基于单片机的隐形指纹识别系统.docx

摘要随着科技的飞速发展，人们的安全意识也越来越强，在隐私、财产安全的问题上，提出了许许多多的解决方案。在众多方案中，人们运用的最多的就是指纹识别。因为指纹具有唯一性以及终生不变性，因此得到了大量关注而飞速发展。而随着发展，手机的屏幕也越来越大，势必影响着手机的体积，更影响着部分人的使用体验。因而如何使得在手机体积不变的情况下，屏幕可以达到最大值成为了困扰各大厂商的问题。在此基础上，厂商提出了全面屏的方案，给此问题带来了最好的解决方案。而实现全面屏其中一个问题就是如何避免在屏幕上开孔，屏幕下面去识别人们的指纹方法。当今社会，在市场上的屏幕之下的辨别指纹方式主要有这几种：电容发辨别指纹、光线辨别指纹还有就是用超声波来辨别指纹。而手机的屏占比例也因此会得到显著升高，从而将促进全面屏时代的到来。本文将对超声波指纹识别技术进行讨论与探究。本次将使用STM32单片机作为主控进行模拟，意在提高指纹识别精度以及识别时间，改善目前超声波指纹识别反应慢以及精度略有不足的情况。此系统中，将利用算法通过计算声波的反射时间形成指纹图像，从而达到指纹识别的目的。关键词：超声波屏下指纹识别技术AbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,eople,ssafetyconsciousnessisbecomingmoreandmorestrong,ontheissueofprivacypropertysecurity,putforwardmanysolutionsinmanyscheme,peopleusemostisfingerprintidentificationforfingerprintuniquenessandinvarianceforlife,sogotalotofattentionandrapiddevelopmentandwiththedevelopmentofmobilephonescreenisbecomingmoreandmorebig,isboundtoaffectthevolumeofacellphone,moreinfluenceontheuseofsomeexperienceandhowtomakethephoneundertheconditionofconstantvolume,thescreencanachievemaximumhasbecomeaseriousproblemsinthemajormanufacturers.Manufacturersputforwardonthisbasis,thefullscreen,broughtthebestsolutiontothisproblemandachievefullscreenoneoftheproblemsishowtoavoidtheholeonthescreen,thevendorandputsforwardthescreenofthefingerprintidentificationschemeunderthescreenofthefingerprintrecognitiononmarketatpresenttherearethreemaintypes:opticalfingerprintcapacitivefingerprintrecognitionandfingerprintidentificationimprovedunderultrasonicfingerprintscreenscreenproportion,tofurtherpromotethedevelopmentofthefullscreenonrealsignificancethisarticlewilldiscusstheultrasonicfingerprintidentificationtechnologyandexplore.Thistime,STM32single-chipmicrocomputerwillbeusedasthemaincontrolforsimulation,inordertoimprovethefingerprintidentificationaccuracyandidentificationtime,improvethecurrentultrasonicfingerprintidentificationresponseslowandslightlyinsufficientaccuracyofthesituationinthissystem,willusethealgorithmbycalculatingthereflectiontimeofthesoundwavetoformafingerprintimage,soastoachievethepurposeoffingerprintidentification.KeyWordszUltrasonicUnderglass第一章概述1.1 课题研究的背景与意义11.1.1 超声波屏下指纹识别研究的背景与意义11.1.2 超声波指纹识别技术11.2 国内外研究现状21.3 超声波指纹识别技术的优势31.3.1 光学屏下指纹识别技术41.3.2 电容式屏下指纹识别技术41.3.3 超声波屏下指纹识别技术4第二章系统设计52.1 系统设计52.1.1 指纹采集模块72.1.2 指纹处理模块72.1.3 用户交互模块72.2 工作流程82.3 控制模块9第三章指纹采集H3.1 传感器简介Il3.1.1 传感器简介113.1.2 传感器数学模型123.2 指纹传感器133.3 指纹采集133.4 指纹图像处理15第四章实时操作系统174.1 开发环境简介174.1.1 项目管理功能174.1.2 集成功能174.1.3 编辑器184.1.4 常用的调试命令184.1.5 常用的调试方式184.2 操作系统移植194.2.1 任务调度194.2.2 任务管理194.2.3 时间管理194.2.4 任务间的通信与同步194.2.5 内存管理194.3 操作系统移植中用C语言改写的文件214.4 超声波屏下指纹识别22第五章总结25参考文献27致谢29第一章概述1.1 课题研究的背景与意义1.1.1 超声波屏下指纹识别研究的背景与意义指纹识别作为最安全、成本最低的生物识别技术，目前依旧是无可取代的。而在如今手机全面屏大为火热的情况下，如何避免在屏幕上开孔成为了一个难题。以苹果为代表的部分曾以3D识别技术，通过结构光构建人脸模型进行识别的厂商，但是此方案对环境要求较高，方案提出初级受到了大量的质疑。因此有设计师提出了背部指纹识别的方案，但是背部指纹识别其本质也是在机体上开孔，无法避免受灰尘、污渍影响，并且有部分消费者认为背部指纹识别破坏了手机的整体美观。在此背景下，有设计师提出了屏下指纹识别作为解决方案。搭载了屏下指纹识别系统的手机一经推出，立刻受到了大量好评。屏下指纹识别技术既保证了屏幕的完整性，又符合绝大多数的用户使用习惯，因此可以得出屏下指纹识别技术才是全面屏迅速发展的新的增长点，并且将逐步成为全面屏的标准配置。本次研究主要是以第三代超声波指纹识别技术为主要研究对象，进行屏下指纹的探讨以及研究。在目前开放的技术基础上进行研究以及作方案设想。1.1.2 超声波指纹识别技术从2015年起高通将超声波的指纹辨别技术SENSEID3D识别指纹的技术在世界上各大移动设备上普及，手机厂商们逐渐将屏幕下方的辨别指纹技术发展起来。有光学达到识别指纹的目的是用光线去“照射”人们指纹的纹理从而发生光线探测出来，用电容式的辨别指纹方式是运用指纹的传感器与手指的纹路产生的汗液或者电解液从而形成的指纹图像这两种都或多或少会受到材料、污渍的影响，而超声波则不会存在这样的问题。由于超声波指纹识别技术的特点就是具有较强的穿透性，能够穿透玻璃、铝、不锈钢等材质的阻碍物进行指纹识别，因此手机无需在屏幕上开孔，可以直接将指纹模块置于手机内部，减少屏幕占用。超声波可以准确的识别各种材料，并且可以透过屏幕进行精确度较高的扫描指纹。在此背景下，可见超声波指纹识别技术必定会成为移动端生物识别技术的主流，若超声波指纹识别技术完全成熟的情况下，其产品无论从美观、安全、解锁速度上都会比电容式以及光学指纹识别技术强大许多，也会使得其产品更受用户欢迎。用于身份识别的生物特征，必须具有唯一性和稳定性的性质。研究和经验表明，人的多个生物识别特征都与其他个体不同，如：声誉、指纹面部、瞳孔等，且一辈子都不会发生大的变化，所以就能为这种方式辨别出来人们的特征信息，身份。而可以以此为基础，人们逐渐发明了面部识别、人声识别以及包括目前研究的指纹识别等许许多多的身份识别的技术，随着社会的发展这些技术都已经非常的成熟了。还有一些日常市面上存在的身份识别技术和性能，以及各种识别准确率比较图如下表所示：类型识别可靠度可否1:1比对可否1.N比对采集设备价格采集设备体积指纹很好是是较低很小虹膜很好是是高较大视网膜很好是是高较大掌纹较好是否较高中等面部般是否低较小声音一般是否较低很小图IT不同生物特征识别技术比较本次将使用STM32单片机作为主控进行模拟，意在提高指纹识别精度以及识别时间，改善目前超声波指纹识别反应慢以及精度略有不足的情况。此系统中，将利用算法通过计算声波的反射时间形成指纹图像，从而达到指纹识别的目的。1.2 国内外研究现状1.2.1 指纹识别系统现状简述根据国际生物识别组织IBG（国际生物识别组织）发布的表格，该图表显示了2007-2012年生物识别产业的总收入（图1.1）,可以看出生物识别市场非常庞大，并将在接下来的几年中存在年份。随着持续稳定的增长，到2012年产品销售额将达到74亿美元3。生物特征识别是最有效的对生物个体身份识别的途径，因此生物特征识别技术将在市场份额的占比中越来越大，并随着计算机及嵌入式技术的进步，在近代得到了迅猛的发展。特别是在“9.11”事件之后，美国与第一和解。由于提高了安全意识，一些欧洲国家已开始大力支持和开发该技术。超声波指纹识别技术名称为SnapdragonSenseID,这是一种通过超声波扫描指纹，形成3D指纹模型图，光学指纹识别则是通过光线反射探测指纹回路，电容式指纹识别则是通过利用指纹sensor与导电的皮下电解液形成电场而实现指纹图像的扫描，这两种都或多或少会受到材料、污渍的影响，而超声波则不会存在这样的问题。超声波可以准确的识别各种材料，并且可以透过屏幕进行精确度较高的扫描指纹，在全面屏越来越火热的现在，无疑是相当受各大厂商的欢迎的。但是超声波指纹识别的确具有高精度、高安全性的特点，由于超声波本身可以穿透大部分材料，因此用作屏下指纹识别的确有很大的优势。但是由于算法、硬件的不成熟，超声波指纹识别技术仍存在或多或少的问题。例如三星手机多款手机前段时间被中国银行禁用指纹支付。原因就是其超声波指纹方案存在重大缺陷，其可以在隔着一层TPU薄膜的情况下被未录入指纹的手指解锁。目前，超声波指纹识别算法的研究重点和难点可以概括为三个方面：各种噪声定位特征的比较和图像的失真。尽管指纹识别技术需要改进，但已在应用程序和市场中得到广泛认可。目前指纹识别技术进步为了非常成熟的辨别生物的识别技术，从设备上来讲，指纹识别系统可以分为网络系统和集成系统。信息技术使在线指纹识别系统的