Автоматизированные системы идентификации по отпечаткам пальцев: принципы работы и применение

Автоматизированная система идентификации по отпечаткам пальцев — Модули и применение

Введение в систему идентификации по отпечаткам пальцев

Система идентификации по отпечаткам пальцев или дактилоскопия — это уникальный процесс идентификации путем сравнения отпечатков пальцев отдельных лиц. Она использует тот факт, что у никаких двух людей нет похожих узоров пальцев. Это один из широко используемых методов получения данных о человеке и простой и удобный способ идентификации личности.

Рисунок 1: Типы отпечатков пальцев

Кожа каждого человеческого пальца имеет узор темных линий (папиллярных линий) вместе с белыми линиями (долинами) между ними. Точки, где меняется структура папиллярной линии, называются Мynuциа. У каждого пальца свой узор папиллярных линий. Эти узоры могут быть Дугами (где линии входят и выходят по одной стороне), Петлями (где линии входят с одной стороны и выходят с другой) и Вихрями (круги или смеси разных узоров).

Отпечатки пальцев можно получить с помощью двух методов — Химический и Автоматический идентификационный метод

В первом случае поверхность распыляется различными химикатами, такими как Цианоакрилат, Нитрин, Магнитный порошок и т.д., а затем узоры отпечатков пальцев можно снять с помощью прозрачной ленты. Во втором случае изображения отпечатков пальцев получаются с помощью различных датчиков, таких как Емкостные датчики (получают значение пикселя на основе емкости папиллярных линий), Оптические сканеры (используют призмы для обнаружения изменения отражения света каждой папиллярной линией или долиной) и Термические сканеры (измеряют разницу температур во времени для создания цифрового изображения).

• Также читайте: Различные типы систем проводки и методы электроустановки

Цифровая обработка изображений в системе идентификации по отпечаткам пальцев

Основные шаги цифровой обработки изображений в идентификации по отпечаткам пальцев включают получение, хранение и анализ данных отпечатков пальцев.

Первый шаг включает получение изображений отпечатков пальцев с различных датчиков — Оптический или Емкостный датчик. Заряженное связанное устройство (CCD), присутствующее в оптическом сканере, состоит из светочувствительных диодов, которые излучают электрические сигналы при освещении. Эти крошечные точки, когда попадают в целевую точку, формируют пиксели, а массив пикселей формирует изображение. После того как палец помещен на монитор, изображение получается путем освещения папиллярных линий пальца.

Второй шаг включает хранение и обработку изображений с использованием следующих шагов.

• Сегментация изображения: Включает удаление нежелательных признаков из полученного изображения. Процедура — Пороговое преобразование, при котором пиксели, имеющие интенсивность (значение серого уровня) больше определенного порога, учитываются, а те, что имеют интенсивность меньше порогового значения, удаляются.
• Нормализация изображения: Включает получение единого узора интенсивности для всего изображения. Это делается для того, чтобы пиксели изображения находились в желаемом диапазоне серых значений.
• Ориентация изображения: Изображение формируется путем вычисления ориентации в каждой точке. Ориентация, в свою очередь, определяется вычислением среднего значения вектора, ортогонального градиенту каждого пикселя в направлениях X и Y.
• Фильтрация изображения: Включает использование различных техник, таких как фильтры Габора или Батерворта, для удаления нежелательного шума.
• Бинаризация изображения: Включает преобразование отфильтрованного изображения в бинарное с использованием пороговой техники для улучшения контраста. Используется глобальная пороговая техника, при которой значение пикселя больше порога устанавливается в 1, а меньше порога — в 0.
• Утончение изображения: Выполняется для сохранения связности папиллярных линий и включает удаление передних пикселей.

Третий шаг включает анализ изображений путем извлечения деталей минуций из обработанного изображения и последующего сравнения этих деталей с уже сохраненными шаблонами. Это достигается путем вычисления числа пересечений (половина суммы разностей) между парой пикселей в восьмисвязной окрестности. Это дает уникальную идентификацию для каждой характеристики отпечатка пальца.

Модули отпечатков пальцев

Для реализации идентификации по отпечаткам пальцев с использованием микроконтроллера можно использовать два типа модулей отпечатков пальцев — SM630 и R305.

Давайте кратко рассмотрим оба.

а. R305:

Рисунок 2: Сканер отпечатков пальцев R305

• Подробнее: Arduino Serial: Последовательная связь Arduino

Это 4-выводный модуль, совместимый с ТТЛ (Transistor-Transistor Logic), который общается с микроконтроллером через последовательный UART. Пока вывод TD соединяется с выводом RXD микроконтроллера, вывод RD соединяется с выводом TXD микроконтроллера. Он поддерживает полудуплексную асинхронную последовательную связь со скоростью по умолчанию 57600 бод (допустимая скорость может быть от 9600 до 115200 бод).

Передаваемый кадр представляет собой 10-битный кадр с низкоуровневым стартовым битом, 8-битной командой или данными и стоп-битом. После включения питания для инициализации требуется около 500 миллисекунд. Системные ресурсы состоят из 512 байт памяти, выделенной как блокнот, и двух 512-байтовых символьных файловых буферов.

б. SM630:

Рисунок 3: Сканер отпечатков пальцев SM630

• Также читайте: USB мини-вентилятор (самодельный, очень простой, с использованием мотора вентилятора 12В от ПК)

Он похож на R305 по конфигурации выводов и используемому методу связи. Уникальные особенности включают саморразработанный алгоритм отпечатков пальцев, механизм самоподстройки параметров, низкую стоимость и потребление энергии, простоту использования и переносимый интегрированный дизайн. Состоит из 768 шаблонов отпечатков пальцев.

Здесь мы собираемся использовать датчик отпечатков пальцев Sunrom R305, подключенный к интерфейсной плате 1125. Она состоит из трех кнопок — ADD, EMPTY и SEARCH. Можно использовать либо эти кнопки, либо отправлять внешние команды на плату от микроконтроллера.

В приведенной ниже схеме мы подключаем плату датчика отпечатков пальцев к микроконтроллеру 8051, AT89S51, через последовательную связь. Результат процесса идентификации отображается на ЖК-дисплее.

После отправки команды ADD от микроконтроллера отпечаток пальца добавляется в базу данных, и соответствующий ID отправляется обратно микроконтроллеру и отображается на ЖК-дисплее. В случае ошибки отправляется код (0xFF) и сообщение об ошибке отображается на ЖК-дисплее.

После отправки команды EMPTY от микроконтроллера все добавленные отпечатки пальцев удаляются из базы данных. Код ответа 0xCC указывает на успешное выполнение, тогда как код ответа 0xFF указывает на ошибку.

После отправки команды SEARCH от микроконтроллера соответствующий совпавший ID отпечатка пальца отправляется как код ответа от микроконтроллера и ID отображается на ЖК-дисплее. В случае ошибки код ответа 0xFF отправляется обратно.

Применение системы идентификации по отпечаткам пальцев

1. Места преступлений: Основное применение системы идентификации по отпечаткам пальцев — выявление преступников, причастных к любому преступлению. Одним из первостепенных доказательств, искомых на местах преступлений, являются отпечатки пальцев на найденных предметах. Это помогает находить преступников по отпечаткам пальцев.
2. Организации: Этот метод используется для идентификации членов организации на основе их уникального идентификационного номера. Это гарантирует, что только уполномоченные лица могут входить в охраняемую зону организации, а не посторонние. Он также учитывает посещаемость отдельного лица и время пребывания внутри помещения.
3. Продовольственные магазины: Этот метод полезен для распознавания и выставления счета уже зарегистрированной кредитной или дебетовой карты пользователя.

Вы также можете прочитать:

• Программирование Arduino: Что такое Arduino и как его запрограммировать?
• Расчет освещения в здании – Пошагово
• Предохранитель и типы предохранителей