基于指纹识别的驾驶员考试系统设计

2012-08-22张用明吴国元

科技视界 2012年27期

张用明程力吴国元

(1.安徽三联交通应用股份有限公司安徽合肥 230000；2.合肥越明交通电子科技有限公司安徽合肥 230000）

1 指纹识别的主要技术研究

指纹其实是比较复杂的，与人工处理不同，许多生物识别技术公司并不直接存储指纹的图象。多年来在各个公司及其研究机构产生了许多数字化的算法（美国有关法律认为，指纹图象属于个人隐私，因此不能直接处理指纹图象）。但指纹识别算法最终都归结为在指纹图象上找到并比对指纹的特征。

指纹识别技术通过分析指纹的局部特征，从中抽取详尽的特征点，从而可靠地确认个人身份。指纹识别的优点是指纹作为人体独一无二的特征，它的复杂度可以提供用于鉴别的足够特征，具有极高的安全性。相对于其他身份认证技术，指纹识别是一种更为理想的身份认证技术，指纹识别不仅具有许多独到的信息安全优点，更重要的是具有很高的实用性、可行性，已经广泛应用于金融、电子商务以及安全性能要求教高的行业中。

目前多数指纹识别系统是将指纹图象采集到计算机中，利用计算机进行识别。国外一些公司生产的独立指纹识别系统，价格比较高昂。这些都限制了指纹识别技术的普及。因此，研究开发快速、识别率高、廉价的独立指纹识别系统具有很大的市场前景和重要的科学研究价值，鉴于此，我们公司研发了基于车载指纹识别系统，用于驾驶员考试系统中。

2 指纹识别的算法研究

指纹处理和识别算法是整个系统的核心，且都在DSP上实现。主要包括图像预处理、特征提取和指纹匹配3部分。

传统的图像分割算法主要有2类：一类是基于指纹图像方向信息分割的方向法；另一类是基于图像灰度特征分割的方差法。系统采用了一种基于特征融合的分割算法，对梯度、方向一致性进行2次分割。

图像归一化是为了对不同的指纹图像进行统一处理，将源图像的对比度和灰度调整到一个固定的级别上，为后续处理提供一个统一的基础。方向图计算、背景分离到频率提取，所有算法都可以在互补重叠的小区域内单独进行。所以本文采用分块规一化的方法，将图像分为14×14大小的子区域，再对子图像进行规一化，保证了各个小区域内均值和方差的一致性。

指纹图像增强新算法利用指纹图像的结构张量构造扩散张量，使得滤波沿着指纹脊线方向扩散。该算法属迭代算法，比Gabor滤波算法能量聚集慢，可以有效地连接断裂脊线，而不会改变指纹脊线的连续性和奇异性。

图像二值化的关键问题是选取一个合适的阈值，经过在系统中实测，选择阈值To=180。图像细化处理是指为了减少所需处理的信息量，便于提取指纹特征[5]。算法中采用了一种最近邻点方式来抽取纹线骨架。既可以消除短枝和断线等噪声，还能满足指纹细化的保持性、连接性、中轴性和快速性要求。

细化之后的指纹图像就会呈现出特征信息。研究表明，中断点和分支点这2类特征点就可以描述指纹的唯一性。所以，本文采用一种基于8连通域判断法的特征点提取方法。该方法是在细化后的二值图像上，对于细化图像的任意点P计算其交叉数和8连通纹线点数，然后遍历细化图像中的每一个像素点，即可得到所有的端点和分支点。

3 指纹识别技术在驾驶员考试系统中的运用

硬件结构

系统硬件由单片机主控模块、指纹验证模块、自动语音模块、无线速传模块（NRF905）、车载电源模块、人机接口模块等构成。其核心部分是单片机(Winbond W77e58)和指纹验证核心板-威尔迪指纹的FAS02NL一体化指纹模块。硬件结构图为图2。

单片机通过无线模块获知要进行指纹验证学员后，通过中心设备串口把要验证学员信息下发车载指纹设备，车载指纹设备通过指纹模块采集指纹数据后，通过无线传输到达中心，中心数据有串口接收，上位机软件在通过接收数据比照，验证过程秤钩失败信息再传给单片机，单片机收到验证结果后再控制语音模块播报，同时控其他模块，人机接口模块等进行相应的操作。

图2 硬件结构图

4 指纹识别技术的其他行业应用

基于指纹识别技术的驾校计时培训系统可以快速准确地识别学员身份，配以语音自动播报和后台数据库管理，可以行之有效地监控驾驶员考试，从而有效的杜绝考试时代考现象的发生，减少“马路杀手”的出现，已在实际应用中取得了非常好的社会效益，同时还在以下其他行业得到广泛应用。

4.1 电子产品消费领域

现在的数码类指纹产品种类繁多。如指纹U盘、指纹移动存储设备、指纹笔记本电脑、指纹鼠标、指纹键盘、指纹手机和指纹IC卡等。截止到2010年，全世界已有几十家著名大型公司研制开发相关产品。其中，指纹U盘的品种款式最多，目前市场已有16种20多款。如纽曼指纹生物信息盾U盘、易指禅银指和金指U盘、Kingston（金士顿）指纹U盘等，市场销量很大。指纹移动存储设备产品也逐渐面向普通消费者，如联想指纹识别移动硬盘、易指族指纹移动硬盘、移动之星指纹加密移动硬盘、神州超科Fingo系列指纹移动硬盘等产品。现在很多笔记本电脑都内置了指纹识别功能，只需使用手指触摸识别器就能够开机，完全解决了输入密码的麻烦。因此，很多PC厂商都推出了指纹识别笔记本电脑。如联想指纹识别笔记本、戴尔笔记本等。指纹鼠标和指纹键盘也在近几年登陆市场，如清华紫光的指纹鼠标和指纹键盘等。早在1998年西门子就曾推出过第一款指纹手机，现在国内的一些手机厂商宇龙和波导及国外的SAMSUNG、LG都推出了指纹手机，具有广阔的前景。

4.2 金融银行领域

金融危机爆发以来，指纹识别技术在金融银行领域中的应用也越来越多。利用指纹进行身份验证确实能够解决银行内部柜员和银行客户身份验证的问题。目前在国内生物识别行业中，北京天诚盛业、杭州中正和浙江维尔等公司都在研制指纹银行整体解决方案，并具有多年研发经验，具有自主知识产权。国内的各大银行，如工商银行、交通银行、建设银行、农业银行、招商银行、浦发银行和华夏银行等均在实施其方案产品。

4.3 民用安全领域

指纹锁和指纹门禁是具有代表性的指纹技术产品。目前国内外研制和开发指纹锁、指纹门禁产品的公司有很多，国外公司有美国第吉尔公司、爱迪尔公司、韩国易保公司、三星公司、德国海因德尔公司，国内公司有海贝斯、金指码、雅洁等公司。尤其是近几年，随着生物识别技术水平的突飞猛进和日臻成熟，已开发出具有全新概念的指纹锁具，如汽车指纹门锁、银行保险柜指纹锁、航空指纹锁等产品。近日，在第八届中国国际航空航天博览会上，被博览会指定为唯一指纹用锁的德国海因德尔指纹锁，展示了当今生物类指纹识别技术应用于门锁的科技成果，为未来智能生活开辟了新领域。

除此之外，指纹考勤机也是利用指纹识别技术，集成考勤软件和人事管理软件开发的指纹识别产品。它被大量应用于企业、事业单位的职工考勤和人事管理系统。目前，国内很多指纹产品生产商都推出指纹考勤机。