基于指紋識別的駕駛員考試系統設計

張用明 程 力 吳國元

(1.安徽三聯交通應用股份有限公司 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 指紋識別的主要技術研究

指紋其實是比較復雜的，與人工處理不同，許多生物識別技術公司并不直接存儲指紋的圖象。多年來在各個公司及其研究機構產生了許多數字化的算法 （美國有關法律認為，指紋圖象屬于個人隱私，因此不能直接處理指紋圖象）。但指紋識別算法最終都歸結為在指紋圖象上找到并比對指紋的特征。

指紋識別技術通過分析指紋的局部特征，從中抽取詳盡的特征點，從而可靠地確認個人身份。指紋識別的優(yōu)點是指紋作為人體獨一無二的特征，它的復雜度可以提供用于鑒別的足夠特征，具有極高的安全性。相對于其他身份認證技術，指紋識別是一種更為理想的身份認證技術，指紋識別不僅具有許多獨到的信息安全優(yōu)點，更重要的是具有很高的實用性、可行性，已經廣泛應用于金融、電子商務以及安全性能要求教高的行業(yè)中。

目前多數指紋識別系統是將指紋圖象采集到計算機中，利用計算機進行識別。國外一些公司生產的獨立指紋識別系統，價格比較高昂。這些都限制了指紋識別技術的普及。因此，研究開發(fā)快速、識別率高、廉價的獨立指紋識別系統具有很大的市場前景和重要的科學研究價值，鑒于此，我們公司研發(fā)了基于車載指紋識別系統，用于駕駛員考試系統中。

2 指紋識別的算法研究

指紋處理和識別算法是整個系統的核心，且都在DSP上實現。主要包括圖像預處理、特征提取和指紋匹配3部分。

傳統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。系統采用了一種基于特征融合的分割算法，對梯度、方向一致性進行2次分割。

圖像歸一化是為了對不同的指紋圖像進行統一處理，將源圖像的對比度和灰度調整到一個固定的級別上，為后續(xù)處理提供一個統一的基礎。方向圖計算、背景分離到頻率提取，所有算法都可以在互補重疊的小區(qū)域內單獨進行。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，再對子圖像進行規(guī)一化，保證了各個小區(qū)域內均值和方差的一致性。

指紋圖像增強新算法利用指紋圖像的結構張量構造擴散張量，使得濾波沿著指紋脊線方向擴散。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，而不會改變指紋脊線的連續(xù)性和奇異性。

圖像二值化的關鍵問題是選取一個合適的閾值，經過在系統中實測，選擇閾值To=180。圖像細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方式來抽取紋線骨架。既可以消除短枝和斷線等噪聲，還能滿足指紋細化的保持性、連接性、中軸性和快速性要求。

細化之后的指紋圖像就會呈現出特征信息。研究表明，中斷點和分支點這2類特征點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提取方法。該方法是在細化后的二值圖像上，對于細化圖像的任意點P計算其交叉數和8連通紋線點數，然后遍歷細化圖像中的每一個像素點，即可得到所有的端點和分支點。

3 指紋識別技術在駕駛員考試系統中的運用

硬件結構

系統硬件由單片機主控模塊、指紋驗證模塊、自動語音模塊、無線速傳模塊（NRF905）、車載電源模塊、人機接口模塊等構成。其核心部分是單片機(Winbond W77e58)和指紋驗證核心板-威爾迪指紋的FAS02NL一體化指紋模塊。硬件結構圖為圖2。

單片機通過無線模塊獲知要進行指紋驗證學員后，通過中心設備串口把要驗證學員信息下發(fā)車載指紋設備，車載指紋設備通過指紋模塊采集指紋數據后，通過無線傳輸到達中心，中心數據有串口接收，上位機軟件在通過接收數據比照，驗證過程秤鉤失敗信息再傳給單片機，單片機收到驗證結果后再控制語音模塊播報，同時控其他模塊，人機接口模塊等進行相應的操作。

圖2 硬件結構圖

4 指紋識別技術的其他行業(yè)應用

基于指紋識別技術的駕校計時培訓系統可以快速準確地識別學員身份，配以語音自動播報和后臺數據庫管理，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代考現象的發(fā)生，減少“馬路殺手”的出現，已在實際應用中取得了非常好的社會效益，同時還在以下其他行業(yè)得到廣泛應用。

4.1 電子產品消費領域

現在的數碼類指紋產品種類繁多。如指紋U盤、指紋移動存儲設備、指紋筆記本電腦、指紋鼠標、指紋鍵盤、指紋手機和指紋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)相關產品。其中，指紋U盤的品種款式最多，目前市場已有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，市場銷量很大。指紋移動存儲設備產品也逐漸面向普通消費者，如聯想指紋識別移動硬盤、易指族指紋移動硬盤、移動之星指紋加密移動硬盤、神州超科Fingo系列指紋移動硬盤等產品。現在很多筆記本電腦都內置了指紋識別功能，只需使用手指觸摸識別器就能夠開機，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別筆記本電腦。如聯想指紋識別筆記本、戴爾筆記本等。指紋鼠標和指紋鍵盤也在近幾年登陸市場，如清華紫光的指紋鼠標和指紋鍵盤等。早在1998年西門子就曾推出過第一款指紋手機，現在國內的一些手機廠商宇龍和波導及國外的SAMSUNG、LG都推出了指紋手機，具有廣闊的前景。

4.2 金融銀行領域

金融危機爆發(fā)以來，指紋識別技術在金融銀行領域中的應用也越來越多。利用指紋進行身份驗證確實能夠解決銀行內部柜員和銀行客戶身份驗證的問題。目前在國內生物識別行業(yè)中，北京天誠盛業(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)經驗，具有自主知識產權。國內的各大銀行，如工商銀行、交通銀行、建設銀行、農業(yè)銀行、招商銀行、浦發(fā)銀行和華夏銀行等均在實施其方案產品。

4.3 民用安全領域

指紋鎖和指紋門禁是具有代表性的指紋技術產品。目前國內外研制和開發(fā)指紋鎖、指紋門禁產品的公司有很多，國外公司有美國第吉爾公司、愛迪爾公司、韓國易保公司、三星公司、德國海因德爾公司，國內公司有海貝斯、金指碼、雅潔等公司。尤其是近幾年，隨著生物識別技術水平的突飛猛進和日臻成熟，已開發(fā)出具有全新概念的指紋鎖具，如汽車指紋門鎖、銀行保險柜指紋鎖、航空指紋鎖等產品。近日，在第八屆中國國際航空航天博覽會上，被博覽會指定為唯一指紋用鎖的德國海因德爾指紋鎖，展示了當今生物類指紋識別技術應用于門鎖的科技成果，為未來智能生活開辟了新領域。

除此之外，指紋考勤機也是利用指紋識別技術，集成考勤軟件和人事管理軟件開發(fā)的指紋識別產品。它被大量應用于企業(yè)、事業(yè)單位的職工考勤和人事管理系統。目前，國內很多指紋產品生產商都推出指紋考勤機。

4.4 公安刑偵領域

指紋識別技術最早就是應用于犯罪分子的指紋鑒別。現階段國內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取槍支的辦法，實現了雙人開啟箱柜的模式，充分適應實戰(zhàn)隨時取槍的需要。

5 結論

基于指紋識別技術的駕校計時培訓系統可以快速準確地識別學員身份，配以語音自動播報和后臺數據庫管理，可以行之有效地監(jiān)控和記錄學員的考試時間，從而有效的杜絕考試過程代考現象的發(fā)生，減少“馬路殺手”的出現，已在實際應用中取得了非常好的社會效益。

［1］指紋識別技術[OL].http：//baike.baidu.com/view/244855.htm.

［2］楊強,譚禮俊.生物識別技術對比淺析[J].大眾科技，2005（2）.

［3］生物測量學技術和電子現金將風靡’98[J].國際電子報，1998，7.

［4］指紋加密技術有望成為計算機衛(wèi)士[J].計算機世界報，1997，7.