第 1 章 緒論

1.1 研究目的及意義

在日常生活中，個(gè)人信息尤其是個(gè)人身份信息對(duì)于每個(gè)人的生活和工作都是非常重要的。在絕大多數(shù)普通縣級(jí)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(shí)別和身份信息采集的方式。傳統(tǒng)的身份證、戶口本等個(gè)人信息一旦丟失，對(duì)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(gè)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(diǎn)[1]。

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1.2 指紋識(shí)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(shí)別功能的手機(jī)，各生產(chǎn)廠家如在觸控式指紋識(shí)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(cè)技術(shù)活體指紋檢測(cè)技術(shù)等[4-7]。這些設(shè)備中的指紋識(shí)別芯片和指紋識(shí)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(duì)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(gè)手機(jī)的 APP，或者電腦的一個(gè)軟件，專門用于傳輸已經(jīng)識(shí)別的指紋，而只能進(jìn)行單臺(tái)設(shè)備對(duì)個(gè)人指紋信息的識(shí)別。

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第 2 章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

2.1 嵌入式方案設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jià)格合理并且能實(shí)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(gè)系統(tǒng)的核心處理芯片[15]，在本系統(tǒng)中由于 DSP 要對(duì)指紋采集芯片和無線傳輸電臺(tái)兩個(gè)外設(shè)進(jìn)行控制，為了減少 DSP 的工作量并且更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的控制，選用DSP 與 CPLD 結(jié)合的嵌入式方案[16]。

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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?jiǎng)澐譃楣鈱W(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(diǎn)特別明顯，其中優(yōu)點(diǎn)為：大面積指紋圖像的采集，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)為：兩次采集的指紋重疊概率高、指紋圖像質(zhì)量隨時(shí)間的延長而下降、對(duì)于濕度大的手指不適用等缺點(diǎn)。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(shí)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(gè)點(diǎn)接觸芯片的距離不一致，形成的電容/電感數(shù)值會(huì)存在差異，根據(jù)各芯片內(nèi)部對(duì)這些差異數(shù)據(jù)的處理，從而實(shí)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。

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第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì)...............13

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

3.2 TMS320VC5509A 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)...............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(cè)試................50

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

5.2 指紋采集部分測(cè)試...............51

第 5 章 系統(tǒng)功能測(cè)試

5.1 數(shù)據(jù)傳輸部分測(cè)試

下圖為用單片機(jī)控制電臺(tái)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(cè)試無線電臺(tái)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(gè)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(shí)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(tái)），計(jì)算機(jī)一臺(tái)，其中計(jì)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(duì)用戶在后續(xù)使用過程中對(duì)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(jì)屬于實(shí)驗(yàn)室階段，因此只調(diào)試了單個(gè)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(duì)兩個(gè)電臺(tái)進(jìn)行控制的收發(fā)。之所以設(shè)計(jì)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(shí)間緊促，并沒有調(diào)試第二塊板子。

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5.2 指紋采集部分測(cè)試

運(yùn)用 QuartusII9.0 對(duì) CPLD 進(jìn)行 VHDL 語言設(shè)計(jì)，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(cè)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(cuò)的效果，為了驗(yàn)證采集到的指紋確實(shí)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(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)采集到的確實(shí)為使用者本人的指紋，并沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤識(shí)別和拒絕識(shí)別的情況，同時(shí)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(shí)顯示的指紋并不是指紋庫中他人的指紋，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的可行性。

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結(jié)論

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