忘记。同时，传统的身份鉴别手段与用户并不惟一绑定，一旦他人获得，将拥有和失主同样的权力。而指纹特征是人所固有的生理特征，具有惟一性和终生不变性的特点。因此指纹认证在身份认证和身份识别中成为重要的手段。

三、 程序设计内容

1.主要内容

本指纹识别系统主要是对用户指纹进行提取将采集的指纹模板数据写入数据库，将实时采集的指纹图像作为指纹样板和数据库中的指纹模板逐一对，从而确认指纹样板身份。

2.主要功能

指纹识别系统是一个典型的模式识别系统，包括指纹图像获取、处理、特征提取和比对等模块。

指纹图像获取：通过专门的指纹采集仪可以采集活体指纹图像。目前，指纹采集仪主要有活体光学式、电容式和压感式。对于分辨率和采集面积等技术指标，公安行业已经形成了国际和国内标准，但其他还缺少统一标准。根据采集指纹面积大体可以分为滚动捺印指纹和平面捺印指纹，公安行业普遍采用滚动捺印指纹。另外，也可以通过扫描仪、数字相机等获取指纹图像。

指纹图像压缩：大容量的指纹数据库必须经过压缩后存储，以减少存储空间。

指纹图像处理：包括指纹区域检测、图像质量判断、方向图和频率估计、图像增强、指纹图像细化等。

本系统主要功能包括指纹采集、指纹识别、人员认证、人员登记。

四、 功能实现的基本思路

1.模块化设计

模块化是面向对象编程中的一个特征。把特定应用设计为一个模块，并从属 2 性和方法两方面设计成为一个类模块。把类模块设置在不同的名字空间就可以用这类相同的类对应不同的应用。即使添加一个同样的类也不会影响不同名字空间的其他同类成员。

现代指纹识别技术的发展与应用

在当今数字化、信息时代的背景下，生物识别技术越来越成为安全领域的重要一环。其中指纹识别技术已成为最为广泛应用的生物识别技术之一。本文将介绍现代指纹识别技术的发展历程、技术原理、应用领域以及其未来发展趋势。

一、 指纹识别技术的发展历程

早在公元前3000年，埃及就已经开始利用石墨和青铜制成印章，用于标记和认证文物。到了公元14世纪初，科技巨匠达芬奇就已经将指纹的图案记录在了自己的绘画作品中。直到19世纪中期，英国科学家哈基尼发现了指纹具有固定性和唯一性，才正式开始探索指纹识别技术的应用。

20世纪初，指纹识别技术已经成为警方破案的重要手段，但是当时主要还是基于人工比对，效率低下。到了20世纪80年代，计算机技术的飞速发展催生了自动化指纹识别技术。这一阶段主要应用光学扫描技术，将指纹图像数字化，再根据模式匹配算法比对，实现自动化比对。

进入21世纪，特别是智能手机普及后，指纹识别技术又得到新的发展。目前市场上的智能手机、平板电脑等设备普遍支持指纹解锁和支付功能，指纹识别技术已经成为生活中不可或缺的一部分。

二、 指纹识别技术的原理与分类

指纹识别技术的原理是利用指纹纹线和纹洞等特征，对指纹图像进行处理和比对，实现识别或认证的过程。常见的指纹比对算法主要包括形状特征匹配、人工神经网络算法、小波变换算法、Gabor滤波器算法等。

目前，指纹识别技术主要分为三类：光学式、电容式和超声波式。其中，光学式指纹识别技术需要用户将手指放在感光面，通过光源照射指纹，再利用CCD摄像头捕捉指纹图像。而电容式和超声波式是利用电容或超声波探头直接扫描指纹表面，获取指纹图像的。

三、 指纹识别技术的应用领域

目前，指纹识别技术已经广泛应用于国家安全、公共安全、金融支付、智能家居、办公自动化等领域。以下列举几个例子。

1、国家安全：指纹识别技术被用于公安领域，用于身份证、户口本等证件的认证和核验，提高公共安全水平。

指纹识别

一、指纹与指纹识别

指纹，由于其具有终身不变性、唯一性和方便性，已几乎成为生物特征识别的代名词。指纹是指人的手指末端正面皮肤上凹凸不平产生的纹线。纹线有规律的排列形成不同的纹型。纹线的起点、终点、结合点和分叉点，称为指纹的细节特征点（minutiae）。指纹识别即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。目前，世界各地的警察局已经广泛采用了指纹自动识别系统。九十年代，用于个人身份鉴定的自动指纹识别系统得到开发和应用。

指纹识别系统是一个典型的模式识别系统，包括指纹图像获取、处理、特征提取和比对等模块。

目前许多公司和研究机构都在指纹识别技术领域取得了很大突破性进展，推出许多指纹识别与传统IT技术完美结合的应用产品，这些产品已经被越来越多的用户所认可。指纹识别技术多用于对安全性要求比较高的商务领域，而在商务移动办公领域颇具建树的富士通、三星及IBM等国际知名品牌都拥有技术与应用较为成熟的指纹识别系统。

二、指纹识别优点

指纹识别技术是生物识别技术领域较早被开发的，作为研发历史最为长久的生物识别技术，它具备了以下众多优点：

（一）指纹是人体独一无二的特征，并且它们的复杂度足以提供用于鉴别的足够特征；

（二）每个人的指纹都是相当固定的，很难发生变化；

（三）易于获取指纹样本、易于开发识别系统、实用性强；

（四）一个人的十指指纹都不相同，可提高系统的安全性；

（五）识别指纹的模板（样本）不是指纹图，而是从指纹图中提取的关键特征。这样，使得存储指纹模板的存储量要远小于存储指纹图；

（六）读取指纹时，用户必须将手指与指纹采集头相互接触，与指纹采集头直接接触是读取人体生物特征最可靠的方法。这也是指纹识别技术能够占领大部份市场的一个主要原因；

（七）指纹采集头可以更加小型化，并且价格会更加的低廉。