第 1 章 緒論

1.1 研究目的及意義

在日常生活中，個人信息尤其是個人身份信息對于每個人的生活和工作都是非常重要的。在絕大多數(shù)普通縣級及縣以下的基層社區(qū)工作站中，90%以上的社區(qū)工作站仍在采用傳統(tǒng)的利用身份證、戶口簿等方式進(jìn)行身份信息識別和身份信息采集的方式。傳統(tǒng)的身份證、戶口本等個人信息一旦丟失，對社區(qū)居民帶來很大不便，甚至導(dǎo)致社區(qū)居民無法正常生活，并且一旦這些信息被違法份子利用，后果將不堪設(shè)想，2016 年在網(wǎng)上爆發(fā)的個人身份信息泄露就充分暴露了傳統(tǒng)的身份證信息采集的缺點[1]。

...............

1.2 指紋識別的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

AES2510、AES3400 等等；縱觀國內(nèi)，近十幾年內(nèi)華為、魅族等公司也制造了具有指紋識別功能的手機(jī)，各生產(chǎn)廠家如在觸控式指紋識別傳感器方面上海思立微公司生產(chǎn)的 GSL6162，蘇州邁瑞微生產(chǎn)的 Sensor 等，在指紋技術(shù)方面深圳匯頂公司的指紋檢測技術(shù)活體指紋檢測技術(shù)等[4-7]。這些設(shè)備中的指紋識別芯片和指紋識別技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，但是市面上現(xiàn)有的這些設(shè)備中，絕大多數(shù)設(shè)備只是對指紋進(jìn)行采集，并沒有進(jìn)行采集后指紋數(shù)據(jù)的無線傳輸，導(dǎo)致在應(yīng)用方面，并沒有出現(xiàn)一款設(shè)備，或者一個手機(jī)的 APP，或者電腦的一個軟件，專門用于傳輸已經(jīng)識別的指紋，而只能進(jìn)行單臺設(shè)備對個人指紋信息的識別。

...............

第 2 章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計

2.1 嵌入式方案設(shè)計

為了實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的目的，綜合緒論中各種嵌入式芯片的形式并進(jìn)行比較[13]，DSP 芯片的價格合理并且能實現(xiàn)本系統(tǒng)預(yù)期的功能[14]，所以在本系統(tǒng)中選用適合用于圖像處理和數(shù)據(jù)處理的 DSP 芯片作為整個系統(tǒng)的核心處理芯片[15]，在本系統(tǒng)中由于 DSP 要對指紋采集芯片和無線傳輸電臺兩個外設(shè)進(jìn)行控制，為了減少 DSP 的工作量并且更好地實現(xiàn)對外設(shè)的控制，選用DSP 與 CPLD 結(jié)合的嵌入式方案[16]。

...............

2.2 指紋采集芯片選擇

在日常生活和工作中接觸最多的指紋傳感器在類型上主要劃分為光學(xué)指紋傳感器以及半導(dǎo)體指紋傳感器。光學(xué)指紋傳感器的優(yōu)缺點特別明顯，其中優(yōu)點為：大面積指紋圖像的采集，價格低廉。缺點為：兩次采集的指紋重疊概率高、指紋圖像質(zhì)量隨時間的延長而下降、對于濕度大的手指不適用等缺點。半導(dǎo)體指紋傳感器的工作原理是在一塊高度集成的半導(dǎo)體平板芯片上，當(dāng)手指貼在芯片表面的時候，與芯片構(gòu)成了電容或者電感的另一面（端），由于手指平面的凸凹程度不一致，各個點接觸芯片的距離不一致，形成的電容/電感數(shù)值會存在差異，根據(jù)各芯片內(nèi)部對這些差異數(shù)據(jù)的處理，從而實現(xiàn)指紋圖像的采集，從接觸面大小方面可將半導(dǎo)體指紋傳感器分為面狀和條狀指紋傳感器。

...............

第 3 章 硬件電路設(shè)計...............13

3.1 DSP 芯片介紹及其與外設(shè)接口的設(shè)計...............13

3.2 TMS320VC5509A 最小系統(tǒng)電路設(shè)計...............23

第 4 章 指紋圖像處理...............34

4.1 歸一化、方向圖求取及閾值分割...............34

4.2 細(xì)化處理................38

第 5 章 系統(tǒng)功能測試................50

5.1 數(shù)據(jù)傳輸部分測試...............50

5.2 指紋采集部分測試...............51

第 5 章 系統(tǒng)功能測試

5.1 數(shù)據(jù)傳輸部分測試

下圖為用單片機(jī)控制電臺的 SPI 方式進(jìn)行接收的無線接收端接收的部分指紋數(shù)據(jù)，其中指紋數(shù)據(jù)來自后面獲得的指紋圖像，在這里只是測試無線電臺的發(fā)送和接收功能，根據(jù)發(fā)射端的發(fā)射次數(shù)，接收端接收數(shù)不斷增加，所以接收端的發(fā)送數(shù)據(jù)個數(shù)能且只能為 0。上面各步驟的算法是在 MATLAB 中完成的，如果想實現(xiàn)用戶在家中使用本設(shè)備采集指紋進(jìn)行無線傳輸，在接收方的醫(yī)院或者社區(qū)工作站內(nèi)要求使用本采集系統(tǒng)一套（含接收電臺），計算機(jī)一臺，其中計算機(jī)軟件應(yīng)有MATLAB7.10R2010a ，用戶在第一次使用前應(yīng)先到醫(yī)院或者社區(qū)工作站的電腦內(nèi)進(jìn)行指紋的錄入及經(jīng)過 MATLAB7.10R2010a 軟件的一系列處理之后的特征值入指紋庫，對用戶在后續(xù)使用過程中對傳輸過來的指紋圖像數(shù)據(jù)的處理流程如圖 5-1。本系統(tǒng)的設(shè)計屬于實驗室階段，因此只調(diào)試了單個板子，而在無線傳輸部分給出的是用單片機(jī)的 IO 口通過程序編寫為 SPI 模式對兩個電臺進(jìn)行控制的收發(fā)。之所以設(shè)計出無線收發(fā)，接收方和發(fā)射方一定都需要本系統(tǒng)各一套，由于時間緊促，并沒有調(diào)試第二塊板子。

...............

5.2 指紋采集部分測試

運用 QuartusII9.0 對 CPLD 進(jìn)行 VHDL 語言設(shè)計，部分主要代碼已經(jīng)在第三章給出在此不再贅述，部分的 CPLD 程序編譯測試如上圖。如上圖所示，本系統(tǒng)可以采集指紋，并且指紋紋路比較清晰，具有比較不錯的效果，為了驗證采集到的指紋確實為使用者本人的指紋，將使用者的手指蘸取黑色墨水，按在白紙上得到的使用者指紋圖像如下。將采集到的指紋與使用者未采集前在紙張上按下的指紋進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)采集到的確實為使用者本人的指紋，并沒有出現(xiàn)錯誤識別和拒絕識別的情況，同時也間接說明了指紋的唯一性和不可替代性，也就是說采集時顯示的指紋并不是指紋庫中他人的指紋，從而進(jìn)一步驗證了本設(shè)計的可行性。

...............

結(jié)論

在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用如此頻繁的今天，，個人身份信息的泄露事件屢見不鮮，每個公民的身份信