Современная электроника №4/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2024 отражения акустического сигнала под - тверждено в рассматриваемом иссле - довании . Эксперименты показали , что индивидуальная форма сигнала сохра - няется при разной силе нажатия паль - цем на датчик . На рис . 3 представлена схема биоакустического зондирования системы идентификации личности . То , что датчики считывают сигнал сразу в пяти точках ладони , повы - шает надёжность системы и мини - мизирует ошибки FAR. Практически это выглядит так . Для аутентифика - ции пользователь помещает палец на платформу с передатчиком сигнала (transducer) и акустическими сенсо - рами – по числу пальцев . Места воз - буждения и зондирования выбираются так , чтобы акустический сигнал прохо - дил через проксимальную и среднюю фаланги пальца . В частности , акустиче - ский сенсор расположен на 3 мм выше передней дистальной межфаланговой складки , являющейся нижним концом дистальной фаланги . Передатчик рас - положен на расстоянии 50 мм от аку - стического сенсора , полностью покры - вая длину средних фаланг пальца . Синусоидальный сигнал подается на преобразователь тока в звуковую часто - ту и , направленный с тыльной стороны ладони , передаётся через кожу , кост - ные образования и ткани , восприни - мается микрофоном на крайних фалан - гах пальцев , демодулируется опорной формой сигнала , фильтруется ФНЧ и оцифровывается АЦП микрокон - троллера . Когда импульс ЗЧ проходит через мышечную ткань , он сталкивает - ся с особенностями строения ладони . Осциллограммы амплитуды передачи акустического сигнала от датчика , рас - положенного на конце пястной кости , представлены на рис . 4. Слева сигнал передатчика , справа – отражённый сиг - нал , принятый акустическими датчи - ками - микрофонами . В актуальных ранее исследовани - ях использовались данные времен - ной области для преобразования в частотную область с извлечением и определением в отражённом сигнале коэффициентов кепстральной частоты Mel (MFCCc). В функционале системы задействованы передача звука , при - ём , фильтрация и усиление , запись и анализ эхо - отражённого акустическо - го сигнала ЗЧ . Для этого пять микро - фонов – по числу пальцев ладони – получают отклик непосредственно в частотной области и анализируют дан - ные в цифровом виде . Эти алгорит - мы на основе спектрограмм исполь - зуют одномерные частотные спектры в качестве входных данных для опе - раций идентификации и для верифи - кации . На рис . 5 представлена иллюстрация направленного ( вверху ) и отражённо - го ( снизу ) акустического сигнала . Согласно проведённым исследовани - ям , наиболее качественные результа - ты получены при воздействии акусти - ческого сигнала частотой 1–2,2 кГц [5]. На рис . 6 представлена иллюстрация повторяемости ( сверху ) и формы сиг - нала при разной силе воздействия ( нажатия ) на датчики ( внизу ). Рис . 1. Концепция системы идентификации акустической идентификации пальца с использованием характеристик передачи вибрационных сигналов пальца через кости и ткани : а ) общая концепция ; b) анатомическое строение пальца , расположение микрофона и преобразователя ( передатчика ) на дистальной фаланге и пястной кости ; с ) условная схема системы : c инусоидальный сигнал поступает на вход преобразователя и передаётся через палец , воспринимается микрофоном , демодулируется с помощью опорного сигнала , фильтруется фильтром нижних частот и оцифровывается аналого - цифровым преобразователем микроконтроллера ; d) фотография руки на устройстве ; е ) рентгеновский снимок кисти c расположением датчиков ; f) карта магнитуд эмпирически измеренного акустического сигнала от преобразователя , расположенного в конце пястной кости [5] Рис . 2. Блок - схема системы идентификации личности на основе отражённого сигнала с использованием ладони и пальцев Дистальная фаланга Проксимальная фаланга Пясть Сенсор Демодулятор Генератор Фильтр низких частот Фазочувствительный синхронный усилитель Микроконтроллер с АЦП Интенсивность акустического сигнала ПК Излучатель Излучатель Излучатель Сенсор Сенсор Излучатель Классификатор Хранилище данных Интерфейс пользователя ПК Драйвер Микрофоны Демодуляторы АЦП SPI Микроконтроллер Последовательный порт