一、实验目的-南开大学电子信息实验教学中心.doc

第7章 基于单片机的指纹识别应用系统设计与实现 本章描述的是一个比较典型的综合性系统实验，其内容涉及信息的产生、采集、传输、处理和存储等多个方面。既有硬件方面的设计和制作，又有软件方面的编程、网络协议和数据库。通过本实验的学习和操作，可以启发学生再学习和再思考，使学生在电子应用系统的设计和调试方面得到基本训练。 7.1 实验目的 1．学习和了解基于单片机的指纹识别应用系统的设计与实现方法。 2．学习和了解半导体指纹采集芯片的基本原理及使用方法。 　　3．学习和掌握单片机与外围设备的接口方法，设计接口电路。 　　4．学习和掌握指纹门禁系统及TCP/IP协议的软件编程、设计技巧及调试方法。 7.2 实验系统组成及工作原理 7.2.1指纹识别技术简介 随着信息社会的到来，个人有效身份识别和认证已经广泛应用到人们社会活动的方方面面，显得越来越重要。比如日常生活中的银行存、取款交易，ATM提款系统，门禁/考勤系统，注册网络服务，网上交易，坐飞机旅行时的身份确认等等。传统的基于标志和认知的身份认证技术由于受到证件伪造以及密码破解等的困扰，已经对信息的安全、人们的日常生活和正常的社会秩序造成了很大的威胁。启发于人的身体特征具有不可复制的特点，人们开始把目光转向了生物识 表7-1 几种生物识别技术的比较 生物识别技术类别 简 介 特 点 指纹识别技术利用指纹的唯一性和不变性进行识别。方便、精确度高、可靠性好。 签名识别技术签名识别是一种容易被大众接受的身份识别技术。 签名会改变，不易作准确识别，很难应用在网络上。 声音识别技术将现场采集到的声音同登记过的声音模板进行匹配对。 声音变化范围大，不易用于精确的匹配，并且识别设备昂贵。虹膜识别技术利用眼球的虹膜进行识别。被认为是精确性很高的识别技术，但还没有得到证实；不须接触即可识别；可能会损害使用者的健康；黑眼睛不易识别；识别设备昂贵。 视网膜识别技术利用眼球的视网膜进行识别。面部识别技术通过面部特征进行识别。 不须接触即可识别；识别设备昂贵；被认为是最不准确的识别技术。?自动指纹识别是上世纪60年代兴起的、利用计算机取代人工来进行指纹识别的一种方法。相对于其它生物特征鉴定技术例如语音识别及视网膜识别，指纹识别具有许多独到的优点，更重要的是它具有很高的实用性和可行性，己经被认为是一种理想的身份确认技术。是将未生物特征识别技术的主流，有着十分广泛的应用前景。 近年来，随着计算机技术的飞速发展、低价位指纹采集仪的出现以及高可靠算法的实现，更使得自动指纹识别技术越来地进入到人们的生活和工作中，自动指纹识别系统的研究和开发正在成为国内外学术界和商业界的热点，许多高校、研究院所和公司都在从事这方面的研究和开发。在国外，指纹识别作为一种身份认证技术已经有较多种的实用化软、硬件产品，这其中包括指纹采集芯片，自动识别软件和相应的软件开发工具包等等。我国正在酝酿新一居民代身份证，它的一个重要特征就是将指纹技术加入其中。但我国在这方面的研究与西方发达国家比还相对落后，大力开展以指纹识别技术为代表的生物特征识别技术势在必行。虽然在过去的几十年中指纹识别已取得很大进展，但仍是国内外图像处理、信号分析以及模式识别研究中的热点之一。我们相信，指纹图像的自动识别作为模式识别领域的一项综合性研究，其研究成果将进一步完善多尺度分析和模式识别领域中的不变量理论，丰富图像形态变换与分析理论，拓展计算机视觉技术，完善模糊图像处理及模糊模式识别的理论与方法，有着非常重要的意义。 ?1）指纹的特征 指纹是指手指末端正面皮肤上凸凹不平的纹路，如图7-1所示。 由于有这些凸凹纹路的存在，增加了皮肤表面的摩擦力，使得我们能够用手方便的抓起和握住重物。纹路中隆起部分是手指真皮向表皮乳突形成的皱痕，又称指纹脊线；指纹脊线之间的凹陷部分，称为指纹的谷线。这种脊谷分布模式是由皮肤表皮细胞死亡、角化、在皮肤表面积累形成的。 尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但是它却蕴涵了大量的信息。这些手指皮肤的纹路在图案、断点和交又点上是各不相同的，在信息处理中我们将它们称之为“特征”，这些特征对每个手指都是不同的。依靠特征唯一性的特点，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过比对预先保存该人的指纹特征，就可以验证他的真实身份。而且人的指纹特征是 图7-1 指纹示意图 与生俱来的，在出生6个月指纹基本形成后，指纹的纹线类型、结构、统计特征的总体分布等就不再有明显变化。很早人们就认识到指纹的唯一性，至今还找不出两个指纹完全相同的人。其实指纹的纹路不仅人与人之间存在不同，就是同一个人的十指指纹也有明显的区别，即使是同卵双胞胎的指纹也是根本不相同的。每个人的指纹是独一无二的，两人之间不存在着相同的手指指纹。19世