基于指紋識(shí)別的駕駛員考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張用明 程 力 吳國(guó)元

(1.安徽三聯(lián)交通應(yīng)用股份有限公司 安徽 合肥 230000；2.合肥越明交通電子科技有限公司 安徽 合肥 230000）

1 指紋識(shí)別的主要技術(shù)研究

指紋其實(shí)是比較復(fù)雜的，與人工處理不同，許多生物識(shí)別技術(shù)公司并不直接存儲(chǔ)指紋的圖象。多年來(lái)在各個(gè)公司及其研究機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了許多數(shù)字化的算法 （美國(guó)有關(guān)法律認(rèn)為，指紋圖象屬于個(gè)人隱私，因此不能直接處理指紋圖象）。但指紋識(shí)別算法最終都?xì)w結(jié)為在指紋圖象上找到并比對(duì)指紋的特征。

指紋識(shí)別技術(shù)通過(guò)分析指紋的局部特征，從中抽取詳盡的特征點(diǎn)，從而可靠地確認(rèn)個(gè)人身份。指紋識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)是指紋作為人體獨(dú)一無(wú)二的特征，它的復(fù)雜度可以提供用于鑒別的足夠特征，具有極高的安全性。相對(duì)于其他身份認(rèn)證技術(shù)，指紋識(shí)別是一種更為理想的身份認(rèn)證技術(shù)，指紋識(shí)別不僅具有許多獨(dú)到的信息安全優(yōu)點(diǎn)，更重要的是具有很高的實(shí)用性、可行性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金融、電子商務(wù)以及安全性能要求教高的行業(yè)中。

目前多數(shù)指紋識(shí)別系統(tǒng)是將指紋圖象采集到計(jì)算機(jī)中，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別。國(guó)外一些公司生產(chǎn)的獨(dú)立指紋識(shí)別系統(tǒng)，價(jià)格比較高昂。這些都限制了指紋識(shí)別技術(shù)的普及。因此，研究開發(fā)快速、識(shí)別率高、廉價(jià)的獨(dú)立指紋識(shí)別系統(tǒng)具有很大的市場(chǎng)前景和重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值，鑒于此，我們公司研發(fā)了基于車載指紋識(shí)別系統(tǒng)，用于駕駛員考試系統(tǒng)中。

2 指紋識(shí)別的算法研究

指紋處理和識(shí)別算法是整個(gè)系統(tǒng)的核心，且都在DSP上實(shí)現(xiàn)。主要包括圖像預(yù)處理、特征提取和指紋匹配3部分。

傳統(tǒng)的圖像分割算法主要有2類：一類是基于指紋圖像方向信息分割的方向法；另一類是基于圖像灰度特征分割的方差法。系統(tǒng)采用了一種基于特征融合的分割算法，對(duì)梯度、方向一致性進(jìn)行2次分割。

圖像歸一化是為了對(duì)不同的指紋圖像進(jìn)行統(tǒng)一處理，將源圖像的對(duì)比度和灰度調(diào)整到一個(gè)固定的級(jí)別上，為后續(xù)處理提供一個(gè)統(tǒng)一的基礎(chǔ)。方向圖計(jì)算、背景分離到頻率提取，所有算法都可以在互補(bǔ)重疊的小區(qū)域內(nèi)單獨(dú)進(jìn)行。所以本文采用分塊規(guī)一化的方法，將圖像分為14×14大小的子區(qū)域，再對(duì)子圖像進(jìn)行規(guī)一化，保證了各個(gè)小區(qū)域內(nèi)均值和方差的一致性。

指紋圖像增強(qiáng)新算法利用指紋圖像的結(jié)構(gòu)張量構(gòu)造擴(kuò)散張量，使得濾波沿著指紋脊線方向擴(kuò)散。該算法屬迭代算法，比Gabor濾波算法能量聚集慢，可以有效地連接斷裂脊線，而不會(huì)改變指紋脊線的連續(xù)性和奇異性。

圖像二值化的關(guān)鍵問(wèn)題是選取一個(gè)合適的閾值，經(jīng)過(guò)在系統(tǒng)中實(shí)測(cè)，選擇閾值To=180。圖像細(xì)化處理是指為了減少所需處理的信息量，便于提取指紋特征[5]。算法中采用了一種最近鄰點(diǎn)方式來(lái)抽取紋線骨架。既可以消除短枝和斷線等噪聲，還能滿足指紋細(xì)化的保持性、連接性、中軸性和快速性要求。

細(xì)化之后的指紋圖像就會(huì)呈現(xiàn)出特征信息。研究表明，中斷點(diǎn)和分支點(diǎn)這2類特征點(diǎn)就可以描述指紋的唯一性。所以，本文采用一種基于8連通域判斷法的特征點(diǎn)提取方法。該方法是在細(xì)化后的二值圖像上，對(duì)于細(xì)化圖像的任意點(diǎn)P計(jì)算其交叉數(shù)和8連通紋線點(diǎn)數(shù)，然后遍歷細(xì)化圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)，即可得到所有的端點(diǎn)和分支點(diǎn)。

3 指紋識(shí)別技術(shù)在駕駛員考試系統(tǒng)中的運(yùn)用

硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件由單片機(jī)主控模塊、指紋驗(yàn)證模塊、自動(dòng)語(yǔ)音模塊、無(wú)線速傳模塊（NRF905）、車載電源模塊、人機(jī)接口模塊等構(gòu)成。其核心部分是單片機(jī)(Winbond W77e58)和指紋驗(yàn)證核心板-威爾迪指紋的FAS02NL一體化指紋模塊。硬件結(jié)構(gòu)圖為圖2。

單片機(jī)通過(guò)無(wú)線模塊獲知要進(jìn)行指紋驗(yàn)證學(xué)員后，通過(guò)中心設(shè)備串口把要驗(yàn)證學(xué)員信息下發(fā)車載指紋設(shè)備，車載指紋設(shè)備通過(guò)指紋模塊采集指紋數(shù)據(jù)后，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)竭_(dá)中心，中心數(shù)據(jù)有串口接收，上位機(jī)軟件在通過(guò)接收數(shù)據(jù)比照，驗(yàn)證過(guò)程秤鉤失敗信息再傳給單片機(jī)，單片機(jī)收到驗(yàn)證結(jié)果后再控制語(yǔ)音模塊播報(bào)，同時(shí)控其他模塊，人機(jī)接口模塊等進(jìn)行相應(yīng)的操作。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

4 指紋識(shí)別技術(shù)的其他行業(yè)應(yīng)用

基于指紋識(shí)別技術(shù)的駕校計(jì)時(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地識(shí)別學(xué)員身份，配以語(yǔ)音自動(dòng)播報(bào)和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理，可以行之有效地監(jiān)控駕駛員考試，從而有效的杜絕考試時(shí)代考現(xiàn)象的發(fā)生，減少“馬路殺手”的出現(xiàn)，已在實(shí)際應(yīng)用中取得了非常好的社會(huì)效益，同時(shí)還在以下其他行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

4.1 電子產(chǎn)品消費(fèi)領(lǐng)域

現(xiàn)在的數(shù)碼類指紋產(chǎn)品種類繁多。如指紋U盤、指紋移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備、指紋筆記本電腦、指紋鼠標(biāo)、指紋鍵盤、指紋手機(jī)和指紋IC卡等。截止到2010年，全世界已有幾十家著名大型公司研制開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。其中，指紋U盤的品種款式最多，目前市場(chǎng)已有16種20多款。如紐曼指紋生物信息盾U盤、易指禪銀指和金指U盤、Kingston（金士頓）指紋U盤等，市場(chǎng)銷量很大。指紋移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備產(chǎn)品也逐漸面向普通消費(fèi)者，如聯(lián)想指紋識(shí)別移動(dòng)硬盤、易指族指紋移動(dòng)硬盤、移動(dòng)之星指紋加密移動(dòng)硬盤、神州超科Fingo系列指紋移動(dòng)硬盤等產(chǎn)品?，F(xiàn)在很多筆記本電腦都內(nèi)置了指紋識(shí)別功能，只需使用手指觸摸識(shí)別器就能夠開機(jī)，完全解決了輸入密碼的麻煩。因此，很多PC廠商都推出了指紋識(shí)別筆記本電腦。如聯(lián)想指紋識(shí)別筆記本、戴爾筆記本等。指紋鼠標(biāo)和指紋鍵盤也在近幾年登陸市場(chǎng)，如清華紫光的指紋鼠標(biāo)和指紋鍵盤等。早在1998年西門子就曾推出過(guò)第一款指紋手機(jī)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的一些手機(jī)廠商宇龍和波導(dǎo)及國(guó)外的SAMSUNG、LG都推出了指紋手機(jī)，具有廣闊的前景。

4.2 金融銀行領(lǐng)域

金融危機(jī)爆發(fā)以來(lái)，指紋識(shí)別技術(shù)在金融銀行領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來(lái)越多。利用指紋進(jìn)行身份驗(yàn)證確實(shí)能夠解決銀行內(nèi)部柜員和銀行客戶身份驗(yàn)證的問(wèn)題。目前在國(guó)內(nèi)生物識(shí)別行業(yè)中，北京天誠(chéng)盛業(yè)、杭州中正和浙江維爾等公司都在研制指紋銀行整體解決方案，并具有多年研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。國(guó)內(nèi)的各大銀行，如工商銀行、交通銀行、建設(shè)銀行、農(nóng)業(yè)銀行、招商銀行、浦發(fā)銀行和華夏銀行等均在實(shí)施其方案產(chǎn)品。

4.3 民用安全領(lǐng)域

指紋鎖和指紋門禁是具有代表性的指紋技術(shù)產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)外研制和開發(fā)指紋鎖、指紋門禁產(chǎn)品的公司有很多，國(guó)外公司有美國(guó)第吉爾公司、愛迪爾公司、韓國(guó)易保公司、三星公司、德國(guó)海因德爾公司，國(guó)內(nèi)公司有海貝斯、金指碼、雅潔等公司。尤其是近幾年，隨著生物識(shí)別技術(shù)水平的突飛猛進(jìn)和日臻成熟，已開發(fā)出具有全新概念的指紋鎖具，如汽車指紋門鎖、銀行保險(xiǎn)柜指紋鎖、航空指紋鎖等產(chǎn)品。近日，在第八屆中國(guó)國(guó)際航空航天博覽會(huì)上，被博覽會(huì)指定為唯一指紋用鎖的德國(guó)海因德爾指紋鎖，展示了當(dāng)今生物類指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于門鎖的科技成果，為未來(lái)智能生活開辟了新領(lǐng)域。

除此之外，指紋考勤機(jī)也是利用指紋識(shí)別技術(shù)，集成考勤軟件和人事管理軟件開發(fā)的指紋識(shí)別產(chǎn)品。它被大量應(yīng)用于企業(yè)、事業(yè)單位的職工考勤和人事管理系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)很多指紋產(chǎn)品生產(chǎn)商都推出指紋考勤機(jī)。

4.4 公安刑偵領(lǐng)域

指紋識(shí)別技術(shù)最早就是應(yīng)用于犯罪分子的指紋鑒別?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)許多基層派出所都安裝了立體式指紋采集儀，成為破案的有效工具。還有，在警用槍支管理中也采用指紋領(lǐng)取槍支的辦法，實(shí)現(xiàn)了雙人開啟箱柜的模式，充分適應(yīng)實(shí)戰(zhàn)隨時(shí)取槍的需要。

5 結(jié)論

基于指紋識(shí)別技術(shù)的駕校計(jì)時(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地識(shí)別學(xué)員身份，配以語(yǔ)音自動(dòng)播報(bào)和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理，可以行之有效地監(jiān)控和記錄學(xué)員的考試時(shí)間，從而有效的杜絕考試過(guò)程代考現(xiàn)象的發(fā)生，減少“馬路殺手”的出現(xiàn)，已在實(shí)際應(yīng)用中取得了非常好的社會(huì)效益。

［1］指紋識(shí)別技術(shù)[OL].http：//baike.baidu.com/view/244855.htm.

［2］楊強(qiáng),譚禮俊.生物識(shí)別技術(shù)對(duì)比淺析[J].大眾科技，2005（2）.

［3］生物測(cè)量學(xué)技術(shù)和電子現(xiàn)金將風(fēng)靡’98[J].國(guó)際電子報(bào)，1998，7.

［4］指紋加密技術(shù)有望成為計(jì)算機(jī)衛(wèi)士[J].計(jì)算機(jī)世界報(bào)，1997，7.