第二章 指纹识别技术与整体设计方案
图2-2 指纹纹形图
（2）核心点：指纹的中间通常都有一个中心点，四周的指纹都是围绕着这里的，就好像是周围的纹路都发源于此，在进行指纹识别的时候，通常都以这个核心点作为识别图像的参考位置，以此来作对比。
（3）三角点：指纹的纹线在延伸的时候不是一直平行的，有的纹线会出现交叉或者是断开，当两条纹线交错连接，就会形成类似于三角形的图形，像这样的点，就成为三角点。
（4）纹数：就是指纹的纹路的总数，一般都是从核心点处开始记录，一直到边缘的纹路的数量，不一样的指纹所具有的指纹的纹路都是不同的。 二、局部特征：手指指纹的有许多不能一眼看出来的小细节，这些细节需要仔细区看才能分辨出它的区别，这些特征就是局部特征。手指的指纹的纹线，不是一直连续的，会出先一些分叉和中断，这些小的细节使得指纹进一步区别。相同的指纹在总体特征上面可能一致，但在局部特征上面却是不同的，这就为指纹的唯一性提供了确认信息。
指纹的特征点可以从四个方面去区别：
（1）类型。特征点可以分为很多的类型，具体如下图所示：
图2-3 指纹特征点类型
终结点：指纹的纹路再此终结，断开。
分叉点：指的是一条纹线会分叉成为两条线，分叉的那个点就被称为分叉点。
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第二章 指纹识别技术与整体设计方案
分歧点：原本两条平行的纹路，会出现弯曲变向的情况，开始出现这种情况的点就是。
孤立点：没有形成纹路，就只有单独的一个点。
环点：纹路弯曲连成一个小圆圈，就像是一个环形的点。 短纹：比较短的一小段纹路，就像是线段。
（2）方向。每一个特征点的方向都不同，同一类型的特征点，其方向不同，所代表的信息也就不同。
（3）曲率。纹路会有弯曲，纹路的弯曲程度就用曲率来表示。
（4）位置。就是指特征点在指纹图像的位置，用横纵坐标来表示，一般是用相对的坐标来表示的特征的位置。
2.2指纹识别技术介绍
指纹识别技术的目标就是能够识别手指的指纹并能够将不同指纹的模板进行对比判断，主要分为两部分：1.指纹图像获取。2.指纹图像对比判断
（1）指纹图像获取：识别并获取指纹图像，需要能够获取指纹图像的指纹传感器，目前主要有三类：1.光学指纹传感器：通过光学手段获取指纹的技术是最早用于指纹识别技术的，光学指纹感器的优点是方便快捷，它的缺点就是对采集手指和取像的镜片要求比较高，质量好的镜片才能够获取到清晰的指纹图像，并且光学指纹传感器的体积一般都比较大，对于小巧的嵌入式设备来说不适用；2.半导体指纹传感器：对于半导体指纹传感器来说，它的价格低、体积小，对于嵌入式设备来说，小巧的便于使用。自从上世纪 90 年代中期出现以来，发展十分的迅速，代表的有产品有：压感指纹传感器、固态指纹传感器、电容式指纹传感器、温度型指纹传感器等等。3.基于超声波扫描技术的指纹传感器：超声波遇到皮肤会反射回来，而且皮肤表面凹凸不平，反射回来的声波也是不同的，超声波识别就是利用反射回来的声波的不同来识别不同的指纹。它的优点有：在不同的情况下都能获取到清晰的图像，对于不同粗糙程度的手指也都能获得清晰地图像。缺点：就目前来说，这种传感器的价格比较昂贵，不太适合普及。
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（2）指纹图像对比判断：获取到指纹图像之后，为了判别出获取到的指纹到底是谁的指纹，就需要对指纹与指纹数据库中的指纹进行对比判断。进行对比判断就需要一个算法，这就是指纹识别算法。指纹识别算法是指纹识别技术的关键，算法的好坏，直接影响到拒识率和误识率，以及系统的运行速度等。整个指纹识别算法分为三部分：指纹图像预处理、提取指纹特征和指纹匹配。先获得手指的指纹，再利用指纹识别算法将数据库的指纹和得到的指纹相对比，判断出获取的指纹是不是数据库中的指纹，若是，给出相匹配的是数据库中哪一个指纹。
通过指纹图像获取和指纹对比判断两个部分，便可以对给出手指的指纹进行识别，得到识别结果，这就是指纹识别技术的大体构造。
2.3 整体设计方案
根据以上所介绍的指纹识别技术，设计基于单片机的指纹识别门禁系统，实现对大楼所有门禁的整体管理，并且能够管理用户信息和权限。所以系统主要分为上位机和下位机两部分，上位机作为主要的控制部分，通过网络对多个下位机进行控制，并且实现用户等级的设定。指纹录入端位于大楼的入口处，对进入者进行指纹录入工作。下位机则是门禁的实际控制端，通过指纹识别模块，对用户进行识别，进而控制门锁的开闭。整体框架可以为如下图所示：
上位机下位机下位机图2-4 整体框图
下位机 上位机与下位机各自分工，上位机与下位机通过网络模块进行通讯。下位机是与门直接相连的部分，通过指纹识别模块对用户的指纹进行识别，并将结果传输给单片机，单片机再进一步控制液晶显示结果，并通过蜂鸣器发出声音提
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示，用户还能够进行按键调节。下位机的框架如下所示
指纹识别模块网络通信模块蜂鸣器单片机按键液晶显示模块电源供电图2-5 下位机整体框图
继电器模块 各个子模块的具体硬件选择和使用方法在后面具体介绍。本系统的主要功能特点：
（1） 拥有高效的指纹识别模块，可以十分快捷的利用指纹开锁，高效方便，
且安全性高。
（2） 上位机部分由科学的管理软件，能够实现门禁的科学化管理。 （3） 上位机与下位机的通信采用以太网模块，可以实现远距离的控制。 （4） 门禁系统的用户采用权限分割，不同的用户拥有的权限不同，能够进入
的门也不同，从而实现用户的逐级权限管理。
2.4本章小结
本章主要介绍了指纹识别技术的主要工作原理，工作的原理主要包括三部分，分别为：指纹的特征、指纹图像的获取和指纹识别算法。其中，指纹的特征又分为总体特征和局部特征两类，指纹图像传感器大致有三类，指纹识别算
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法包括指纹图像的预处理、提取特征值和指纹匹配三部分，先后并对各个部分做了简要概述，在此之后，又对系统的整体设计方案做了介绍。
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