Automatische Vingerafdrukidentificatiesystemen Begrijpen: Hoe Ze Werken en Hun Toepassingen

Geautomatiseerd Vingerafdrukidentificatiesysteem – Modules & Toepassingen

Inleiding tot Vingerafdrukidentificatiesysteem

Vingerafdrukidentificatiesysteem of Dactyloscopie is een uniek proces van identificatie door het vergelijken van vingerafdrukindrukken van individuen. Het gebruikt het feit dat geen twee individuen vergelijkbare vingerafdrukpatronen hebben. Het is een van de wijdst gebruikte technieken voor het verkrijgen van details van een persoon en is een gemakkelijke en gemakkelijke manier om een persoon te identificeren.

Figuur 1: Typen Vingerafdrukken

Elke menselijke vingerveling heeft een patroon van donkere lijnen (ruggen) samen met witte lijnen (dalen) ertussen. Punten waar de structuur van de rug verandert, heten Minutiae. Elke menselijke vinger heeft een ander rugpatroon. Deze patronen kunnen Bogen zijn (waar ruggen binnenkomen en aan dezelfde kanten verlaten), Lussen (waar ruggen aan één kant binnenkomen en aan een andere verlaten) en Wervels (cirkels of mengsels van verschillende patronen).

Vingerafdrukken kunnen verkregen worden met twee methoden – Chemisch en Automatische Identificatiemethode

In de eerste wordt een oppervlakte besproeid met verschillende chemicaliën zoals Cyanoacrylaat, Ninhydrine, Magnetisch Poeder etc. en de vingerafdrukpatronen kunnen vervolgens worden opgeheven met helder tape. In de laatste worden de vingerafdrukbeelden verkregen door verschillende sensoren zoals Capacitieve Sensoren (verkrijgen pixelwaarde gebaseerd op capaciteit van de vingerafdrukruggen), Optische Scanners (gebruikt prismen om verandering in reflectantie van licht door elke rug of dal te detecteren) en Thermische Scanner (meet temperatuurverschillen over de tijd om een digitaal beeld te creëren).

• Lees ook: Verschillende Typen Bedradingssystemen en Methodes van Elektrische Bedrading

Digitale Beeldverwerking in Vingerafdrukidentificatiesysteem

De basisschappen voor digitale beeldverwerking in Vingerafdrukidentificatie omvatten het verkrijgen, opslaan en analyseren van de vingerafdrukdata.

De eerste stap omvat het verkrijgen van vingerafdrukbeelden van verschillende sensoren zoals – Optische of Capacitieve Sensor. De lading gekoppelde device in de optische scanner bestaat uit lichtsgevoelige diodes die elektrische signalen uitzenden wanneer geïllumineerd. Deze kleine stippen wanneer ze een doel raken vormen de pixels en een array van pixels vormt het beeld. Eenmaal de vinger op de monitor geplaatst is, wordt het beeld verkregen door de ruggen van de vinger te verlichten.

De tweede stap omvat het opslaan en verwerken van de beelden met de onderstaande stappen.

• Beeldsegmentatie: Het omvat het verwijderen van ongewenste kenmerken uit het verkregen beeld. De gevolgde procedure is Drempelwaarde, waarbij pixels met intensiteit (grijswaarde) groter dan een bepaalde drempel overwogen worden, terwijl die met intensiteit kleiner dan de drempelwaarde worden verwijderd of gewist.
• Beeldnormalisatie: Het omvat het verkrijgen van een uniform intensiteitspatroon voor het hele beeld. Dit wordt gedaan zodat de beeldpixels in een gewenst bereik van grijze waarden zijn.
• Beeldoriëntatie: Het beeld wordt gevormd door de oriëntatie op elk punt te berekenen. De oriëntatie wordt op zijn beurt bepaald door het gemiddelde van de vector orthogonaal aan de gradient van elke pixel in X en Y richtingen te berekenen.
• Beelffiltering: Dit omvat het gebruik van verschillende technieken zoals Gabor- of Butterworth-filters om ongewenste ruis te verwijderen.
• Beeldbinarisatie: Dit omvat de conversie van het gefilterde beeld naar binair beeld met drempelwaardetechniek, om de contrast te verbeteren. Het gebruikt globale drempelwaardetechniek, waarbij pixelwaarde groter dan de drempel op 1 wordt gezet en pixelwaarde kleiner dan de drempel op 0 wordt gezet.
• Beeldverdunning: Dit wordt gedaan om de connectiviteit van de ruggen te behouden en omvat het elimineren van voorgrondpixels.

De derde stap omvat het analyseren van de beelden, door minutiae-details te extraheren uit het verwerkte beeld en deze details te vergelijken met die van de al opgeslagen sjablonen. Dit wordt bereikt door het kruisingsnummer (helft van de som van verschillen) te berekenen tussen paar pixels in een acht-verbonden buurt. Dit geeft een unieke identificatie voor elk kenmerk van de vingerafdruk.

Vingerafdrukmodules

Om vingerafdrukidentificatie met microcontroller te bereiken, kunnen twee typen vingerafdrukmodules worden gebruikt – SM630 en R305.

Laten we een kort idee hebben over de twee.

a. R305:

Figuur 2: R305 Vingerafdrukscanner

• Lees Meer: Arduino Serieel: Serieel Communicatie door Arduino

Het is een 4-pins, Transistor-Transistor Logica (TTL) compatibel module, die communiceert met Microcontroller via Serieel UART communicatie. Terwijl de TD-pin verbindt met de RXD-pin van Microcontroller, verbindt RD-pin met de TXD-pin van Microcontroller. Het ondersteunt halfduplex asynchrone seriele communicatie met standaard baudrate van 57600bps (acceptabele baudrate kan tussen 9600 tot 115200bps liggen).

Het overgedragen frame is een 10-bit frame met een laag-niveau startbit, 8-bit commando of data en stopbit. Eenmaal opgestart, duurt het ongeveer 500 milliseconden voor initialisatie. De systeembronnen bestaan uit een 512 bytes geheugen, ingesteld als een notitieblok en twee 512-byte karakterbestandsbuffers.

b. SM630:

Figuur 3: SM630 Vingerafdrukscanner

• Lees ook: USB Mini Ventilator (Zelfgemaakt, heel simpel met PC 12V Ventilatormotor)

Het is vergelijkbaar met R305 wat betreft pijnconfiguratie en communicatietechniek. Unieke kenmerken zijn zelf ontwikkeld vingerafdrukalgoritme, zelfadaptieve parameter aanpassingsmechanisme, lage kosten en stroomverbruik, gemakkelijk te gebruiken en draagbaar geïntegreerd ontwerp. Het bestaat uit 768 vingerafdruksjablonen.

Hier gaan we Sunrom's R305 vingerafdruksensor gebruiken die verbonden is met een interfacebord, 1125. Het bestaat uit drie knoppen – TOEVOEGEN, LEGEN en ZOEKEN. Of deze knoppen kunnen worden gebruikt of externe commando's kunnen worden gestuurd naar het bord vanaf de microcontroller.

In het onderstaande schema koppelen we de vingerafdruksensorbord aan de 8051 microcontroller, AT89S51 via seriele communicatie. Het resultaat van het identificatieproces wordt op de LCD weergegeven.

Eenmaal het TOEVOEGEN-commando wordt gestuurd vanaf de microcontroller, wordt de vingerafdruk aan de database toegevoegd en het corresponderende ID wordt teruggestuurd naar de microcontroller en op de LCD weergegeven. In geval van een fout, wordt een code (0xFF) gestuurd en het foutbericht op de LCD weergegeven.

Eenmaal het LEGEN-commando wordt gestuurd vanaf de microcontroller, worden alle toegevoegde vingerafdrukken uit de database gewist. Responscode 0xCC geeft aan dat uitvoering succesvol is, terwijl responscode 0xFF een fout aangeeft.

Eenmaal het ZOEKEN-commando wordt gestuurd vanaf de microcontroller, wordt het gematchte ID dat correspondeert met de vingerafdruk als responscode vanaf de microcontroller gestuurd en het ID op de LCD weergegeven. In geval van een fout, wordt responscode 0xFF teruggestuurd.

Toepassingen van Vingerafdrukidentificatiesysteem

1. Misdaadplekken: Hoofdtoepassing van vingerafdrukidentificatiesysteem is om criminelen te identificeren betrokken bij enige misdaad. Een van de voornaamste bewijzen die gezocht worden op misdaadplekken zijn vingerafdrukken op gevonden voorwerpen. Dit helpt bij het vinden van criminelen op basis van de vingerafdrukken.
2. Organisaties: Deze techniek wordt gebruikt om leden van een organisatie te identificeren op basis van hun unieke identiteitsnummer. Dit zorgt ervoor dat alleen geautoriseerde personen de beveiligde zone van de Organisatie kunnen betreden en geen indringer. Het telt ook de aanwezigheid van de individu en de tijd die binnen de plek wordt doorgebracht.
3. Supermarkten: Deze techniek is nuttig bij het herkennen en factureren van een al geregistreerde gebruiker's credit- of debitkaart.

U kunt ook lezen:

• Arduino Programmeren: Wat is Arduino en Hoe te Programmeren?
• Verlichtingsontwerp Berekening in een Gebouw – Stap voor Stap
• Zekering en Typen Zekeringen