因为具有其持久性和唯一性，指纹被广泛运用在个人身份辨认体系。指纹辨认在全世界范围内的广泛运用，不仅为防备违法，一起也作为处理个人业务和信息安全的一个关键技能。
在指纹辨认技能范畴，欧美国家在研讨和开发中处于领先地位。美国ZK Software 在1992 年就发布了ZKFinger 1.0 版，2008 年发布了ZKTime7.0、ADMS 解决方案、指纹锁、集成具有美国联邦政府推出的FIPS201 认证的Lumidign 和Secugen指纹仪；法国Segam 公司，是安全解决方案的商场领导者之一，有遍及5 大洲超越85 个分公司和分支机构，其出产的集成体系布置在100 多个国家和地区。亚洲在指纹辨认技能上较为先进的公司有：韩国现代、朝鲜的培富士、日本的NEC 等。
我国尽管在指纹辨认技能方面开展较晚，但现在也已有具有指纹辨认专用芯片研制出产和运用才能的企业，如杭州晟元芯片技能有限公司、国民技能股份有限公司等。
在指纹图画点评算法研讨范畴，Tabassi 等人经过提取指纹图画各子块的对比度和曲率特征点评指纹图画质量，但这种办法仅仅从指纹图画部分纹路进行剖析，不足以反映指纹图画大局信息；Hong 等人经过核算指纹图画每一图块指纹纹线笔直方向上的灰度方差点评指纹图画质量，它在图画噪声较大时并不能很好取得指纹图画的方向图，然后影响最终的点评作用。
文中选用一种指纹图画归纳点评算法，规划具有信息提示功用的指纹辨认体系，并将点评成果输出到显现屏，完结了进步指纹辨认成功率，让用户直观了解指纹收集的某个环节出现问题，以及怎么进行批改的意图。
1 指纹辨认体系硬件规划
1.1 嵌入式指纹收集体系组成
具有提示信息的指纹辨认设备包括处理器，体系结构图如图1 所示。处理器以不同的接口别离衔接LCD 汉字显现屏、指纹传感器、JTAG 调试接口、复位电路、外部SRAM 数据存储器、串口及USB 接口；电源办理模块为上述各部分中的芯片和电路供给电源办理。其间，汉字显现屏用来显现指纹图画初始点评的成果，提示用户手指的放置是否正确、若不正确怎么批改；指纹传感器用来获取手指的指纹图画信息；JTAG 调试接口用来与上位机衔接进行调试；复位电路用来初始化指纹辨认设备；FLASH 程序存储器用来存储指纹辨认设备运转的程序；外部SRAM 数据存储器用来存储指纹辨认设备运转进程中产生的暂时数据；串口和USB 接口用于与上位机的衔接通讯；安全操控器是指纹辨认设备的中心，操控指纹辨认设备的运转。
图1 指纹收集体系结构图
指纹专用芯片，是指内嵌指纹辨认技能的芯片产品，能够片上完结指纹的图画收集、特征提取、特征比对的芯片，使开发进程变得简略，开发者能够便利的完结指纹辨认的功用，一起芯片价格适中，利于遍及运用。
指纹专用芯片选用杭州晟元芯片技能有限公司出产的AS602 芯片，选用哈佛结构32 位RISC 处理器内核，内置专用DSP 指令集和加快器。其主要特色是具有SEA/RSA 加快引擎、内置存储器（Flash/OTP）、指纹处理加快器和专用算法软件。AS602 芯片主频高达128 MHz，内置128 KB 高速静态随机存储器（SRAM），嵌入了1 MB 大容量FLASH，64 kB ROM 和4 kB OTP ROM，并具有丰厚的对外接口：除了USB2.0 全速接口外，还具有3 组USART 接口、4 通道PWM接口、ISO7816 智能卡接口、APC 主接口、片上实时钟、对称算法引擎（SEA）加快器、RSA 加解密引擎、真随机数产生器（TRNG），以及51 路GPIO。
1.3 指纹收集传感器
FPC1011F 指纹传感器由152×200 个传感器阵列组成，每一个阵列是一个金属电极。放在传感面上的手指的对应点则作为别的一极，其作业原理是改动极板间隔的%&&&&&%式传感器，整个传感器（或其间的一部分）是经过读取感应器的指令来读取的，收集区域的巨细是由寄存器XSHIFT 和YSHIFT值的决议的。
FPC1011F 与处理器芯片的接口原理图如图2 所示。将AS602 的USART0 装备为SPI 形式。AS602 的61 脚作为时钟输出，60 脚作为数据主输出，衔接FPC1011F 的6 号脚；59脚作为数据主输入，衔接FPC1011F 的1 号脚。FPC1011F 4号引脚SPI_CK 与AS602 的61 脚衔接得到体系时钟。
图2 AS602 与FPC1011F 的接口原理图
将FPC1011F 的CPHA 和CPOL 别离置为0， 此刻FPC1011F 为从设备。指纹图画数据经过传感器输入FIFO.指纹收集经过查询办法，用rd_spidtat 指令不停地查询SPI_STATUS 寄存器的DA 状况是否为1。当SPI_STATUS 的DA状况为1 时，用rd_spidata 指令来读取FPC1011F 的FIFO 中的数据。
1.4 指纹图画点评状况显现模块
HS1602A LCD 是16×2 行，5×7 字符点阵液晶模块，其内部的字符产生器ROM 中自带数字和英文字母及一些特殊符号的字符库，尽管没有汉字，可是运用HS1602A 能够树立5×7 点阵自界说字库的特色，构成所需求的汉字点阵。HS1602A 与传感器芯片的接口原理图如图3 所示。
图3 AS602 与HS1602A LCD 显现屏模块接口原理图
2 指纹图画点评研讨与剖析
2.1 指纹图画点评流程
在指纹收集输入进程中，因为手指的指纹质量、安放方位及干湿状况等原因，都或许无法正确辨认指纹信息。为进步指纹辨认功率，先对收集的指纹信息进行点评。安全操控器对指纹图画进行指纹灰度图画隔点采样，指纹图画点方向图核算，指纹灰度图画的前、布景图别离，指纹远景图面积剖析，指纹图画质量剖析等图画处理进程，并对点评的成果用汉字进行显现。若点评不合格，依据显现信息，从头收集指纹图画信息，直到经过点评。体系作业流程图如图4 所示。
图4 体系作业流程图
2.2 指纹图画隔点采样
用隔点的办法对指纹灰度图画进行采样，隔点取得原始指纹灰度图画，在不改动指纹特征码的基础上削减数据收集量。
2.3 指纹灰度图画的前、布景别离
用点方向图标明所述隔点原始指纹灰度图画中每一像素点处的部分纹路走向，详细如下：
指纹图画是由部分平行的脊线和谷线构成的一种方向形式。经过指纹图画点方向图核算，可将指纹图画中的各个图画块划分为远景块或布景块。选用7×7 模板，基准点坐落模板中心，从水平方位开端每隔π/4 确认一个方向，界说I=1，2，3，4，对应0，π/4，2π/4，3π/4，π 四个方向。按公式（1）核算各个方向的灰度改变DI，比较DI，找到最小值，就代表该点的方向，见公式（1）：
式中，是沿I方向上点的灰度均值，f1（ik ， jk） 是I方向上点的灰度值。
图画的远景块是散布有指纹脊线的图画块，其余部分为布景块。将远景块设置为1，布景块设置为0，完结指纹灰度图画的前、布景图别离。详细如下：
1）运用公式（2）进行核算：
其间，f（i， j）为（i， j）点的灰度值；
为I方向上灰度值的累加和；Smax 为累加和值的上限值；Smin 为累和值的下限值。假如满意公式（2） 的条件，则当时点为远景点；不然为布景点。
2）依据小块内布景点的份额，判别各图画块是远景块或布景块。假如小块内布景点的数量超越阈值Tb，则以为该图画块归于布景块，不然为远景块。
2.4 指纹图画质量剖析
经过图画质量判别条件，比较质量点评参数Q 与阈值TQ.若Q ≤ TQ，阐明图画质量未到达要求，需求进行手指干/ 湿状况剖析，并在汉字显现屏上提示剖析成果；若Q 》TQ，阐明图片质量到达要求，但还需判别手指方位是否放置正确。详细如下：
1）依据该块内的各点是否大部分归于某一特定方向，判别一个远景图画块是否具有方向优势；
2）核算各图画块的方向，求出各块的方向直方图。假如具有某一个方向D 的像素数目超越预设值T1，则该块的优势方向被符号为D；
3）指纹图画的质量能够经过核算接连的优势方向区域占一切指纹远景图的份额进行描绘。采纳一种加权的办法，间隔参阅点越远的图画块，它所包括的信息越牢靠，其权值也就越高；
4）关于指纹远景图中的任一图画块xi，能够用公式具有接连优势方向块的权值与一切指纹远景块的权值之比来确认其图画质量；
q 为相对权值常数，xc为指纹远景质心，Q 为质量份额；
5）将指纹图画质量份额Q 与指纹图画质量点评的下限值TQ 进行比较，若Q 》TQ，标明指纹图画质量合格。若手指方位正确，则提示“指纹输入正确”，进行图画预处理；若手指方位有倾向，则对手指方位的倾向进行剖析，并显现相应的提示内容。
6）若Q ≤ TQ，标明指纹图画质量不合格，则进入手指干/ 湿状况剖析，依据剖析成果，提示手指的干/ 湿状况。
2.5 手指干/ 湿度剖析
依据指纹图画剖析，过干手指的指纹图画对比度较小，灰度较大；过湿手指的指纹图画对比度较小，灰度较小。手指干/ 湿度剖析算法要核算指纹图画的灰度均值和标准差。详细步骤如下：
1）别离核算每一个远景图画块的灰度均值m、各远景块一切像素的标准差δ、块内小于均值m 的一切像素的灰度均值μ；
2）求图画块的对比度Cd：
Cd = μ / δ （5）
若Cd 大于干图画块对比度阈值DTH1，则该图画块确以为干图画块；
3） 若Cd ≤ DTH1， 还需用图画块8 邻域中对比度最大值和最小值的差值Var（Cd） 与阈值DTH2 进行比较。假如Var（Cd）》 DTH 2，则将该图画块符号为干图画块；
4）核算一切干图画块占远景图画的份额，即为干度。假如干度超越阈值DTH3，则以为该手指过干，在汉字显现屏上提示用户手指过干；不然进行手指湿度剖析；
5）为剖析、核算手指湿度，引进湿度特征量：
Cs = μ / δ （6）
假如Cs 小于预设的阈值STH1，则符号该图画块为湿图画块；
6）计算一切湿图画块占远景图画的份额，即为湿度。若湿度超越湿图画块份额阈值STH2，则提示用户手指过湿。若湿度≤ STH2，则该指纹图画判定为低质量图画。
2.6 手指方位剖析
不管何种类型的指纹，其脊线都呈抛物线形，可经过剖析指纹图画中心区域是否存在一条较为完好的脊线来确认手指是否放偏。本文运用依据方向图的盯梢办法判别手指的放置方位是否正确。详细如下：
1）结构坐标系，以远景图的质心为原点，构建坐标系；
2）在x 轴的左半轴，挑选一个优势方向不为0 的图画块作为开始参阅位块；
3）依据块内的各点是否大部分归于某一特定方历来判别图画块的优势方向。若块优势方向为0，则从头挑选开始参阅位块；若块优势方向不为0，则依据当时图画块的方向，向右查找下一个图画块；
4）判别该图画块与前一个图画块的方向改变。假如图画块与前一个图画块的方向改变超越90°，标明当时图画块的方向产生骤变，依据脊线的接连性，将当时图画块的方向代替前一个图画块的方向，在此基础上查找下一个图画块；
5）若图画块的方向没超越90°，则还需判别是否查找到一条完好的脊线。
若找到完好的脊线，收集的指纹图画正确，在显现屏上提示输入正确，完毕指纹图画查找；不然，阐明当时图画块没有满足挨近x 轴的正半轴，还需持续查找下一个图画块；
6）判别x 轴的负半轴是否完结查找。若未查找完毕，则持续查找；若x 轴的负半轴现已完结查找，还需查找x 轴的正半轴；
7）查找x 轴的正半轴的办法与x 轴负半轴相似，方向相反。
假如查找到一条完好的脊线，则在显现屏上提示输入正确，完毕指纹图画查找；不然还需持续查找。假如从x 轴的正、负半轴都无法确认一条完好的脊线，则标明该指纹图画过偏，依照质心的方位提示用户，需从头收集指纹。
依据所选质心的方位和判别的成果，别离在信息提示显现屏上进行显现。
3 指纹信息的数字水印技能运用
具有指纹收集状况显现功用的指纹辨认仪可运用于多种场合，如依据指纹技能的门禁体系、交易体系、电子病历和电子处方的签名认证、银行内部办理、电子政务体系和企业内部工作体系等许多范畴。
完结电子病历（EMR） 是医院信息体系的一个重要研讨课题。运用本文规划的体系，已树立医疗机构的EMR 体系，如图5、图6 所示。
图5 EMR 体系指纹收集界面
图6 EMR 体系病号信息录入界面
XML 可在不同平台下进行数据交换。运用XML 言语将电子病历生成XML 文档，运用Rijindael 算法，加密、解密运用同一密钥。加密时，用密钥将明文加密后写入文档；解密后，将明文写入成果文件中。
部分电子病历的XML 文档：
图5 EMR 体系指纹收集界面
4 定论
文中规划的指纹辨认体系和指纹图画归纳点评算法，对指纹图画进行前、布景别离，对图画做出图画质量、图画有用面积巨细、手指干湿程度、手指方位倾向性的归纳剖析，完结人体指纹的收集和点评，便于指纹图画的后续处理。运用本文提出的指纹辨认体系和指纹图画归纳点评算法，在医疗体系树立了EMR 体系。在实践运用中，进步了指纹辨认的功率，具有很好的稳定性。
