基于DSP的指紋識別系統設計

1 引言

指紋識別技術(shù)通過(guò)分析指紋的局部特征，從中抽取詳盡的特征點(diǎn)，從而可靠地確認個(gè)人身份。指紋識別的優(yōu)點(diǎn)是指紋作為人體獨一無(wú)二的特征，它的復雜度可以提供用于鑒別的足夠特征，具有極高的安全性。相對于其他身份認證技術(shù)，指紋識別是一種更為理想的身份認證技術(shù)，指紋識別不僅具有許多獨到的信息安全優(yōu)點(diǎn)，更重要的是具有很高的實(shí)用性、可行性，已經(jīng)廣泛應用于金融、電子商務(wù)以及安全性能要求教高的行業(yè)中。

目前多數指紋識別系統是將指紋圖象采集到計算機中，利用計算機進(jìn)行識別。國外一些公司生產(chǎn)的獨立指紋識別系統，價(jià)格比較高昂。這些都限制了指紋識別技術(shù)的普及。因此，研究開(kāi)發(fā)快速、識別率高、廉價(jià)的獨立指紋識別系統具有很大的市場(chǎng)前景和重要的科學(xué)研究?jì)r(jià)值。

本文提出了一種新型基于DSP的指紋識別系統，硬件上利用DSP的高速處理能力，構建高速的數據處理平臺，軟件上參考DSP和硬件邏輯的處理特點(diǎn)，對傳統的指紋算法進(jìn)行改進(jìn)，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性和可靠性要求。

2 硬件系統結構

系統的原理框圖如圖（1）所示：

　　　　　　　　　　　　圖（1）系統結構框圖

本系統整體上可以分為圖像采集模塊、圖像處理及識別模塊以及輸出模塊三部分組成。

2.1 圖像采集模塊

圖像采集模塊中，由于指紋識別系統中并不需要實(shí)時(shí)觀(guān)察圖像，所以對傳感器要求不是很高，一般的黑白數字CMOS傳感器都能滿(mǎn)足要求。本系統中采用了一款300萬(wàn)象素的高清晰度黑白傳感器作為圖像獲取器件，非常適合作為指紋圖像傳感器使用。主要考慮到CMOS器件成本低、分辨率高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)為當手指汗液多或干裂時(shí)成像質(zhì)量可能變差。在圖像識別過(guò)程中，采用了基于GABOR的增強算法，基本上可以克服由此造成的影響。

2.2 圖像處理及識別模塊

圖像處理及識別模塊的結構關(guān)系到系統的性能的總體水平，采用FPGA+DSP的體系結構有利于構建高效的數據處理流程和方便處理任務(wù)的分配，提高系統的并行程度和資源利用率。系統中的SRAM、SDRAM、FLASH直接連到DSP上供其使用：FLASH用于存放程序和一些固定的表格數據；SDRAM作為DSP的系統內存，用于系統程序的運行；SRAM是高速的數據存儲區，用于存放程序運行是產(chǎn)生的臨時(shí)變量。而DDR SDRAM是專(zhuān)門(mén)用于存放采集到的指紋數據以及預處理過(guò)程中計算得到的象素點(diǎn)梯度數據等一些大容量的數據塊，直接連接到FPGA，是系統中最高速的內存區域。FPGA除了作為DSP處理器的擴展總線(xiàn)接口外，還分擔了部分數據處理任務(wù)，因為僅僅靠一塊DSP是不能勝任所有的運算和控制任務(wù)的，指紋數據處理時(shí)，經(jīng)常會(huì )遇到一些繁瑣的加減運算和比邏輯運算，通常這部分都是由FPGA代為處理的，考慮到指紋處理算法的特殊性，同時(shí)還要兼顧實(shí)現DDR控制功能。

由于指紋識別過(guò)程中數學(xué)運算量大，因此程序設計不可避免的需要較大的存儲空間，為了提高整體性能，需要把繁重的運算任務(wù)交給DSP處理，而圖像采集部分則要盡可能少的占用DSP時(shí)間。另外，利用圖像采集的間隙，或是圖像采集的同時(shí)，由硬件完成一部分簡(jiǎn)單而繁瑣的運算可以分擔DSP的處理任務(wù)，提高處理的并行度，滿(mǎn)足對實(shí)時(shí)性的要求。本系統采用了TMS320VC5402，其運算速度快，并且具有很高的性?xún)r(jià)比。系統中采集到的8bits灰度指紋圖像，每個(gè)像素占用一個(gè)字節，圖像尺寸為512