毕业设计开题报告(张山山实做)-副本.doc

毕 业 设 计 开 题 报 告基于单片机的指纹识别系统研究Research on Fingerprint Identification System Based Microcontroller 学 院： 电子工程学院 班 级： 微电1002 学生姓名： 张山山 指导教师： 王光伟 职 称： 教授 2013年 12月 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期完成，经指导教师签署意见、专家组及学院教学院长审查后生效；2开题报告必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴；3毕业设计开题报告应包括以下内容：（1）研究的目的；（2）主要研究内容；（3）课题的准备情况及进度计划；（4）参考文献。4开题报告的撰写应符合科技文献规范，且不少于2000字；参考文献应不少于15篇，包括中外文科技期刊、教科书、专著等。 5开题报告正文字体采用宋体小四号，1.5倍行距。附页为A4纸型，左边距3cm，右边距2cm，上下边距为2.5cm，字体采用宋体小四号，1.5倍行距。6“课题性质”一栏： 理工类：A.理论研究 B.工程设计C.软件开发D. 应用研究 E.其它 经管文教类：A.理论研究 B.应用研究 C.实证研究 D.艺术创作 E.其它 “课题来源”一栏：A.科研立项 B.社会生产实践 C.教师自拟 D.学生自选“成果形式”一栏：A.论文 B.设计说明书 C.实物 D.软件 E.作品毕业设计开题报告课题题目基于单片机的指纹识别系统研究Microcontroller Based Fingerprint Identification System课题性质A B C D E 课题来源A B C D 成果形式A B C D E 同组同学开题报告内容（可另附页）见附页指导教师意见（课题难度是否适中、工作量是否饱满、进度安排是否合理、工作条件是否具备等）该毕设选题恰当，为实物制作，涉及到模式识别、光电转换、A-D转换以及单片机编程与控制等，有一定的综合性。该课题符合本科微电子专业培养方向，与通信、信号处理等学科有所交叉。该同学介入早，工作热情高，预研工作做得较好。从开题报告看，工作进度安排合理，工作量饱满，工作条件基本具备，同意开题。指导教师签名： 年 月 日专家组及学院意见（选题是否适宜、各项内容是否达到毕业设计（论文）大纲要求、整改意见等）专家组成员签字： 教学院长（签章）： 年 月 日1 研究目的越来越多的电子设备和保密机构对更安全更方便的身份认证和访问控制的需求变得越来越紧迫，传统的机械钥匙、“口令+密码”以及智能卡等的保护措施存在着丢失、遗忘、复制及被盗用的隐患。假如在一次的电脑登陆时，如果用户忘记了他的密码，他就不能进入系统，则整个电脑系统就会面临灾难性的后果。密码被盗取和被破解则是另一件更为可怕的事情。实际上，盗取和破解密码的技术难度并不是很高，只要留意操作者输入口令时的击键动作就可以知道他的密码，可以通过作者的姓名、年龄、生日、习惯等信息来猜测或者采用其他一些数学分析的手段来破解出相应的密码，甚至可以使用软件利用枚举法找出用户密码。这些问题都说明现行的系统安全技术已经面临严峻的挑战。生物特征识别技术是一门利用人生理上的特征来识别人的科学。和传统的方法的不同在于，生物特征识别方法依据的是我们所拥有的东西，是我们的个体特性。生物特征分为身体特征和行为特点两类。身体特征包括：指纹、掌形、视网膜和虹膜、脸型、血管纹理和DNA等；行为特点包括：签名、语音、行走的步态、击打键盘的力度等。根据生物特征识别技术采用的生物特征的不同，广泛应用的生物特征识别技术可以分为以下三类。1. 高级生物特征识别技术（High Biometrics），如：视网膜识别、虹膜识别和指纹识别等。2. 次级生物特征识别技术（Lesser Biometrics），如：掌形识别、人脸识别、语音识别、签名识别等。3. 深奥的生物特征识别技术（Esoteric Biometrics），如：血管纹理识别、人体气味识别等。在生物特征识别中指纹识别是一个非常理想的身份确认技术，其很高的实用性和可性越来越被大家所接受。不但解决了以上众多难题，还提高了信息保密性的级别，因为每个人的指纹都是独一无二的；每个人的指纹是相当固定的，不会随年龄的增长而变化；指纹样本的获取方便，易于开发识别系统，实用性强；一个人有十个指纹并且都不相同提高了系统的安全性；指纹识别系统中使用的模板并非最初指纹的图像，而是后期提取出的关键特征，因此存储量小，另外便于网络传输，便于异地确认。总之，随着越来越多的指纹识别产品的开发与生产，指纹识别技术的应用已不在局限于公安、金融、证券、保险等领域。它已经开始进入民用市场并且发展迅猛，指纹识别技术在Iphone 5S中的应用就是一个很好的例子，我相信今后指纹识别会被越来越多的人所使用。2 研究内容2.1指纹图像的提取这里我们采用的是瑞典进口的电容式指纹传感器FPC1011F1进行指纹图像的采集，其特点是 全幅式指纹传感器 256灰度呈现3D 指纹图像 SPI界面数据资料传输快速稳定 操作电压 2.5V 3.3V 抗静电 15kV 传感器耐磨次数 1 million 电容式指纹传感器FPC1011F1基于电容充放电原理，其外面是绝缘的表面。传感器阵列的每一点是一个金属电极，充当电容器的一极。当人把手指放在传感器上时。 手指充当电容器的另外一极， 而两者之间的传感面形成电容两极之间的介电层。 由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同， 导致硅表面电容阵列的各个电容值不同, 电容阵列值描述了一幅指纹图像。1. 指纹图像的预处理2.1图像增强 目前自动指纹识别系统大多都是依靠细节特征实现指纹的识别，准确可靠地提取细节特征是自动指纹识别实现的前提和基础。由于指纹采集设备的不完善性，对于干、湿、脏、老化、磨损的指纹，往往难以采到清晰的图像，为了弥补指纹图像的质量缺陷，保证指纹后处理算法对指纹图像具有足够的鲁棒性，图像增强步骤是十分必要的。2.2图像二值化 在数字图像处理中，二值图像占有非常重要的地位，特别是实用的图像处理系统中，以二值图像处理为核心构成的系统是很多的，要进行二值图像的处理和分析，首先要把灰度图像二值化，得到二值图像。这样处理的好处是：当对图像做进一步处理时，图像的几何性质只与0和1的位置有关，不再涉及到像素的灰度值，使图像处理变得简单、快捷，而且数据的压缩量是很大的。给存储和处理带来了很大的方便，也提高了系统的经济实用性。另外二值化过程还可以去除大量的粘连，为后面的特征提取和匹配做准备。2.3图像细化 指纹图像二值化后，纹线仍具有一定的宽度，而指纹识别只对纹线的走向感兴趣，不关心它的粗细。为了进一步压缩数据，提高识别的准确性，需要进行细化处理。细化又称为骨架化，即在不影响原图像拓扑连接关系的条件下，尽可能用最少的迭代次数，快速而准确的将宽度大于一个像素的图形线条转变为一个像素宽的线条的处理过程，也就是抽取图像的骨架。细化不但能够很好的展现图像的拓扑结构形状，而且可以大大减少存储图像所需的内存空间，因为它只需存储图像中必须的结构信息，在图像处理中简化了数据结构。因此，细化是图像分析，信息压缩，特征提取及模式识别中常用的技术，在图像处理中占重要地位。例如在文字识别和指纹识别中，通过细化可以得到其单像素宽度的文字笔划或指纹脊线，这有利于提取文字和指纹特征。2. 指纹特征值提取和匹配特征提取是指纹识别中非常重要的一步。特征提取算法的好坏，直接影响着接下来的指纹匹配的实现。特征提取的本质就是从指纹图像中提取指纹纹线的局部信息。指纹的识别过程实际上就是输入的指纹的特征信息与存储的指纹的特征信息之间的比对，由此可见，指纹特征提取算法的好坏在某种程度上决定了指纹识别能否成功。目前，提取指纹特征信息通常采用的有两种方法，分别是在原始灰度图像上进行指纹局部特征信息的提取和在细化图像上进行指纹局部特征信息的特取。在原始灰度图像上进行局部特征信息提取时，就可以省略了对图像进行增强、二值化和细化等步骤，缩减了对指纹图像的预处理，但是此时对指纹进行局部特征提取的算法却十分复杂，同时还要受到噪声和指纹图像质量不好等因素的干扰，所以大多数情况下，都采用在细化后的二值指纹图像上进行局部特征信息的提取。3. 单片机对指纹模块的操作程序的设计在单片机中STC89C52结构简单、价格低廉、功耗低都是我们选择该芯片的原因。我们要很好的受用该单片机，首先要熟悉单片机的基本结构，了解到单片机可以通过UART通信接口与指纹之别模块进行通信，我们可以通过编程来发送指令、接受应答、进行处理操作这一模式来完成简单的指纹识别过程。另外我们还可以通过扩展外附电路对单片机处理操作完的结果进行输出，使人们能够知道它得出的结果是指纹识别成功还是失败。简单的设计框图如下图所示：三 课题的准备情况及进度计划序号毕业设计（论文）阶段性工作及成果时 间 安 排1查阅、搜集、整理文献资料，填写课题申请表，完成选题第12周2研读、归纳文献资料，制定实验方案和研究计划，完成开题报告第34周3明确研究思路，规划论文总体结构，制定论文写作提纲第56周4谋篇布局，理清脉络，着手撰写论文第78周5深化、细化研究，引出主要结果、结论，完成中期报告第9周6完成论文初稿，提交导师审阅第10周7完善、修改论文，定稿，准备答辩第1112周四 参考文献：1 何德全. 面向 21 世纪的 Internet 信息安全问题 EB/OL. 光明日报. . cn/2_ zhuanti/jinian/2000/vista/kx1.htm. 1999.2 孙冬梅, 裘正定. 生物特征识别技术综述 J. 电子学报, 2001, 29(12): 17441748.3 柴晓光. 民用指纹识别技术. 北京：人民邮电出版社，2004.5.4 田捷. Fingerpass 指纹识别算法的研究与应用 EB/OL. 第三届中国生物识别学术会议./english/irds/chinese/SinoboometricsPDF/pdf.htm5 王崇文. 自动指纹识别方法研究. 博士学位论文. 重庆大学. 2002.9.6 阮秋琦. 数字图像处理学. 北京: 电子工业出版社，2001.1.7 刘少聪. 新指纹学. 合肥：安徽人民出版社，1984.10.8 韩伟红，黄子中，王志英，指纹自动识别系统中的预处理技术 J,计算机研究与发展，1997, 34(12): 913920.9 刘元兵,李见为.“基于 Gabor 小波核心算法的指纹预处理”,自动化与仪器仪表,2004.310 王玮,李见为,张腾.“指纹图像预处理算法”，计算机应用， 2004,No.511 陈文斌, 指纹识别系统中算法模块 ASIC 设计研究.华东师范大学硕士论文,第 5-7页.2008.412 符鸿亮, 基于 DSP 和 FPGA 的自动指纹识别系统硬件设计与实现.电子科技大学硕士论文,第 3-4 页,2007