基于单片机的指纹识别系统的设计-文献综述

第1页开题报告（文献综述）1.引言随着时代的发展，社会越来越高效的生活方式，快速、有效的识别方式更受到了关注。传统的身份证、IC卡、钥匙、口令等识别方式由于其可假冒、可伪造、可盗用、可破译的弱点。生物识别技术以便捷安全的特点被应用大众生活中。本设计的目的是设计基于单片机的指纹识别系统硬件电路，达到可以识别用户、添加用户、识别用户等功能。选用STC89C52单片机，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。系统主要由MCU（MicrocontrollerUnit，微程序控制器）、液晶屏、指纹模块组成。系统的工作过程主要是当检测到有按键按下时先由MCU通过串口通信控制指纹模块对指纹进行采集、录入、存储、比对。然后，根据所得的数据对其它接口器件，如显示屏、蜂鸣器、指示灯进行响应操作。1.1研究的背景及意义我国在广泛应用指纹的历史中，随着对外文化的交流，应用指纹的传统习惯传播到了世界上许多国家。中国是世界公认的指纹发源地之一。人们使用指纹进行个人身份鉴定已经有很长的历史.早在公元650年,唐代作家贾公秀在其作品中就着重提到了指纹是确认个人身份的方法1。我国历史中对指纹的主要应用在于民间的契约，缺乏专门的研究，未能将指纹识别提升到一门学科。现代指纹识别起源于16世纪后期。苏格兰医生HenryFauld2于1880年10月28日首次在英国Nature上发表论文，指出指纹人各不同，恒久不变，并利用现场指纹来鉴定罪犯。接着，WilliamHerschel2也在Nature上发表了他本人关于指纹研究20多年来的成果，从此揭开了现代指纹识别的序幕。1892年，英国SirFrancisGalton2对指纹进行了系统地研究，并提出了指纹细节特征分类，将指纹分为斗(whorl)、箕(loop)、弧(arch)三大类，使指纹识别应用进入了一个崭新的时期。随着个人电脑的普及，人们在出来办公及个人资料时，越来越依赖于电脑，因此电脑中的程序、文件和数据的保密性越来越重要。由于采用密码会导致遗第2页忘或被窃等弊端，故指纹识别被更多的应用于指纹登陆、指纹授权、指纹文件锁、指纹U盘等软件与硬件产品中。1.2指纹识别技术相对于其它生物识别认证技术而言，自动指纹识别是一种更为理想的身份确认技术，指纹识别中使用的模板并非最初的指纹图，而是由指纹图中提取的关键特征，这样使系统对模板库的存储量较小。另外，对输入的指纹图提取关键特征后，可以大大减少网络传输的负担，便于实现异地确认，支持计算机的网络功能。指纹识别与其它生物识别的不同点主要体现在以下几个方面:1.指纹识别的平均准确率高2.指纹采集设备成本较低3.使用者接受程度高4.能够适应的应用场景不同5.产业化程度不同31.2.1指纹识别技术特点指纹是由指尖表面皮肤上的脊线和谷线纹路形成的图形。应用指纹进行身份识别已经有很长的历史了，它满足生物特征识别所需要的各种性质，包括普遍性、长久性及惟一性。(1)高稳定性。指纹具有很强的稳定性,它们的形成依赖于胚胎发育时期的环境,从胎儿指纹的完全形成到人死后,指纹的纹线类型、结构、统计特征的总体分布始终没有明显的变化。指纹是伴随人一生的最稳定的生物特征之一。(2)惟一性。科学实验和无数的事实证明,指纹具有明显独特的惟一性,并且纹理本身非常复杂,其复杂程度足以提供用于鉴别的足够证据,包括双胞胎在内都不可能有相同的指纹,任何两个人指纹相同的概率小于十亿分之一。(3)高可靠性。高稳定性和高惟一性决定了指纹识别的高可靠性。要想再增加指纹识别的可靠性,只需要登记更多的指纹即可满足,而随便一个人都可以毫不费力地提供10个手指的指纹信息。第3页(4)易采集性。指纹与生俱来,随身携带,不需记忆。扫描指纹的速度非常快,采集指纹时只要将手指平放在指纹识别器上,1、2秒钟即可完成,免去了记忆密码、丢失印章、遗忘密码和印章等烦恼。(5)伪造难、破译难。由于指纹识别具有上述特点,识别指纹时必须将真正的手指与指纹采集头接触,因此伪造、假冒、攻击、破译指纹的难度就变得相当大。指纹一直被人们用作“印章”使用4。1.3指纹识别技术原理指纹的两个重要特征在十九世纪初的科学研究中就已被发现:一是两个不同手指的指纹纹脊的样式不同，另外一个是指纹纹脊的样式终生不变5。指纹图像模式识别是模式识别领域的一项综合性研究,其核心是提炼指纹图像构成要素的组织形式和秩序。这些要素包括纹线的构成、流向、中心点、三角点及细节特征点等。由于采集的指纹或现场指纹受印压的轻重、扭曲、偏转和环境的影响,使指纹图像存在着相对变形、残缺和噪声,造成信息丢失和假特征的出现。因而指纹图像模式识别的关键是寻求适应各种图像环境的图像处理及特征提取方法,寻求相对尺度、平移、旋转、仿射不变的图像拓扑结构模式和计算机视觉不变量。在这一方法的导引下,指纹自动识别的基本处理框架通常包含指纹采集、预处理、特征提取和分类识别四个部分6。指纹图像模式识别的主要研究内容包括:(1)指纹图像的几何、拓扑性质;(2)指纹图像的增强、消噪声、平滑、二值化、细化算法;(3)指纹图像的特征提取方法及特征空间的构成;(4)指纹图像的拓扑分类方法;(5)面向实际应用的指纹自动识别系统等。需要重点解决的问题为:寻求相对于尺度、平移、旋转、仿射不变的特征量及特征量的提取方法;指纹图像特征的拓扑结构识别与匹配方法。1.4系统概括本系统主要由指纹识别模块、单片机、电源、复位电路、时钟电路、指示灯、按键和LCD1602液晶显示器等构成，在无需上位机参与管理的情况下，构成具有指纹录入、指纹清除和搜索等功能的智能型模块。并采用C语言构建系统程序，通过执行不同的按键动作，使单片机向模块发送相应指令，以完成对第4页应功能。完成后整体可构成一个独立的指纹识别系统，或作为一个完整的外部设备。参考文献1刘少聪.新指纹学M.合肥:安徽人民出版社,1984.2LeeHC,GaensslenRE.AdvancesinFingerprintTechnolo-gyM.NewYork:Elsevier,1991