Was ist ein automatisiertes Fingerabdruck-Identifikationssystem und wie funktioniert es?

Automatisiertes Fingerabdruck-Identifikationssystem – Module und Anwendungen

Einführung in das Fingerabdruck-Identifikationssystem

Das Fingerabdruck-Identifizierungssystem oder die Daktyloskopie ist ein einzigartiger Prozess der Identifizierung durch Vergleich der Fingerabdrücke von Personen . Es nutzte die Tatsache, dass keine zwei Personen ähnliche Fingermuster haben. Es ist eine der weit verbreiteten Techniken zum Erfassen von Details einer Person und eine einfache und bequeme Möglichkeit, eine Person zu identifizieren.

Abbildung 1:Arten von Fingerabdrücken

Jede menschliche Fingerhaut hat ein Muster aus dunklen Linien (Erhebungen) zusammen mit weißen Linien (Täler) dazwischen. Punkte, an denen sich die Struktur des Kamms ändert, werden als Minutien bezeichnet. Jeder menschliche Finger hat ein anderes Gratmuster. Diese Muster können Bögen (wo Rippen auf denselben Seiten ein- und austreten), Schleifen (wo Rippen auf einer Seite eintreten und auf einer anderen austreten) und Wirbel (Kreise oder Mischungen verschiedener Muster) sein

Fingerabdrücke können mit zwei Methoden erhalten werden – der chemischen und der automatischen Identifizierungsmethode

Bei Ersterem wird eine Oberfläche mit verschiedenen Chemikalien wie Cyanacrylat, Ninhydrin, Magnetpulver usw. besprüht und die Fingerabdruckmuster können dann mit einem durchsichtigen Klebeband abgehoben werden. Bei letzterem werden die Fingerabdruckbilder von verschiedenen Sensoren wie kapazitiven Sensoren (Pixelwert basierend auf der Kapazität der Fingerabdruckrippen erhalten), optischen Scannern (verwendet Prismen, um Änderungen der Lichtreflexion durch jede Rippe oder jedes Tal zu erkennen) und Thermoscanner ( misst Temperaturunterschiede im Laufe der Zeit, um ein digitales Bild zu erstellen).

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Digitale Bildverarbeitung im Fingerabdruck-Identifikationssystem

Die grundlegenden Schritte für die digitale Bildverarbeitung bei der Fingerabdruckidentifikation umfassen das Erfassen, Speichern und Analysieren der Fingerabdruckdaten.

Der erste Schritt beinhaltet das Erfassen von Fingerabdruckbildern von verschiedenen Sensoren wie – optischem oder kapazitivem Sensor. Die im optischen Scanner vorhandene ladungsgekoppelte Vorrichtung besteht aus lichtempfindlichen Dioden, die bei Beleuchtung elektrische Signale aussenden. Wenn diese winzigen Punkte auf einen Zielpunkt treffen, bilden sie die Pixel, und eine Anordnung von Pixeln bildet das Bild. Sobald der Finger auf den Monitor gelegt wird, wird das Bild erfasst, indem die Erhebungen des Fingers beleuchtet werden.

Der zweite Schritt beinhaltet das Speichern und Verarbeiten der Bilder mit den unten angegebenen Schritten.

• Bildsegmentierung :Es beinhaltet das Entfernen unerwünschter Merkmale aus dem erfassten Bild. Das folgende Verfahren ist Schwellwertbildung, wobei die Pixel mit einer Intensität (Graustufenwert) größer als ein bestimmter Schwellwert betrachtet werden, während diejenigen mit einer Intensität kleiner als der Schwellwert entfernt oder gelöscht werden
• Bildnormalisierung :Es geht darum, ein einheitliches Intensitätsmuster für das gesamte Bild zu erhalten. Dies geschieht, damit die Bildpixel in einem gewünschten Bereich von Grauwerten liegen
• Bildausrichtung :Das Bild wird durch Berechnung der Orientierung an jedem Punkt gebildet. Die Orientierung wird wiederum bestimmt, indem der Mittelwert des Vektors orthogonal zum Gradienten jedes Pixels in X- und Y-Richtung berechnet wird
• Bildfilterung :Hierbei werden verschiedene Techniken wie Gabor- oder Butterworth-Filter verwendet, um unerwünschtes Rauschen zu entfernen.
• Bildbinarisierung :Dies beinhaltet die Umwandlung des gefilterten Bildes in ein binäres Bild unter Verwendung einer Schwellwerttechnik, um den Kontrast zu verbessern. Es verwendet eine globale Schwellenwerttechnik, bei der ein Pixelwert, der größer als der Schwellenwert ist, auf 1 gesetzt wird und ein Pixelwert, der kleiner als der Schwellenwert ist, auf 0 gesetzt wird
• Bildausdünnung :Dies geschieht, um die Konnektivität der Grate beizubehalten, und beinhaltet das Eliminieren von Vordergrundpixeln.

Der dritte Schritt umfasst die Analyse der Bilder, indem Minutiendetails aus dem verarbeiteten Bild extrahiert und diese Details dann mit denen der bereits gespeicherten Vorlagen verglichen werden. Dies wird erreicht, indem die Kreuzungszahl (die Hälfte der Summe der Differenzen) zwischen einem Pixelpaar in einer achtverbundenen Nachbarschaft berechnet wird. Dies ergibt eine eindeutige Identifizierung für jedes Merkmal des Fingerabdrucks.

Fingerabdruckmodule

Um eine Fingerabdruckidentifikation mit einem Mikrocontroller zu erreichen, können zwei Arten von Fingerabdruckmodulen verwendet werden – SM630 und R305 .

Lassen Sie uns eine kurze Vorstellung über die beiden haben.

a. R305 :

Abbildung 2:R305-Fingerabdruckscanner

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Es ist ein 4-poliges, mit Transistor-Transistor-Logik (TTL) kompatibles Modul, das mit dem Mikrocontroller über serielle UART-Kommunikation kommuniziert. Während der TD-Pin mit dem RXD-Pin des Mikrocontrollers, RD, verbunden ist Pin verbindet sich mit dem TXD-Pin des Mikrocontrollers. Es unterstützt asynchrone serielle Semiduplex-Kommunikation mit einer Standard-Baudrate von 57600 bps (akzeptable Baudrate kann zwischen 9600 und 115200 bps liegen).

Der übertragene Frame ist ein 10-Bit-Frame mit einem Low-Level-Startbit, 8-Bit-Befehl oder Daten und Stoppbit. Nach dem Einschalten dauert die Initialisierung etwa 500 Millisekunden. Die Systemressourcen bestehen aus einem 512-Byte-Speicher, der als Notizblock eingerichtet ist, und zwei 512-Byte-Zeichendateipuffern.

b. SM630 :

Abbildung 3:SM630-Fingerabdruckscanner

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Es ähnelt R305 in Bezug auf die Pin-Konfiguration und die verwendete Kommunikationstechnik. Zu den einzigartigen Merkmalen gehören ein selbst entwickelter Fingerabdruckalgorithmus, ein selbstanpassender Parameteranpassungsmechanismus, niedrige Kosten und geringer Stromverbrauch, ein benutzerfreundliches und tragbares integriertes Design. Es besteht aus 768 Fingerabdruckvorlagen.

Hier verwenden wir den R305-Fingerabdrucksensor von Sunrom, der mit einer Schnittstellenkarte 1125 verbunden ist. Er besteht aus drei Tasten – HINZUFÜGEN, LEEREN und SUCHEN. Entweder können diese Tasten verwendet werden oder es können externe Befehle vom Mikrocontroller an das Board gesendet werden.

In der folgenden Schaltung verbinden wir die Fingerabdrucksensorplatine über serielle Kommunikation mit dem 8051-Mikrocontroller AT89S51. Das Ergebnis des Identifizierungsprozesses wird auf dem LCD angezeigt.

Sobald der ADD-Befehl vom Mikrocontroller gesendet wird, wird der Fingerabdruck zur Datenbank hinzugefügt und die entsprechende ID wird an den Mikrocontroller zurückgesendet und auf dem LCD angezeigt. Im Fehlerfall wird ein Code (0xFF) gesendet und die Fehlermeldung auf dem LCD angezeigt.

Sobald der EMPTY-Befehl vom Mikrocontroller gesendet wird, werden alle hinzugefügten Fingerabdrücke aus der Datenbank gelöscht. Der Antwortcode 0xCC zeigt an, dass die Ausführung erfolgreich war, während der Antwortcode 0xFF einen Fehler anzeigt.

Sobald der SEARCH-Befehl vom Mikrocontroller gesendet wird, wird die übereinstimmende ID, die dem Fingerabdruck entspricht, als Antwortcode vom Mikrocontroller gesendet und die ID wird auf dem LCD angezeigt. Im Fehlerfall wird der Antwortcode 0xFF zurückgesendet.

Anwendungen des Fingerabdruck-Identifizierungssystems

1. Tatorte:Wichtige Anwendung des Fingerabdruck-Identifikationssystems ist es, Kriminelle zu identifizieren, die an einem Verbrechen beteiligt sind. Einer der wichtigsten Beweise, die an den Tatorten gesucht werden, sind Fingerabdrücke auf den gefundenen Gegenständen. Dies hilft bei der Suche nach Kriminellen anhand der Fingerabdrücke.
2. Organisationen:Diese Technik wird verwendet, um Mitglieder einer Organisation anhand ihrer eindeutigen Identitätsnummer zu identifizieren. Dadurch wird sichergestellt, dass nur autorisierte Personen den gesicherten Bereich der Organisation betreten können und kein Eindringling. Es zählt auch die Anwesenheit der Person und die Zeit, die innerhalb des Ortes verbracht wird.
3. Lebensmittelgeschäfte:Diese Technik ist hilfreich, um die Kredit- oder Debitkarte eines bereits registrierten Benutzers zu erkennen und abzurechnen.

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