專利名稱：嵌入式滑動指紋采集識別模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種指紋識別領域，尤其涉及一種嵌入式滑動(又稱嵌入刮擦式)指紋采集識別模塊。
背景技術：
根據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，每年由于證件或密碼遺失而造成的損失巨大。比如美國，全球知名的信用卡巨頭MasterCard公司估計每年約有4.5億美元的信用卡詐騙案；而因為密碼被破解，則使美國移動通信每年至少損失10億美元。單單自動取款機即ATM業(yè)務，其相關的詐騙案每年損失就不下3億美元。
這是因為，各種密碼被破解的概率越來越高，因為通常由于記憶的原因，46％的人會選用自己或親人的生日、家庭地址、電話號碼作密碼并長期使用，而這些很容易被一些不法分子獲取。
比爾·蓋茨曾做過這樣的斷言生物識別技術，即利用人的生理特征，例如指紋、虹膜等來識別個人的身份，將成為未來幾年IT產(chǎn)業(yè)的重要革新。蓋茨這段言論的背后支撐是，越來越多的個人、消費者、公司乃至政府機關都承認，現(xiàn)有的基于智能卡、身份號和密碼的身份識別系統(tǒng)是遠遠不夠的，生物特征識別技術將在未來提供解決方案方面占據(jù)重要的地位。
不少人都有過這樣或那樣的尷尬經(jīng)歷。一個堂堂大活人，自己卻無法證明自己的身份，卻要依賴一大堆卡片、密碼、口令來證明自己才是自己。而現(xiàn)在生物認證就可以解決傳統(tǒng)認證所不能解決的問題，讓人們忘掉那些討厭的密碼與口令。
生物特征識別技術是指通過計算機利用人類自身的生理或行為特征進行身份認定的一種技術。生物特征識別被評為21世紀十大高科技之一。生物特征的特點是人各有異、終生不變(幾乎)、隨身攜帶。這些身體特征包括指紋、虹膜、掌紋、面相、聲音、視網(wǎng)膜和DNA等人體的生理特征，以及簽名的動作、行走的步態(tài)、擊打鍵盤的力度等行為特征。之所以能夠作為個人身份鑒別的物證，是因為它們具有人人都有的普遍性、每人不同的唯一性以及不隨年齡而變化的穩(wěn)定性。
漸漸地，指紋、虹膜等生物特征識別開始悄悄取代人們手中的信用卡或密碼，并且已經(jīng)開始在機場、銀行以及各種電子設備上進行實際應用。生物識別將成為未來身份認定的重要方式。美國已經(jīng)簽署了電子簽名法案，法案的簽署促使美國各大高技術公司加緊開發(fā)保證電子簽名安全的技術，這主要包括驗證一個人身份的加密數(shù)字化裝置和附加在計算機上的指紋或虹膜識別設施等。隨著計算機圖像處理和模式識別理論以及大規(guī)模集成電路技術的不斷發(fā)展與成熟，指紋自動識別系統(tǒng)的體積不斷縮小，其價格也不斷降低，因而被應用到民用領域。
生物特征識別作為新興的身份鑒別技術，有其不可替代的優(yōu)越性?？赡艿娘L險與機會主要來自政策的導向，從目前的局勢看，尤其是“9·11”以后，它將是國際上新世紀十大最具前景的高新技術之一；對于國內(nèi)來說，基于生物特征的身份鑒別也將是國家重點鼓勵及發(fā)展的關鍵技術之一。(以上資料來源http//law.westcn.com/bxht/ylws/ylws111202.htm)2002年中國的《國家信息安全報告》指出，“在信息化的進程中，國家的安全與經(jīng)濟的安全越來越不可分割，經(jīng)濟安全越來越依賴于信息化基礎設施的安全程度?！敝袊男畔踩夹g水平目前還處在低水平狀態(tài)，在世界范圍內(nèi)，被排在等級最低的“第四類”。近日召開的國際信息安全研討會上獲悉國內(nèi)外信息安全領域的專家，如微軟劍橋研究院的DieterGollmann教授，中國信息安全重點實驗室的呂述望教授等，他們對中國信息安全的現(xiàn)狀表示擔憂，同時指出了中國信息安全的出路必須努力促進信息安全技術領域的自主開發(fā)，涌現(xiàn)一批具有自主知識產(chǎn)權的信息安全產(chǎn)品，政府應該加大投入，實行非對稱戰(zhàn)略，從技術和管理兩方面來確保國家信息安全。(資料來源http//www.sina.com.cn 2003年04月01日10:17東方網(wǎng)-文匯報)。
指紋識別是生物特征識別領域中最為成熟的一門應用技術，具有悠久的歷史。長期以來，指紋識別技術主要應用于刑事偵查與司法鑒定領域，不被大多數(shù)的人所了解，常常給人一種神秘的感覺。計算機與信息處理技術的飛速發(fā)展，為這門歷史悠久的應用技術開拓了更為廣闊的市場，指紋識別技術及相關產(chǎn)品正越來越多地應用于民用市場，走進人們的日常生活。
人們在社會交往的過程中，往往需要進行身份認證。常見的各種身份認證手段如鑰匙、密碼口令、證件和IC卡等，都是通過以“物”認人的方式，間接地實現(xiàn)對相關物件持有人地身份確認。這種方法精確性很低，安全漏洞較大?，F(xiàn)實生活中各種偽造證件和信物的例子屢見不鮮，密碼被破譯或盜用也時有發(fā)生。為了防范這類事件的發(fā)生，人們需要一種直接認人的身份認證手段，這就是“人體生物特征識別技術”。它根據(jù)每個人自身所具有的生物特征來對每個人的真實身份進行鑒別。這些生物特征大都具有“人各有異”、“終生不變”和“隨身攜帶”的特點，確保了認證結(jié)果的精確性和可靠性。
指紋作為一種重要的人體特征，具有以下一些特點唯一性(人各不同、指指相異)，指紋具有很明顯的特定性。據(jù)指紋學理論，兩枚指紋匹配上12個特征的幾率為10-50。至今尚找不出兩個指紋完全相同的人，即使是相貌酷似的孿生兄弟姐妹，他們的指紋也各不相同。不僅人與人之間，就是同一個人的十指之間，指紋也有明顯的區(qū)別。指紋的這一特點，為指紋技術應用于身份識別提供了客觀依據(jù)。
不變性(終生基本不變)，指紋具有很強的相對穩(wěn)定性。自胎兒六個月時指紋完全形成到人體死亡腐敗之前，盡管隨著年齡的增大，指紋在外形大小、紋線粗細上會有變化，局部紋線之間也可能出現(xiàn)新的細線特征，但從總體上看，同一指的指紋紋線類型、細節(jié)特征的總體布局等始終無明顯變化。即使手指皮膚受傷，只要不傷及真皮，傷愈后紋線仍能恢復原狀；如果傷及真皮，傷愈后則形成傷疤。傷疤破壞了紋線，但傷疤本身為指紋增添了新的穩(wěn)定的特征。
再生性只要不傷及真皮，傷愈后，紋線仍能恢復原狀；如果傷及真皮，傷愈后形成傷疤。傷疤破壞了紋線，但傷疤本身為指紋增添了新的穩(wěn)定的特征。
便捷性活體指紋具有無法偽造、隨身攜帶、不需記憶等特點；可分類性長期以來，人們對指紋的研究表明，指紋紋線的排列有著一定的規(guī)律性。雖然因分類的方式(人工分類和自動分類等)與手段的不同，指紋的種類和分類方法有很多種，但其結(jié)果卻是收斂的。也就是說，指紋紋線的形態(tài)可用有限的類型來表示。
指紋的上述特點使它享有″證據(jù)之首″、″人身同一認定可靠工具″的盛譽，一直被當作人的身份認定的可靠手段。
隨著科學技術的不斷發(fā)展，指紋識別的應用領域也遍布各行各業(yè)。一個指紋識別系統(tǒng)按工作過程分應該有以下幾個指紋的采集、指紋的比對識別、指紋的比對識別結(jié)果及應用。在指紋識別過程中，計算機對輸入的指紋圖像進行處理，提取指紋的各種細節(jié)特征，然后才根據(jù)所提取的細節(jié)特征進行指紋的識別，和數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的指紋比對，得出該輸入指紋的比對結(jié)果。
按工作模式上看，主要可以分為聯(lián)機式、獨立式和嵌入式。
聯(lián)機式指紋識別系統(tǒng)指指紋采集器與PC機相連的系統(tǒng)體系結(jié)構。指紋采集器將采集到的指紋圖像傳送到PC機，安裝在PC機上的指紋算法軟件進行識別和處理。它必須連接PC機才能完成指紋識別的功能，因此限制了聯(lián)機式指紋識別系統(tǒng)在許多方面的應用。
獨立式指紋識別系統(tǒng)是把指紋采集器和工控機或小型的PC機模塊以及控制電路結(jié)合在一起的系統(tǒng)體系結(jié)構。前端的設備可以在沒有與計算機連接的狀態(tài)下也能獨立的進行指紋采集、識別處理以及給出相應的控制信號，也可以通過和計算機連接，進行少量的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)后臺計算機的調(diào)度與管理。它的不足之處在于容量有限、識別速度低等方面，由圖1可見。
嵌入式指紋識別系統(tǒng)是指紋采集芯片和固化了復雜指紋算法的嵌入式微處理器相結(jié)合構成的識別系統(tǒng)，是一個相對獨立的完整系統(tǒng)。它不需要連接計算機或其他設備就可以獨立地完成設計的功能。嵌入式系統(tǒng)的核心式嵌入式指紋處理模塊。和其他的系統(tǒng)體系結(jié)構相比，嵌入式系統(tǒng)具有安全性好、體積小、可靠性高等特點，已成為近年來民用產(chǎn)品指紋識別設備的重點發(fā)展趨勢。
嵌入式指紋識別模塊主要由嵌入式指紋比對識別算法、嵌入式處理芯片、指紋采集芯片、嵌入式指紋數(shù)據(jù)庫等部分組成。
評估嵌入式指紋識別模塊性能的指標主要有拒登率、拒真率、認假率、比對速度、登記處理速度等、功耗、體積等。
它的工作原理是由上位機通過協(xié)議來控制模塊進行多種方式的指紋圖像采集、拼接、處理和比對，以及模塊內(nèi)指紋庫的相關管理操作。模塊的技術要素分兩部分，軟件技術部分和硬件技術部分。軟件技術部分包括指紋算法、指紋采集芯片的控制和實現(xiàn)與上位機通訊的協(xié)議；硬件技術部分構建軟件的運行平臺。
目前，評估一個反應嵌入式指紋識別模塊技術水平有如下一些方面算法比對識別算法不但要跟上指紋比對識別技術的飛速發(fā)展，也有能力不斷的升級換代指紋比對識別算法；活體指紋采集該項技術能判斷手指的一些活體生命特征，如真皮層特性、血流分布、脈搏、微循環(huán)等，可以進一步的提高防偽辨?zhèn)文芰?，能有效地杜絕假手指作弊的情況。一般，半導體指紋采集器具有手指活體判斷功能，而光學的指紋采集器沒有該項功能。
平面式和滑動式指紋采集平面式采集體積一般比較大，成本較高，成像的指紋圖像面積較大，對指紋比對識別算法的要求較低。而滑動式指紋采集的體積很小，相對的成本低，成像的指紋圖像面積較小，需要指紋比對識別算法進行指紋圖像的二次拼接，對指紋比對識別算法的要求特別高。
滑動采集角度該指標表示了模塊對手指采集過程的適應性情況，對核心算法的要求較高。支持手指滑動采集角度的模塊能適應更多的人群，更多的應用場合和更廣泛的應用范圍。
嵌入式處理芯片DSP處理芯片的計算能力比較強勁，能給算法提供較好的資源支持，但通用性很差，而且DSP芯片的控制功能較弱，不能應用在許多便攜式設備上。隨著ARM處理芯片的發(fā)展，ARM處理芯片的控制能力很強，通用性很好，可以很方便的單獨形成一個系統(tǒng)，鑒于此，一些有研發(fā)能力的公司的模塊逐漸以用ARM處理芯片代替DSP處理芯片。
下表是國內(nèi)外嵌入式指紋比對識別模塊的主要公司的情況對比


由以上可見上述產(chǎn)品都沒有考慮及實現(xiàn)指紋滑動采集角度指標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術問題是提供了一種嵌入式滑動指紋采集識別模塊，旨在解決上述的缺陷。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的本發(fā)明包括一個嵌入式處理芯片，一個FLASH(閃存)；還包括一個指紋采集芯片和一個SDRAM存儲器；當通電后，將程序從Flash中映射到SDRAM存儲器中運行，并初始化指紋采集芯片，進入等待命令的低功耗狀態(tài)；當嵌入式處理芯片接受到指紋登記、比對等協(xié)議命令，控制指紋采集芯片檢測并采集用戶的指紋圖像，并將指紋圖像數(shù)據(jù)傳給嵌入式處理芯片；通過處理與Flash內(nèi)的指紋數(shù)據(jù)庫進行比對，以得出比對通過或不通過的結(jié)果。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)了指紋活體采集，無殘留，體積小，成本低，功耗低，速度快，適用于處理包括干、濕、臟、褪皮、刀痕等各種手指，廣泛適用于不同年齡、性別、職業(yè)的手指；拒真率＜0.1％，認假率＜0.001％，識別速度＜10mS/枚，功耗＜1uA(待機狀態(tài))、＜50mA(工作狀態(tài))，采集芯片尺寸為13.8mm×5mm×1.3mm。


圖1是現(xiàn)有技術的框圖；圖2是本發(fā)明的框圖；具體實施方式
下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述由圖2可見本發(fā)明包括一個嵌入式處理芯片，一個FLASH(閃存)；還包括一個指紋采集芯片和一個SDRAM存儲器；當通電后，將程序從Flash中映射到SDRAM存儲器中運行，并初始化指紋采集芯片，進入等待命令的低功耗狀態(tài)；當嵌入式處理芯片接受到指紋登記、比對等協(xié)議命令，控制指紋采集芯片檢測并采集用戶的指紋圖像，并將指紋圖像數(shù)據(jù)傳給嵌入式處理芯片；通過處理與Flash內(nèi)的指紋數(shù)據(jù)庫進行比對，以得出比對通過或不通過的結(jié)果；所述的嵌入式處理芯片可以是DSP或ARM；所述的指紋采集芯片是滑動式指紋采集芯片；所述的通過嵌入式處理芯片處理是通過旋轉(zhuǎn)角度拼接而實現(xiàn)了指紋滑動采集中和旋轉(zhuǎn)角度無關的步驟；本發(fā)明的嵌入式處理芯片還可以通過UART接口與PC機相連，用以控制嵌入式處理芯片的輸入和輸出。
本發(fā)明通電后，嵌入式處理芯片(DSP或ARM)先自動完成模塊的初始化工作，將程序從Flash中映射到速度較快的SDRAM內(nèi)存中運行，并初始化指紋采集芯片，然后進入等待命令的低功耗狀態(tài)。
一旦嵌入式處理芯片接受到PC機通過UART接口發(fā)來的指紋登記、比對等協(xié)議命令，嵌入式處理芯片會根據(jù)命令的需要打開指紋采集芯片(平面式或滑動式)，控制指紋采集芯片檢測并采集用戶的指紋圖像，然后將指紋圖像數(shù)據(jù)傳給嵌入式處理芯片，嵌入式處理芯片接受到用戶的指紋圖像后，進行指紋圖像的處理(對滑動式指紋圖像還需要進行指紋圖像的拼接)，提取出該指紋的特征值，和Flash內(nèi)的指紋數(shù)據(jù)庫進行比對，得出比對通過或不通過的結(jié)果，然后將比對結(jié)果再通過UART接口傳給PC機，完成這次的命令并再次處于等待命令的低功耗狀態(tài)。
關于滑動采集角度，由于手指在滑動采集指紋的過程中難免會有或多或少的偏轉(zhuǎn)，通過算法技術，將旋轉(zhuǎn)角度檢測和旋轉(zhuǎn)角度拼接實現(xiàn)了指紋滑動采集中和旋轉(zhuǎn)角度無關的問題。
下表是測試結(jié)果


由上述對比結(jié)果可見，我們將滑動采集技術與指紋識別技術組合制成嵌入式指紋模塊，采用了指紋圖像的區(qū)域相關重構技術，自適應增強、多級遞階、隨機優(yōu)化、模糊比對等指紋識別等技術，使整個模塊靈敏、可靠。
權利要求
1.一種嵌入式滑動指紋采集識別模塊，包括一個嵌入式處理芯片，一個FLASH(閃存)；其特征在于還包括一個指紋采集芯片和一個SDRAM存儲器；當通電后，將程序從Flash中映射到SDRAM存儲器中運行，并初始化指紋采集芯片，進入等待命令的低功耗狀態(tài)；當嵌入式處理芯片接受到指紋登記、比對等協(xié)議命令，控制指紋采集芯片檢測并采集用戶的指紋圖像，并將指紋圖像數(shù)據(jù)傳給嵌入式處理芯片；通過處理與Flash內(nèi)的指紋數(shù)據(jù)庫進行比對，以得出比對通過或不通過的結(jié)果。
2.根據(jù)權利要求1所述的嵌入式滑動指紋采集識別模塊，其特征在于所述的嵌入式處理芯片可以是DSP或ARM；所述的指紋采集芯片是滑動式指紋采集芯片；所述的通過嵌入式處理芯片處理是通過旋轉(zhuǎn)角度拼接而實現(xiàn)了指紋滑動采集中和旋轉(zhuǎn)角度無關的步驟。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的嵌入式滑動指紋采集識別模塊，其特征在于所述的嵌入式處理芯片還可以通過UART接口與PC機相連，用以控制嵌入式處理芯片的輸入和輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種嵌入式滑動指紋采集識別模塊，包括一個嵌入式處理芯片，一個FLASH(閃存)；還包括一個指紋采集芯片和一個SDRAM存儲器；當通電后，將程序從Flash中映射到SDRAM存儲器中運行，并初始化指紋采集芯片，進入等待命令的低功耗狀態(tài)；當嵌入式處理芯片接受到指紋登記、比對等協(xié)議命令，控制指紋采集芯片檢測并采集用戶的指紋圖像，并將指紋圖像數(shù)據(jù)傳給嵌入式處理芯片；通過處理與Flash內(nèi)的指紋數(shù)據(jù)庫進行比對，以得出比對通過或不通過的結(jié)果；有益效果是實現(xiàn)了指紋活體采集，無殘留，體積小，成本低，功耗低，速度快，適用于處理包括干、濕、臟、褪皮、刀痕等各種手指，廣泛適用于不同年齡、性別、職業(yè)的手指。
文檔編號G06K9/00GK1825338SQ200510024069
公開日2006年8月30日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權日2005年2月25日
發(fā)明者馮松濤, 楊前邦 申請人:上海品偉數(shù)碼科技有限公司