基于手指ECG信号的身份识别系统开发

摘要

随着人们对社会安全和身份信息认证的关注度不断提高，生物特征识别技术(Biometrics)是一种利用人体的行为特征、生理特征来进行身份辨别的技术，其安全性和可靠性相当高，已逐渐成为国内外研究的热点技术，并在不同领域发挥着举足轻重的作用。生物特征识别在实际生活中的应用也面临许多挑战，其中比较突出的是安全问题。因此，探索新的具备高安全性的生物特征识别技术是近年来研究的热点之一。心电(Electrocardiogram,ECG)是人体心脏内部产生的生物电信号，在身份识别研究和应用领域受到广泛关注。随着半导体、微电子和集成电路技术的发展，无需导电胶的单/双电极型手指心电采集装置已经涌现，这种类似于指纹采集的便携式心电采集为心电身份识别的实用化奠定了坚实的基础。
　　本文系统研究了利用人体手指心电信号实现身份识别的方法和技术。在手指 ECG信号的特征提取、匹配识别等关键技术相关研究基础上，设计了手指ECG信号的硬件采集设备，提出了S变换和最小欧氏距离的身份辨识算法，基于Android智能手机开发了手指ECG身份识别应用软件。本文主要研究内容如下：
　　(1)论述了ECG信号身份识别原理，回顾了各种生物特征身份识别技术及ECG身份识别技术的国内外研究现状。
　　(2)开发了基于手指双电极采集人体ECG信号的硬件模块，测试者只需使用左右手指接触测量电极即可实现心电信号的采集。硬件模块主要包括：心电电极传感器、前置滤波器、BMD101芯片电路、电源电路、HC-06蓝牙传输电路等。首先采集手指ECG信号，接着经过信号调理，通过蓝牙模块将采集的数据传输至Android智能手机端上实现身份识别。硬件电路简单，测量方便舒适，而且便于携带。
　　(3)设计了手指ECG信号的身份识别算法，研究了基于集合经验模式分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD)和自相关分析的 ECG信号的消噪算法；构建了基于S变换和欧氏距离的特征提取以及匹配识别的身份辨识方法。
　　(4)基于Android系统设计了手机ECG身份识别软件，结合SQLite构建嵌入式心电数据库，实现信号采集、用户注册、用户辨识和系统设置等功能，最后生成apk文件，实现在移动智能Android平台的无缝移植。
　　本文的研究提供了一种准确率高、防伪能力强、使用方便的基于人体手指ECG信号的身份识别新设备，对心电身份识别的实用化提供了技术支撑。

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第 1 章 绪论

1.1 本文研究背景和意义

1.2 ECG 身份识别技术及其国内外研究现状

1.3 论文研究内容和创新点

1.4 论文章节构成

第 2 章 ECG 产生原理及其测量

2.1 心脏传导系统

2.2 心电波形产生

2.3 心电信号特点

2.4 心电信号测量方法

2.5 本章小结

第 3 章 系统硬件电路设计

3.1 系统总体结构框图

3.2 心电电极传感器

3.3 前置滤波器

3.4 BMD101 芯片电路

3.5 电源电路设计

3.6 HC-06 蓝牙传输电路

3.7 本章小结

第 4 章 ECG 身份识别算法设计

4.1 ECG 身份识别基本原理

4.2 ECG 预处理

4.3 ECG 身份识别算法原理

4.4 ECG 特征提取与匹配识别

4.5 本章小结

第 5 章 ECG 身份识别软件的设计与实现

5.1 识别软件总体结构

5.2 Android 开发环境简述

5.3 蓝牙连接

5.4 用户 ECG 注册

5.5 用户 ECG 识别

5.6 系统管理

5.7 试验与结果分析

5.8 本章小结

第 6 章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录