基于新型小面积指纹识别算法的指纹锁拉链设计

科技创新DOA10.19392/j. cnki. 1671-7341.201931021科技风2019年11月基于新型小面积指纹识别算法的指纹锁拉链设计聂焱张洋溢赵茜茜成都理工大学信息科学与技术学院四川成都610059摘 要：日常储物装置通常都会用到拉链，背包上的拉链基本上都是没有加锁的，缺乏安全性;旅行箱上使用的传统密码锁也 有两个明显的缺点：容易忘记密码和解锁操作麻烦，因此通常使用较少，没有起到加强防盗系数的作用。在人员密集场所，“扒手” 防不胜防，因此推出一种安全、便捷的拉链锁装置很有必要。本文提出了一种指纹解锁拉链，直接从拉链本身出发提高其安全性 和便利性。在硬件设计方面，本文充分考虑空间利用率、功耗、性能和成本等问题，将电源电路与控制电路分离，选用低功耗、性价 比高的元器件和材料。软件设计方面采用了最新的小面积指纹识别算法来保证识别准确性。该装置可以运用于箱、包等带有拉 链且需要具有安防功能的储物装置上，具有很大的实用价值，而且目前市场上类似产品很少，具有一定的市场前景。关键词：指纹锁拉链;安全性;小面积指纹识别；低功耗中图分类号:TN919.5 文献标识码:A随着科学技术的发展，指纹识别技术的应用已经广泛融入 到我们的日常生活之中,相较于其它身份认证技术,指纹识别 作为一种快速认定身份的方式是目前国际上公认的性价比最 高、应用最广泛的生物认证技术。指纹锁正是这一技术的典型 应用之一,它广泛应用于各种需要安防验证的领域。与传统的 普通锁具相比,指纹锁的优势是显而易见的:从安全性来讲,指 纹是人类与生俱来且独一无二的特征,它绝不会丢失和被轻易 复制;从便利性来讲,指纹是随身携带的,不需要额外的钥匙, 解锁也只需要按压即可。日常储物装置通常都会用到拉链,背包上的拉链基本上都 是没有加锁的,缺乏安全性;旅行箱上使用的传统密码锁也有 两个明显的缺点:容易忘记密码和解锁操作麻烦，因此通常使 用较少,没有起到加强防盗系数的作用。在人员密集场所,“扒 手”防不胜防，因此推出一种安全、便捷的拉链锁装置很有必 要。本文便将既安全又便利的指纹解锁技术应用到了常见的 拉链上，提出了一种指纹解锁拉链,直接从拉链本身出发提高 其安全性和便利性。拉链尺寸较小，设计上需要充分考虑到小面积指纹识别的 准确性、低功耗、电路空间利用问题，为了便于推广，拉链本身 成本、安全性和可靠性也是重要考量条件。1指纹锁拉链的硬件设计为保证实用性，指纹锁拉链的设计尺寸需要和常用拉链尺 寸相当，我们设计的指纹锁拉链分为锁头和锁孔两个部分，宽 高均为12mm，长度为30m叫两侧呈弧形增大摩擦方便拉开。 外观设计如图1。10图 2 工作原理拉链空间有限，电路设计需要尽量提高空间利用率并尽量 低功耗。我们将指纹模块和控制电路与电源电路分别设计在 锁头和锁孔内，只有当拉链闭合时才会通电，有效提高了空间 利用率，电源更充足，同时降低了电量损耗。硬件组成框图如图3 %图 3 硬件组成框图图1外观示意图将锁头插入锁孔即可上锁，闭合状态下锁头和锁孔贴合在 一起，电磁杆锁定，指纹验证通过时电磁杆收缩，锁头自动弹 出。如图2%22我们选用了一款高性价比低功耗的16位单片机作为指纹 识别模块的MCU,用于实现指纹识别算法，同时实现录入和解 锁功能:控制电磁阀解锁，控制指纹读取电容、蜂鸣器、多功能 按键、三色led信号灯进行录入。因为电源和控制电路分离，电源设计空间充足，可以采用 纽扣电池或者充电锂电池并设置相应的充电模块。微型电磁拉杆直接用线圈和衔铁自制，通电衔铁自动缩 回,拉链解锁；去电拉链弹出,锁定锁头,拉链上锁％2新型小面积指纹识别算法拉链尺寸小,指纹识别面积小，基于细节特征点的传统指 纹识别方法对于小面积指纹的录入效果较差,小面积指纹识别 时识别率明显下降,针对这一问题，特别选用了一种新型的基 于密集连接卷积网络的小面积指纹识别方法，该方法对小面积 指纹识别率高，识别准确率高，符合指纹锁拉链的设计要求。该方法首先对指纹原图做图像增强处理，其次充分利用密 集连接卷积网络特征复用的优点构建提取指纹特征的深度学 习模型，并将二值特征引进训练模型，最后依据指纹图像的二 值特征和特征向量实现小面积指纹的注册和识别。注册和匹 配识别的流程如图4% （下转第27页）科技风2019年11月科教论坛学数学课堂教学实践是实现当代素质教育的重要保障之一。

参考文献：:1 ］普通高中、初中数学课程标准(实验)•人民教育出版

与生产实践等相结合时,学生表现得异常活跃和激动，主动探 索和合作交流的愿望很强烈，学习的积极性和主动性高涨。例 如:在学习概率时，经常会有中奖概率的计算、游戏公平性的判 断等贴近学生生活实际的问题，学生学习的积极性和主动性很 高,还会主动与同学交流讨论。要成为优秀的数学教师，应该要有丰富的知识储备、广阔 的知识视野和较强的文化气息，而不仅仅是局限于本专业的知 识和技能，一名优秀的数学教师应重视在日常的数学教学中渗 透数学文化的熏陶，使学生在数学学习中受到人类文明的洗 礼，了解数学在人类文明发展进步中的地位和作用，逐渐形成 正确的数学观、人生观和价值观。因此,把数学文化贯穿于中

社出版.:2］黄秦安•数学文化观念下的数学素质教育:J］ •数学教

育学报,2001,10%3) •:3］张维忠.文化是促进学生理解的载体［J］ •中国教育报，

2009-03-06% 6).:4］张亚静.数学素养：学生的一种重要素质——基于数学 文化价值的思考［J］ •中国教育学刊,2006%3).%上接第22页)集连接卷积块和过渡层运算后，得到多个特征样板，然后提取 特征模板的二进制特征，将一般网络中的全局池层输入替换为 全连接层。目的是利用指纹图像的二值特征和特征向量构建 指纹数据库，实现指纹的配准和识别策略。实验结果表明，该方法在自建数据集中正确识别率达到 98.57%，高于基于细节特征点的传统指纹识别方法，满足小型 指纹锁拉链的应用需求。3结语经测试，该装置可以代替普通拉链和密码锁，应用于现有 的背包和旅行箱等带有拉链且需要具有安防功能的储物装置 上。该装置指纹识别率高，录入方便，反应迅速,可以很大程度 提高背包的安全性和解锁的便利性，而且功耗低续航时间长， 成本低，箱包升级的附加值高，具有很大的实用价值，而且目前 市场上类似产品很少，具有一定的市场前景。参考文献：:1 ］陈文燕，范文博，杨钧宇•基于密集连接卷积网络的小

图 4 算法流程框图2.1指纹图像预处理在对指纹采集的过程中，由于识别模块较小，诸多因素会 导致只能够采集到部分指纹，因此对采集到的指纹图像进行预 处理最先就是对其进行筛选，筛选的方式则是根据有效面积的 计算，保留面积大于设定阈值的指纹图像。筛选完成后再对指 纹图像进行增强，现在常用的预处理图像增强操作就是运用 Gabor滤波和归一化，能够对存在干扰信息的指纹图像(干扰信 息指纹图像包括手指按压用力纹理线黏在一起、手指出汗、手 指蜕皮等影响指纹识别率和计算速率的情况)进行修复，从而 实现对指纹图像的增强。2.2提取特征为了保证提取指纹特征和指纹匹配的速度，本文选择搭建 轻量级密集连接卷积网络模型。将增长率k为12的网络将已 经预处理的指纹图像作为输入，然后再经过5x5的卷积层，密

面积指纹识别方法［J/OL］.计算机工程与应用,1-8.:2］付青柳.小面积指纹拼接算法研究(D］.西安电子科技 大学,2017.:3 ］钟瑞.基于深度学习和多特征融合的小面积指纹识别 算法研究］D］ •西安电子科技大学,2018.:4］基于深度学习的指纹识别方法研究［J］.智能计算机与 应用,2018,8%03)•:5］张永良，周冰，詹小四，裘晓光，卢天培•基于深度学习 的小面积指纹匹配方法［J］.计算机应用,2017 ,37 % 11).基金项目：国家大学生创新创业项目，指纹锁拉链，项目编 号：201810616046负责人:赵茜茜；成都理工大学学生课外科技 立项项目，指纹锁拉链，项目编号：2018KJC0445负责人:赵茜茜作者简介:聂焱％ 1998-),男，湖北恩施利川人,成都理工大 学电子信息科学与技术专业本科生。相应设置几个问题让学生抢答，以此考察学生

听课态度，回答积极性，以及对知识掌握情况；(2)课后预留思 考题，让学生以小组的方式展开讨论，在下次课堂上每组选出 代表对问题进行阐述，教师则依据每组回答结果给予不同的加 分,同时也可以此为话题，展开此次课程内容的讲解，进一步加 深学生对问题的理解;(3)学期结束后，要求每位学生写一份与 生活或者生产实践相关报告。实验是教学环节里非常重要的 一部分,⑶对于实验环节：(1)实验课前把实验大纲交给学生, 让学生以小组为单位制定出可行性实验方案，并在实验课上进 行演示，针对方案较合理以及实际动手能力较强的组别在实验 成绩上进行相应加分;(2)实验以三到五位学生为一组，依据实 验过程中的表现，并结合实验报告完成情况,对组内不同成员 给予不同分数等级。通过上述方式，学生的积极性和主动性明 显提高,对知识的掌握和应用也得到了明显加强。5结语通过上述教学改革方法在实践中的应用，对于提升互换性

%上接第23页)与测量技术课堂教学效果有显著帮助。教学本身就是一个不 断进行创新、实践、总结、反思和改进的过程，目的在于帮助学 生更快更好的掌握知识,作为新时代教师,应当与时俱进,不断 更新教育理念，学习新的教学方法，培养出适应时代需求的新 型人才。参考文献：:1 ］杨斌久.“互换性与测量技术”课程教学方法研究与实

践［J］.机械制造与自动化,2009,38%03) ：117-118.:2］叶明全，陈付龙.互联网+大学生创新创业基础与实践. 1版.北京：科学出版社,2017.:3 ］王中伟.我国高中化学实验教学中亟待解决的几个问 题［J］.课程教育研究,2015%31) ：165.基金项目：大学生创新项目(2019cxxL095),(2019cxxL098) 作者简介：刘曼利％ 1992-),女，汉族，安徽蚌埠人，硕士，助 教，研究方向：机械设计与制造。27