Система биометрической идентификации на основе считывателя отпечатков пальцев и BLACKFIN-процессора

08.10.2023 |

В статье рассмотрены особен­ности систем биометричес­кой идентификации, построен­ных на основе считывания отпе­чатков пальцев.

Дж. Аддепалли, А. Васудев

Средства биометрической идентификации личности являются составной частью систем безопасности и защиты компьютеров, мобиль­ных телефонов, фотокамер и т.п. от несанкци­онированного доступа. В состав таких средств входят сенсоры для считывания отпечатков пальцев и процессоры для выделения харак­терных биометрических признаков, сопостав­ления их с имеющимися в базе данных и при­нятия решения об идентичности (неидентич- ности) считанных и хранимых в базе данных отпечатков.

Сенсоры-считыватели преобразуют изобра­жение отпечатка пальца в цифровой код. Они могут быть оптическими, ультразвуковыми, твердотельными и другими. В качестве пер­вичного измерительного преобразователя в них используются емкостные, температурные, высокочастотные и пьезоэлектрические преоб­разователи.

Наиболее предпочтительными, по мнению авторов, являются сенсоры, в основу которых положено тепловое излучение, так как в этом случае практически невозможно создать иден­тичную копию отпечатка пальца. К сенсорам, считывающим тепловой портрет отпечатка пальца (рис. 1), относится ИМС АТ77С104В фирмы Atmel (рис. 2). ИМС содержит считыва­тель изображения и АЦП. К основным пара­метрам, которые характеризуют сенсор-счи­тыватель отпечатков пальцев, относятся разрешение, площадь поверхности идентифи­кации, динамический диапазон и число пиксе­лов. Сенсор АТ77С104В имеет разрешение 500 dpi и площадь поверхности идентифика­ции 25×14 мм. Каждому пикселу соответству­ет четырехразрядное слово на выходе АЦП. Функциональная схема сенсора приведена на рис. 3. Сенсор содержит матрицу (pixel array) для съема изображения, АЦП (acquisition), тактовый генератор, управляющие регистры и регистры состояния, интерфейсные узлы и др. Сенсор имеет два режима считывания данных: программный (с тактовой частотой до 200 кГц) и режим быстрого считывания (с тактовой час­тотой до 16 МГц). Встроенный нагреватель поддерживает разницу температур между пальцем и чувствительной поверхностью сен­сора.

Рис. 1. Сканирование изображения отпечатка пальца

Рис. 2. ИМС сенсора-считывателя отпечатков пальцев АТ77C104В

Рис. 3. Функциональная схема сенсора АТ77C104В

 

Сенсор АТ77С104В имеет шесть рабочих ре­жимов: спящий (со сверхнизким потреблени­ем), режим ожидания (с малым потреблени­ем), запуска (перед началом идентификации), навигационный режим (в котором вычисляют­ся координаты отпечатка пальца), режим счи­тывания отпечатка пальца и тестовый режим (используется в условиях производства).

В качестве хост-процессора в системах идентификации целесообразно использовать недорогой сигнальный процессор семейства Blackfin ADSP-BF533. Функциональная схема SPI-интерфейса этого процессора для сопряже­ния с сенсором АТ77С104В приведена на рис. 4. Схема подключения сенсора к ADSP- BF533 показана на рис. 5.

Рис. 4. Функциональная схема SPI-интерфейса процессора ADSP-BF533

 

Прикладное программное обеспечение сис­темы биометрической идентификации написа­но на языке VisualDSP++. Упрощенный алго­ритм работы этой системы заключается в сле­дующем: как только на сенсор АТ77С104В пос­тупает сигнал запуска (Click), он генерирует сигнал прерывания, который поступает в ре­гистр состояния. Этот регистр переводит сен­сор сначала в навигационный режим, а затем – в режим считывания отпечатка пальца. В этом режиме включается нагреватель, который уп­равляется сторожевым таймером, т.е., если поступает запрос на нагревание, он сопровож­дается заданием временного интервала (числа секунд), необходимого для нагрева поверхнос­ти сенсора. После окончания нагрева происхо­дит считывание двухмерного изображения в память сигнального процессора (в режиме пря­мого доступа в память). Данные поступают в процессор в виде фреймов, причем один фрейм содержит 1856 пикселов. После ввода всех фреймов в память процессора происходит вос­становление изображения, размеры которого составляют 25×14 мм или 500×280 пикселов.

Обработка отпечатка пальца состоит из ре­гистрации, восстановления и идентификации изображения. Blackfin-процессор обеспечива­ет успешное выполнение перечисленных опе­раций.

 

Рис. 5. Схема подключения сенсора АТ77С104В к процессору ADSP-BF533

 

ВЫВОДЫ

На основе сенсора изображения АТ77С104В и процессора семейства Blackfin ADSP-BF533 может быть создана эффективная система био­метрической идентификации, которая легко встраивается в мобильные средства телеком­муникаций, портативные компьютеры, фото­камеры и т.п.