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系統識別號 U0002-1906200620120100
中文論文名稱 智慧型導盲監控暨指紋辨識系統
英文論文名稱 Intelligent Guiding , Monitoring and Fingerprint Identification System for the Blind
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 何 政 昌
研究生英文姓名 Cheng-Chang Ho
學號 693380072
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-05-30
論文頁數 132頁
口試委員 指導教授-周永山
委員-翁慶昌
委員-王和盛
委員-周永山
中文關鍵字 導盲  無線射頻識別系統  指纹辨識  遠端監控 
英文關鍵字 Guiding  Radio Frequency Identification (RFID)  Fingerprint Identification  Monitoring 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 "行"是生活的一件大事,然而對盲胞朋友而言,現有的設施對其並不方便,因此,本論文設計一套「智慧型導盲監控暨指紋辨識系統」幫助盲胞朋友解決行的問題。
本系統包含下列三個子系統:(1)導盲杖系統、(2)指紋辨識系統以及(3)遠端監控預警系統。其中導盲杖系統應用了RFID的技術,結合語音播放主機,可提供盲胞朋友了解目前所處位置附近的地理及交通資訊,俾利其行動。而對盲胞朋友而言,門禁的出入又是另一項難題。本論文提出一套以指紋辨識為基礎的身份驗證系統,與導盲杖系統結合,如此一來盲胞朋友即可透過本系統迅速完成身份辨識,方便其通過門禁。另外,藉由遠端預警監控的方式,控管中心人員將可隨時掌控盲胞朋友的行蹤,若盲胞朋友需要幫忙,也可立即派遣人員前去協助,以達到監控預警之效。
英文摘要 Moving is one of the most important things in one’s daily life. However, several obstacles to the blind still exist in various public spaces. In this thesis we design an intelligent guiding, monitoring and fingerprint identification system for the blind.
The system consists of three subsystems: (1) the blind-guide cane system, (2) the fingerprint verification system, and (3) the remote monitoring system. The blind-guide cane system that we have developed integrates the RFID technology and an audio player, which can provide the visual impaired persons with useful audio-guiding information at several reference sites on the road. In addition, it can be integrated with the proposed fingerprint verification system to facilitate the visual impaired persons’ entrance of the gates. On the other hand, the blind can also be assisted by the proposed remote monitoring system when they need help.
論文目次 頁目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
頁目錄 III
圖目錄 VII
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 3
1.3 論文架構 4
第二章 整體系統架構簡介 6
第三章 導盲杖系統 11
3.1 前言 11
3.2 嵌入RFID晶片之導盲磚 13
3.3 導盲手杖 18
3.4 以NIOS實現導盲手杖主機 28
3.4.1 相關背景知識 29
3.4.1.1 NIOS嵌入式系統 29
3.4.1.2 CF卡韌體設計 32
3.4.1.3 檔案格式之簡介 35
3.4.1.4 音訊解碼IC-STA013 37
3.4.2 NIOS主機之動作原理 38
第四章 指紋辨識演算法 43
4.1 前言 43
4.2 演算法設計流程 45
4.3 指紋影像之前處理單元 47
4.3.1 背景去除 48
4.3.2 正規化與中值濾波 49
4.3.3 計算指紋流向 51
4.3.4 修正指紋流向 55
4.3.5 核心點擷取與指紋裁減 57
4.3.6 Gabor濾波二值化 61
4.4 指紋特徵值處理單元 64
4.4.1 計算特徵值座標 65
4.4.2 指紋特徵值抽取 66
4.5 指紋資料庫比對單元 71
4.5.1 特徵點載入暨排序 74
4.5.2 基準點重合暨計算相對長度與夾角 76
4.5.3 找尋對應點座標 84
4.5.4 計算旋轉角度 88
4.5.5 旋轉輸入影像 90
4.5.6 點數驗證暨累積誤差驗證 94
第五章 指紋辨識系統模擬與實作結果 99
5.1 指紋辨識系統模擬 99
5.2 指紋辨識系統實作 106
5.2.1 相關背景知識 106
5.2.1.1 DSP嵌入式系統 106
5.2.1.2 AT77C101B熱感式指紋擷取裝置 108
5.2.2 以DSP實現指紋辨識系統 109
第六章 遠端監控預警系統 113
6.1 前言 113
6.2 設計方法 114
6.3 應用實例 121
第七章 結論與未來展望 126
參考文獻 129

圖目錄

圖2.1 導盲系統定位方式示意圖 7
圖2.2 導盲系統門禁出入方式示意圖 7
圖2.3 智慧型導盲監控暨指紋辨識系統架構圖 10
圖3.1 導盲杖系統架構圖 12
圖3.2 無線識別標籤內部結構圖 13
圖3.3 無線識別標籤種類 14
圖3.4 RFID無線頻率範圍 17
圖3.5 導盲磚結構圖 18
圖3.6 導盲手杖架構圖 18
圖3.7 導盲磚與手杖端的協定方式 19
圖3.8 讀寫器之實體電路俯視圖 20
圖3.9 射頻基站晶片(U2270B)電路圖 22
圖3.10 重置IC(DS1232)電路圖 23
圖3.11 HT-12E 位址/資料位元波形圖 23
圖3.12 手杖端無線發射模組方塊圖 24
圖3.13 曼徹斯特碼的示意圖 25
圖3.14 手杖端硬體方塊流程圖 26
圖3.15 手杖端軟體流程圖 27
圖3.16 語音播放主機架構圖 28
圖3.17 Nios發展板 30
圖3.18 SOPC設計流程 32
圖3.19 CF Card初始化流程圖 33
圖3.20 讀取CF Card一個Sector的流程圖 34
圖3.21 FAT16檔案格式示意圖 35
圖3.22 Sector 0結構 36
圖3.23 STA013解碼器對外接線示意圖 38
圖3.24 主機端無線接收模組方塊圖 39
圖3.25 主機端硬體方塊流程圖 41
圖3.26 主機端軟體流程圖 42
圖4.1 生物辨識技術市場概況圖 44
圖4.2 指紋辨識演算法流程圖 46
圖4.3 指紋影像前處理單元流程圖 47
圖4.4 背景去除前後的對照圖 49
圖4.5 正規化後的指紋影像圖 50
圖4.6 中值濾波後的指紋影像圖 50
圖4.7 中值濾波方法流程示意圖 51
圖4.8 以9×9遮罩所定義流向之示意圖 52
圖4.9 指紋流向計算之示意圖 54
圖4.10 修正前的指紋流向圖 55
圖4.11 指紋流向修正方法 56
圖4.12 指紋流向修正前後之結果 57
圖4.13 三角形遮罩 58
圖4.14 核心點擷取結果 59
圖4.15 指紋影像裁減示意圖 60
圖4.16 八種不同角度的Gabor空間遮罩 62
圖4.17 利用Gabor空間遮罩進行迴旋積分示意圖 62
圖4.18 Gabor濾波二值化後的結果 63
圖4.19 指紋影像特徵值處理單元流程圖 64
圖4.20 判別端點與叉點規則的示意圖 65
圖4.21 特徵擷取的示意圖 66
圖4.22 端點修正示意圖 67
圖4.23 叉點修正示意圖 68
圖4.24 法則二修正示意圖 69
圖4.25 特徵點搜尋結果 70
圖4.26 指紋影像建檔流程圖 72
圖4.27 指紋影像比對處理單元流程圖 73
圖4.28 指紋特徵點排序示意圖 76
圖4.29 資料庫與平移後的欲比對特徵點座標的分佈圖 78
圖4.30 相對長度與相對角度的示意圖 79
圖4.31 利用象限方式求其相對角度示意圖 81
圖4.32 相對長度未經排序的差值運算示意圖(一般的作法) 86
圖4.33 相對長度經排序的差值運算示意圖(本文的作法) 87
圖4.34 資料庫特徵點與旋轉後的指紋特徵點示意圖 92
圖4.35 指紋比對成功的情況 97
圖5.1 十位使用者的指紋影像圖 100
圖5.2 FRR中失敗的例子 103
圖5.3 FAR中失敗的例子 104
圖5.4 TMS320C6713DSK實驗板實體圖 106
圖5.5 TMS320C6713DSK實驗板的硬體方塊圖 108
圖5.6 ATMEL AT77C101B指紋擷取裝置 109
圖5.7 DSP指紋辨識系統硬體方塊流程圖 111
圖5.8 DSP指紋辨識系統軟體方塊流程圖 112
圖6.1 遠端監控預警系統架構圖 113
圖6.2 遠端監控預警系統劃分圖 115
圖6.3 遠端監控預警系統與其它系統溝通協定的硬體方塊圖 117
圖6.4 遠端監控預警系統與其它系統溝通協定的軟體方塊圖 117
圖6.5 控管中心端軟體流程圖 119
圖6.6 手持PDA端軟體流程圖 120
圖6.7 控管中心端的主介面 122
圖6.8 控管中心端的功能介面 123
圖6.9 手持PDA端登入介面及主選單介面 124
圖6.10 手持PDA端功能介面 125

表目錄

表4.1 欲比對以及資料庫的特徵點座標 74
表4.2 排序後的特徵點座標 76
表4.3 資料庫與平移後的欲比對特徵點的座標 78
表4.4 相對長度 80
表4.5 夾角 84
表4.6 搜尋出的對應點座標 88
表4.7 角度差值 89
表4.8 旋轉後的特徵點座標的示意圖 92
表4.9 旋轉比對後的對應點座標示意圖 93
表4.10 比對成功例子的分數 97
表5.1 比對結果統計 101
表5.2 與其他論文的比較結果 105
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