1、 毕 业 设 计（论文） 中文题目 基于 ARM的指纹识别系统 英文题目 Fingerprint Identification system based on ARM 院 系： 光电及通信工程专业 年级专业： 2010 级通信工程 姓 名： 郑才育 学 号： 0906052251 指导教师： 唐骏 职 称： 讲师 2014 年 月 日 基于 ARM 的指纹识别系统 2 毕业设计（论文）诚信声明书 本人郑重声明：在毕业设计（论文）工作中严格遵守学校有关规定，恪守学术规范；我所提交的毕 业设计（论文）是本人在 唐骏 指导教师的指导下独立研究、撰写的成果，设计（论文）中所引用他人的文字、研究成果，均
2、已在设计（论文）中加以说明；在本人的毕业设计（论文）中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改实验数据。 本设计（论文）和资料若有不实之处，本人愿承担一切相关责任。 学生签名： 年 月 日 基于 ARM 的指纹识别系统 3 基于 ARM 的指纹识别系统设计 摘要 世界正朝着互联化的方向发展 ,而物联网正是这个数 字革命的核心之一。在目前流行的物联网技术中 ,要求嵌入式终端能够提供 成熟且价格便宜的生物特征识别技术 ,目前来说 指纹 识别的技术应用最为广泛 ,我们不仅在门禁、 考勤系统 中可以看到 指纹识别技术 的身影 ,市场上 有了更多指纹识别的应用： 如 手机、 指纹锁 、银行支付 验
3、证 都可应用指纹识别的技术。 在指纹识别控制领域 ,也会用到各种微控制器 ,本文采用了三星半导体 S3C6410 作为控制核心 ,S3C6410 应用了专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式消费类电子设计的 ARM11 内核。按性能分成两个不同的系列：该系列内核时钟频率已经达到532MHz。 指纹识别基于两种特征点来识别 :(i)组成指纹的指纹整体特征结构 (ii)局部的特征点 。 本文提出了 一种 可以在 自动指纹识别系统 中使用的 基于 特征 点的 指纹识别算法 。本文 提到的 方法基于从细化提取的特 征点，二值化一个指纹图像分割 图 。该系统采用在指纹分类的指纹索引匹配，大大提高了匹配算
4、法 的性能 。 关键字 ： ARM11，指纹识别 ，特征识别，图像处理基于 ARM 的指纹识别系统 4 Abstract The world is moving in the direction of the development of the Internet, the Internet of is one of the core of the digital revolution. In the current network technology, the embedded terminal capable of providing biometric technology is ma
5、ture and the price is cheap, at present technology of fingerprint recognition is the most widely, we can not only see the fingerprint recognition technology in access control, attendance system, fingerprint recognition application is more on the market: such as mobile phone, fingerprint lock, bank p
6、ayment verification can be applied to fingerprint recognition technology. In the fingerprint recognition and control field, we will also use a variety of micro controller, this paper uses Samsung S3C6410 as the control core, S3C6410 application designed for high performance, low cost, low power embe
7、dded consumer electronic design based on ARM11 kernel. According to performance is divided into two different series: this series of core clock frequency has reached 532MHz. Fingerprint identification two feature points based on: (I) to identify the fingerprint feature structure fingerprint (II) fea
8、ture local. This paper proposes a can be used in automatic fingerprint recognition system of fingerprint recognition algorithm based on feature points. The methods mentioned in this article is based on the feature points extracted from refined, two value segmentation image of a fingerprint image. Th
9、e system adopts fingerprint indexing in the fingerprint classification matching, greatly improves the performance of matching algorithm. Keywords: ARM11,Fingerprint Identifier， Feature Point,Image Processing. 基于 ARM 的指纹识别系统 5 目录 第一章 概述 . 1 1.1 指纹课题的研究与应用背景 . 1 1.1.1 指纹采集器原 理与类型 . 1 1.2 嵌入式系统概述 . 2 1
10、.3 指纹算法概述 . 4 1.3.1 指纹预处理算法 . 4 1.3.2 指纹图像识别算法 . 4 第二章 系统设计方案 . 5 2.1 指纹识别系统的概述 . 5 2.2 指纹系统硬件设计方案 . 5 2.2.1 指纹采集器介绍 . 6 第三章 指纹预处理算法的设计 . 8 3.1 指纹图片畸 变处理算法： . 8 3.2 指纹图像的分割计算： . 10 3.3 指纹均衡 .11 3.4 指纹收敛处理 . 13 3.5 指纹的平滑处理： . 14 3.6 指纹的增强处理： . 14 3.7 指纹的二值化细化处理： . 15 4 纹识别算法的设计 . 18 4.1 指纹图像的特征 . 18
11、4.2 指纹图像特征提取算法 . 19 4.3 特征点 的匹配算法 . 20 5.指纹识别系统的实现 . 22 基于 ARM 的指纹识别系统 6 5.1 软件运行环境的设置 . 22 5.2 指纹采集器接口设计 . 23 5.3 显示及 UI 功能的实现 . 26 第六章 系统调试与测试 . 27 6.1 指纹算法的验证： . 27 6.2 指纹采集接口的调试部分 . 28 6.3 系统运行的测试： . 29 参考文献 . 29 基于 ARM 的指纹识别系统 1 第一章 概述 1.1 指纹课题的研究与应用背景 信息化的特点就是能够实 现事物的数字化和隐秘化，传统的身份管理如 IC 卡，磁卡，钥
12、匙存在着易丢失，伪造等缺点，相比较于传统的身份辨识，人的指纹永远无法改变，因此指纹识别在安防领域，司法领域扮演及其重要的作用，在民用领域，随着采集器的多样化和嵌入式微控制器的发展，指纹识别更多地走进了人们的生活中。 作为一门生物识别的学科，数字指纹学的方法有内在的规则可以遵循，可以把数字指纹识别的方法和规则归纳为：理解自然模型，建立物理模型，导出数学模型，确定指纹识别算法 这样一个过程 1。 本 设计采用嵌入式微处理 器 ，外接传统指纹采录模块，通过移植专用的指纹识别算法，实现了一个具有指纹采集，指纹辨识功能的系统。 1.1.1 指纹采集器原理与 类型 指纹采集 原理是根据指纹的上的沟壑的物理
13、特性 ,指纹的脊 线与谷线的不同的特点，得到不同的采集信号，且根据反馈信号的量值来绘成指纹图像。 主要采集指纹的方法有两类，其中一类是主动式的采集器，即主动发送信号，通过反馈回来的信号进行判断 ,如光学采集和射频采集。另一类是感应型的。即通过感应手指本身的特征，然后分析感应信号的值来形成指纹图案。如热敏感应、电容感应和压力 感采集属于第二类。 常用的采集器类型有三种，光学、电容和射频式。在这些采集器中，光学采集器是使用最为普遍的，成本也是最低的。 光学指纹采集器 光学采集器是 出现最早 的指纹采集设备，也是目前 应 用最为 广泛 的。该类型采集器通常由棱镜，透镜和取像器所组成，取像器可以是 C
14、MOS 传感器或 CCD 传感器，该类型传感器具有成本低，接口简单等优点，但是基于光学采集原理，光学指纹采集基于 ARM 的指纹识别系统 2 器手指采集质量 与手指的表皮清晰度有关，假如手指比较干，或者手指上有污渍，光学采集器采集到的图像质量较差，此外，天气原因也会影响手指的干湿度 。这个问题在 北方地区尤其突出。 图 1-1 光学指纹传感器原理图 热敏式传感器 热敏式传感器并没有图像畸变的缺点，该采集器的原理是检测指纹线和沟线着发出的热量。典型的热敏传感器中主要组成原件有小型加热元件。通过对脊和谷进行加热，热感元件检测检测出脊和沟的温度不同，最后通过图像合成器生成指纹图像，该类传感器价格便宜
15、，体积小，但相对于其他传感器，其缺点功耗高，且在天气热的情况下，图像采集质量很 不 理想 2。 射频生物识别技术 射频生 物指纹识别，指的是通过射频信号，穿过手指的表皮去测试里层的纹路，获得指纹。该技术对干手指等困难手指通过可高达 99.5%，具有宽温区，防伪能力强等特点。 1.2 嵌入式系统概述 嵌入式系统被工程师们定义为 “一种用来控制、监视或者辅助仪器、机械操作的计算机系统 ”。嵌入式系统的特点是基于硬件体系，高效，可靠，强实时性，满足对象智能化控制要求的技术需要，因此可以将嵌入式系统定义为： “嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统 ”。嵌入式系统有 3 个特性，即 “微机性 ”、 “
16、可植入 ”及 “专用基于 ARM 的指纹识别系统 3 性 ”。 “微机性 ”指的是通过使 用专门的微控制器，来实现自动化控制。 “可植入 ”则是 指的是可以嵌入到任何应用中，应付多种控制及运算需求，应用面广泛。 “专用性 ”指的是为了实现特定对象的操作必须对该对象软硬件单独修改。 嵌入式处理器 :嵌入式处理器拥有灵活的应用编程资源、丰富的外设接口总线及高速的内部总线结构 ，与通用微处理器比较，同时具有功耗低、简单易用，实时性强，性价比高等优点，主要分为微控制器 ， 微处理器 ， DSP 处理器 ， 嵌入式片上系统四类 22。 微控制器：一般指单片机，将整个控制计算机的核心封装在了一个芯片中，其
17、中包含了 ALU,外设，总线， RAM,ROM 等 通用接口，以某一类型内核为模板，该类芯片具有功耗低，稳定性好，但是性能较低，没有 MMU，无法运行具有内存管理功能的嵌入式系统， 是目前工业应用的主流。 微处理器：嵌入式 CPU 具有通用处理器大部分的功能， 可是 其集成了更多的外设， 并 具有嵌入式 特有的 功耗低，性耗比高的优点，通常以一内核为模板，有别于单片机的是该类芯片性能更强，且通常由 MMU 的功能，可以在体系上运行强大的嵌入式操作系统 5。 DSP 处理器： DSP 处理器指的是运行符和硬件经过特殊设计后 ，更适合于执行数字运算算法的嵌入式处理器，该 系列 处理器的编译效率高，
18、指令执行速度快，具有硬件 FPU，适合运行嵌入式计算应用，同时基于对应用和控制的要求，很多企业推出了控制器 +DSP 的双核 CPU，提出了控制 +运算的解决方案 。 嵌入式片上系统：指的是在可编程逻辑器件通过软 IP 核方式 实现嵌入式处理器，该类系统功能强大，且更加灵活 。 本系统采用了使用 ARM11 内核的 S3C6410 嵌入式 CPU， 该 CPU使用了 基于 RISC的 ARM11JSF 内核，该内核具有 5 级流水线， ARM 独有的工作模式切换，以及硬件JAVA 支持，另外提供了多媒体运算指令，能够提高浮点运算能力。 基于 ARM 的指纹识别系统 4 1.3 指纹算法概述 .
19、 本系统的指纹算法设计包括预处理和指纹 两部分的算法 ，其中，指纹预处理算法用来提取指纹的特征码，包含指纹分割，二值化，细化部分算法。指纹识别算法用来与以存储的模板匹配得到匹配结果 6。 1.3.1 指纹预处理算法 指 纹预处理算法包含 了 分割，收敛，平滑，增强、二值化、细化等操作，为了使特征提取操作能够有效进行，指纹图像必须经过预处理才能得到可提取出特征的指纹图像，其中每个步骤都是有作用的，在整个指纹的处理过程中，预处理耗费的时间占百分 80 以上，因此预处理算法的效率，决定了指纹识别的效率 7。 1.3.2 指纹图像识别算法 指纹匹配算法，主要可分为两类： 一种是采用图形学指导 的 验证 方式，包括点模式 验证 和基于图论的方法；在基于图像匹配的方 式中，主要的思路就是把两个特征点直接对应起来，具体的方法是获得指纹的奇异点，通过奇异点进行特征点的校正，对齐坐标系后实现匹配，假如无法获得奇异点，那就必须使用特征点进行遍历匹配（即对每个特征点都进行对比），对比每个特征点的相对特性，这个方法的好处就是可以不用顾虑图像的定位和旋转问题，但这种方法有两点不足：一是匹配时间并不是可以控制的，假如无法获取奇异点，那么匹配的时间可能会很长，二是对图像的分辨率要求较高，低质量的图像下面根本无法正常工作，提高了对硬件的需求 8。
