自動指紋識別システムとは何ですか？どのように機能しますか？

自動指紋識別システム–モジュールとアプリケーション

指紋識別システムの概要

指紋識別システムまたはDactyloscopyは、個人の指紋の印象を比較することによる識別のユニークなプロセスです 。それは、2人の個人が同じような指のパターンを持っていないという事実を使用しました。これは、人物の詳細を取得するために広く使用されている手法の1つであり、人物を識別するための簡単で便利な方法です。

図1：指紋の種類

すべての人間の指の皮膚には、暗い線（尾根）と白い線（谷）のパターンがあります。尾根の構造が変化するポイントは、マニューシャエとして知られています。人間の指はそれぞれ異なる隆起パターンを持っています。これらのパターンには、アーチ（尾根が同じ側に出入りする場所）、ループ（尾根が一方の側に出入りする場所）、渦巻き（異なるパターンの円または混合物）があります。

指紋は、化学的方法と自動識別方法の2つの方法を使用して取得できます

前者では、表面にシアノアクリレート、ニンヒドリン、磁性粉末などのさまざまな化学物質をスプレーし、透明なテープを使用して指紋パターンを持ち上げることができます。後者の場合、指紋画像は、容量センサー（指紋の尾根の静電容量に基づいてピクセル値を取得）、光学スキャナー（プリズムを使用して各尾根または谷による光の反射率の変化を検出）、熱スキャナー（各尾根または谷による光の反射率の変化を検出）などのさまざまなセンサーによって取得されます。時間の経過に伴う温度差を測定して、デジタル画像を作成します。

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指紋識別システムでのデジタル画像処理

指紋認証でのデジタル画像処理の基本的な手順には、指紋データの取得、保存、分析が含まれます。

最初のステップでは、光学センサーや静電容量センサーなどのさまざまなセンサーから指紋画像を取得します。光スキャナーに存在する電荷結合デバイスは、照射されると電気信号を放出する感光性ダイオードで構成されています。ターゲットスポットに当たったときのこれらの小さな点がピクセルを形成し、ピクセルの配列が画像を形成します。指をモニターに置くと、指の尾根を照らすことで画像が取得されます。

2番目のステップでは、以下の手順を使用して画像を保存および処理します。

• 画像セグメンテーション ：取得した画像から不要な特徴を削除します。続く手順はしきい値処理であり、特定のしきい値よりも大きい強度（グレーレベル値）を持つピクセルが考慮され、しきい値よりも小さい強度を持つピクセルは削除または削除されます。
• 画像の正規化 ：画像全体で均一な強度パターンを取得する必要があります。これは、画像のピクセルがグレー値の望ましい範囲になるように行われます
• 画像の向き ：各点の向きを計算して画像を作成します。次に、方向は、XおよびY方向の各ピクセルの勾配に直交するベクトルの平均を計算することによって決定されます。
• 画像フィルタリング ：これには、Gaborやバターワースフィルターなどのさまざまな手法を使用して、不要なノイズを除去することが含まれます。
• 画像の二値化 ：これには、コントラストを改善するために、しきい値処理技術を使用してフィルタリングされた画像をバイナリ画像に変換することが含まれます。これは、しきい値より大きいピクセル値が1に設定され、しきい値より小さいピクセル値が0に設定されるグローバルしきい値処理技術を利用します。
• 画像を間引く ：これは、尾根の接続を維持するために行われ、前景のピクセルを削除する必要があります。

3番目のステップでは、処理された画像から細部を抽出し、これらの詳細を既に保存されているテンプレートの詳細と比較することにより、画像を分析します。これは、8つの接続された近傍のピクセルのペア間の交差数（差の合計の半分）を計算することによって実現されます。これにより、指紋の各特性を一意に識別できます。

指紋モジュール

マイクロコントローラーを使用して指紋識別を実現するには、2種類の指紋モジュールを使用できます– SM630 およびR305 。

2つについて簡単に説明します。

a。 R305 ：

図2：R305指紋スキャナー

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これは4ピンのトランジスタトランジスタロジック（TTL）互換モジュールであり、シリアルUART通信を介してマイクロコントローラと通信します。TDピンはマイクロコントローラのRXDピンに接続します。RDピンはマイクロコントローラのTXDピンに接続します。デフォルトのボーレートが57600bpsの半二重非同期シリアル通信をサポートします（許容可能なボーレートは9600〜115200bpsです）。

転送されるフレームは、低レベルのスタートビット、8ビットのコマンドまたはデータとストップビットを備えた10ビットのフレームです。電源を入れると、初期化に約500ミリ秒かかります。システムリソースは、メモ帳として設定された512バイトのメモリと2つの512バイトの文字ファイルバッファで構成されています。

b。 SM630 ：

図3：SM630指紋スキャナー

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ピン構成と使用される通信技術の点でR305に似ています。独自の機能には、自己開発の指紋アルゴリズム、自己適応型パラメータ調整メカニズム、低コストと消費電力、使いやすさ、ポータブルな統合設計などがあります。 768個の指紋テンプレートで構成されています。

ここでは、インターフェースボード1125に接続されたSunromのR305指紋センサーを使用します。これは、[追加]、[空]、[検索]の3つのボタンで構成されています。これらのボタンを使用するか、マイクロコントローラーから外部コマンドをボードに送信することができます。

以下の回路では、指紋センサーボードをシリアル通信を介して8051マイクロコントローラーAT89S51に接続します。識別プロセスの結果はLCDに表示されます。

マイクロコントローラーからADDコマンドが送信されると、フィンガープリントがデータベースに追加され、対応するIDがマイクロコントローラーに返送されてLCDに表示されます。エラーが発生した場合は、コード（0xFF）が送信され、エラーメッセージがLCDに表示されます。

マイクロコントローラーからEMPTYコマンドが送信されると、追加されたすべてのフィンガープリントがデータベースから削除されます。応答コード0xCCは実行が成功したことを示し、応答コード0xFFはエラーを示します。

マイクロコントローラーからSEARCHコマンドが送信されると、指紋に対応する一致したIDがマイクロコントローラーからの応答コードとして送信され、IDがLCDに表示されます。エラーが発生した場合は、0xFFの応答コードが返送されます。

指紋識別システムのアプリケーション

1. 犯罪現場：指紋識別システムの主な用途 犯罪に関与している犯罪者を特定することです。犯罪現場から検索された最も重要な証拠の1つは、見つかったアイテムの指紋です。これは、指紋に基づいて犯罪者を見つけるのに役立ちます。
2. 組織：この手法は、一意のID番号に基づいて組織のメンバーを識別するために使用されます。これにより、許可された人だけが組織の安全な領域に入ることができ、侵入者は入ることができなくなります。また、個人の出席とその場所で過ごした時間をカウントします。
3. 食料品店：この手法は、すでに登録されているユーザーのクレジットカードまたはデビットカードを認識して請求するのに役立ちます。

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