基于FPGA的指纹识别系统设计

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基于FPGA指纹识别的智能门禁系统设计

I
摘要
Abstract
In the rapid rise of the technology of modern life, one for identity authentication is no longer rude mechanical manipulation .Especially ， in the rapid changing technology of the Internet , biometric technology , with reliability, practicality and safety advantages , is first brought into people's consideration. However, compared to other biometrics, the technology of fingerpr int identificatio, with its many good aspects ,can be used by people In most fields . At present, Internet devices, smart appliances, Bank & Financial, security and other sectors have tended to apply authentication based on the technology of fingerprint identificatio n. Intelligent Access Control System is the fusion of image recognition, control engineer ing, electronic locks and other products of modern science and technology. This system ,with it’sreliability, ease of operation, intelligence, has been more widely used in security. There are various control mode in intelligent entrance guard system.However, FPGA ,with its running speed, pin-rich (easyed to implement large-scale systems), internal processes run in parallel (handle more complex functions), and lots of soft core (conveniented for secondary development) ,have attracted more attention, and it has a bright prospect in the access control market! This was designed and implemented by FPGA technology,it can control fingerprint module, and make the fingerprint match the collecting, storing, deleting, and so on. Paper made a brief introduction of fingerprint processing and focused FPGA’s control of fingerprint module, and the analysis of some situation and how to solve it.. Keywords: FPGA, intelligent access control, fingerprint活中，人们对于身份的认证，已经不再是采取简单而粗暴的机械操纵。尤其是在物联网技术日新月异的今天，拥有可靠性、实用性与安全性等优势条件的生物识别技术，首当其冲的被纳入人们的考虑对象。然而，相比于其他生物识别技术，指纹识别技术以其诸多方面可利用性得到了人们的青睐。目前，互联网设备、智能电器、金融领域、保全等行业都已趋向于应用指纹识别技术为基础的身份验证。智能门禁系统是融合图像识别、控制工程、电控锁等现代科技的产物。它操作的可靠性、方便性、智能化也使其能够在安防得到了更加广泛的应用。智能门禁系统存在各种控制方式，而 FPGA 以其运行速度快，管脚丰富（容易实现大规模系统），内部程序并行运行（可以处理更复杂功能），拥有大量软核（可以方便进行二次开发）愈发受到人们关注，在未来的门禁市场拥有广阔的前景！本次设计通过 FPGA 技术实现了对指纹模块的控制，完成指纹的采集、存储、删除、匹配等工作。论文对指纹处理做了简单介绍，重点突出 FPGA 对指纹模块的控制，并且对所出现的情况加以分析解决。关键字：FPGA ，智能门禁，指纹识别

基于FPGA的指纹识别系统

基于FPGA的指纹识别系统本系统采用Xilinx公司Spartan 3E系列FPGA作为核心控制芯片，通过FPC1011C指纹传感器实现对指纹图象的采集，利用SPI接口传输到FPGA进行数据的存储，在内嵌的MicroBlaze处理器的管理下，使用硬件电路对指纹图象进行指纹中心点求取、图像修剪、可视化扇形、归一化、Gabor滤波、特征编码等处理，从而得到指纹特征点并存入指纹数据库作为建档模版。

指纹比对时，采用同样的方法，得到比对模版，然后将比对模版与建档模版利用指纹识别算法进行比对，得出比对结果。

该项目利用嵌入式软核实现系统的管理，利用硬件实现识别算法，保证了系统功能的完整性与识别的正确性。

其识别速度将明显快于通常使用的基于软件实现的指纹识别系统，且系统更加简单。

该识别系统可用于门禁、考勤、证件管理等很多方面，具有很广泛的应用前景。

1、硬件框图及各模块介绍：系统采用xilinx公司Spartan－3E 系列FPGA作为核心的控制和运算芯片，数据采集模块由FPC1011C电容式指纹传感器来完成，FPC1011C指纹传感器可以完成指纹图像的采集并用其自带的A/D转换器将指纹图像转换成数字信号，利用SPI接口传送至FPGA进行处理。

当处理图像数据时，FPGA将通过其逻辑单元执行指纹中心点求取、图像修剪、可视化扇形、归一化、Gabor滤波、特征编码等一系列操作，从而获得重要的指纹图像信息。

处理之后的图像会根据当前的操作模式被存入FLASH中作为建档模板，或者与当前模板进行匹配。

工作前可用键盘对工作模式进行选择，另附带有LCD 显示器用来显示模式选择和识别结果。

系统框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图软件流程图如图2所示：图2 系统软件流程图2、项目关键技术及创新性：2.1 传感器的选择FPC1011C电容式指纹传感器是瑞典FingerPrint Card公司推出的目前最先进的电容式指纹传感器。

该款电容式指纹传感器利用了该公司拥有专利的反射式探测技术（以往的电容式指纹传感器采用的一般是直接式探测技术），使指纹传感器的表面保护层厚度可以达到普通电容式指纹传感器的100倍左右，因此使指纹传感器具有更高的对干湿手指的适用性和更长的使用寿命。

基于FPGA与指纹识别的支付系统设计

基于FPGA与指纹识别的支付系统设计
吴建新;夏银桥
【期刊名称】《长江信息通信》
【年(卷),期】2024(37)3
【摘要】随着科学技术的飞速发展,大型支付系统如支付宝、微信等广泛地融入到人们的生活中,但是它并不适用于小型门店消费与充值等应用场景。

为了能够实现具有独立记录的小型支付系统,文章提出了一个基于FPGA的指纹支付系统。

该系统采用键盘、显示器以及传感器等外设,当键盘获取到输入信息后,它将信号送到FPGA中,通过VGA协议显示到显示器。

指纹模块通过UART通信协议完成数据传输与控制,获取FPGA发来的控制信息后进入录入、验证等状态。

系统联调表明,它具有开户、查询、充值和消费等功能,不依赖账户的识别模式,依托于指纹搜索结果,适用于小规模应用场景。

【总页数】3页(P138-140)
【作者】吴建新;夏银桥
【作者单位】华中科技大学电子信息与通信学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN919
【相关文献】
1.一种基于FPGA指纹识别加速结构的设计与实现
2.基于FPGA的购物支付系统设计
3.基于FPGA和指纹识别的储物柜控制系统设计
4.FPGA支付系统的指纹识别模块设计与实现
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基于FPGA的指纹特征点集匹配的设计与实现.

基于FPGA的指纹特征点集匹配的设计与实现
全部作者：
李大伟蔡安妮
第1作者单位：
北京邮电大学
论文摘要：
指纹特征点集匹配是指纹硬件粗匹配[1]中的1个重要步骤和环节，本文简要介绍了指纹特征点集匹配的基本原理，基于该原理提出了硬件实现结构，并对各关键模块所用的设计方法进行了详细介绍，仿真结果表明，该设计方案满足设计要求。

关键词：
指纹特征点集匹配，FPGA，并行处理 (浏览全文)
发表日期：
2007年08月29日
同行评议：
本文主要研究指纹特征点集匹配中的硬件粗匹配这1环节。

作者基于指纹特征点集匹配原理介绍了1种硬件实现结构，并根据仿真结果做出了1些分析. 但是：1.硬件电路实现方案不够详尽； 2.算法是关键，作者只介绍了常识性知识和算法流程，并未对匹配算法有详细展开叙述，这是很大的缺陷，因为这是该文方法成功与否的关键，也是同行参考此文做出更深入工作的重心所在； 3.作者在实现结果描述和性能分析中介绍的太简略，应给出1个（类）具体的实例，且对结果的分析没有上升到1个科学的高度认识和总结，是1个很大的遗憾。

4.参考文献太少，且近期同领域杂志没有，建议补充上。

论文整体创新性不足，建议继续深入研究.
综合评价：
修改稿：
注：同行评议是由特聘的同行专家给出的评审意见，综合评价是综合专家对论文各要素的评议得出的数值，以1至5颗星显示。

一种基于FPGA指纹识别加速结构的设计与实现

一种基于FPGA指纹识别加速结构的设计与实现[摘要]指纹识别是生物识别技术中重要且广泛使用的一种。

当前该领域研究的重点在如何更好地采集提取指纹特征以及指纹安全等方面，对于大规模指纹识别的研究较少。

随着电子商务、公安部门的大规模使用，需要进行比对的指纹数据暴增。

针对这一现状，论文在基于细节特征点的这一类指纹识别算法基础上，利用FPGA平台对这类算法进行加速，通过对算法的分析调整，在FPGA上设计实现了一种新的加速结构，并采取了相应的优化策略。

通过加速，单节点FPGA能达到每秒100万次指纹比对，相对于软件性能提升了25倍，为后续新算法的大规模使用奠定了基础。

[关键词]生物识别；指纹识别；流水；乒乓操作；FPGA [中图分类号]TP3 [文献标识码]A1 引言在信息化时代的今天，信息安全尤其重要，如何鉴别一个人的身份是其中一个至关重要的问题。

传统方式存在易丢失、容易被伪造等问题，利用生物识别技术进行身份认定，不仅安全、准确，还便于管理，应用前景广阔。

指纹具有终身不变性、唯一性和方便性，依靠指纹的生物识别技术被广泛接受与认可，相关应用也较为广泛。

指纹是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线。

纹线的起点、终点、结合点和分叉点，称为指纹的细节特征点（Minutiae）。

指纹识别即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行身份鉴别。

目前指纹识别主要应用在手机解锁、门禁考勤等方面，需要进行的比对计算量小，而随着指纹识别应用领域更加广泛，如电子商务、公安部门等，指纹识别中的数据量暴增，识别过程中的计算量极大，采用传统的方法需要大量时间，这在许多应用场合是达不到要求的。

已有的研究主要针对指纹识别采集阶段图像增强和特征提取，如文献；指纹识别系统的全过程自动化AFIS（Automated Fingerprint Identification System），如文献；指纹识别算法的准确率，如文献等；与此同时，也有部分尝试对指纹识别进行加速的研究，文献，但效果不够理想。

基于FPGA的密码和指纹同步解锁系统设计

基于FPGA的密码和指纹同步解锁系统设计
马瑞成;赵小珍;屈军
【期刊名称】《电子设计工程》
【年(卷),期】2023(31)4
【摘要】为了进一步提高数字设备的安全性和高效性,设计了一种基于FPGA(现场可编程逻辑门阵列)的密码和指纹同步解锁系统。

该系统利用FPGA片上可编程技术,将电子密码和指纹识别例化至同一个顶层模块中,实现电子密码和指纹识别的同步控制解锁;系统的FPGA芯片主要用于驱动矩阵键盘采集数字密码、MBF200采集指纹图像、蜂鸣器发出警报和数码管显示密码;Flash和SRAM分别用于存储原始的指纹图像并建立指纹密码数据库和存储解锁的指纹图像;以Quartus II和Modelsim软件为设计和仿真验证平台,基于Verilog HDL语言实现数字设备的密码和指纹编写。

测试结果表明,系统总的密码平均识别正确率达到99.2%,平均错误率仅为0.8%。

该方案在满足用户解锁的基础上,提高了数字密码识别平均正确率,增强了系统稳定性和保密性,具有很强的实用价值。

【总页数】6页(P47-52)
【作者】马瑞成;赵小珍;屈军
【作者单位】安徽师范大学物理与电子信息学院;长沙湘计海盾科技有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TS914;TN791
【相关文献】
1.[实测]iPhone指纹密码分分钟被解锁
2.基于STC89C52单片机的指纹密码锁系统设计与实现
3.基于单片机的宿舍指纹门禁解锁系统设计
4.基于STM32单片机的门禁指纹密码锁系统设计
5.基于单片机的指纹密码锁系统设计
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基于FPGA的指纹预处理技术

ｂｎｒｚｔｏｉａｉａｉｎ，ｔｉｎｎ，ｅｃｈｎｉｇｔ．Ｔｈｉｇｒｒｎｍａｅｒ — ｒｃｓｉｇａｇｒｔｍｓｏｌｘｅｆｎｅｐｉｔｉｇｐｅｐｏｅｓｎｌｏｉｈｉｃｍｐｅｗｉｈｐｅｔｆｔｌｎｙｏｃｍｐｔｔｏ．Ｔｓｓｕｙｄｓｇｅｅｆｎｅｐｉｔｉｇｒ－ｒｃｓｉｇｍｅｈｄｂｓｎｙｔｍｏｕａｉｎｈｉｔｄｅｉｎｄａｎｗｉｇｒｒｎｍａｅｐｅｐｏｅｓｎｔｏｙｕｉｇＳｓｅＯｎ
Ｉｅｔｉａｉｎｙｔｍ（ＦＳ．Ｉｎｌｄｓｕｈｒｃｓｅｌｅｏｍａｉａｉｎ，ｏｉｎａｉｎｆｔｒｇ，ｄｎｉｃｔＳｓｅＡＩ）ｔｃｕｅｓｃｐｏｅｓｓｉｎｒｌｔｆｏｉｋｚｏｒｅｔｔｌｉｏｉｅｎ
法在确保图像质量提高的前提下大幅度提高了处理速度，保证了自动指纹识别系统的实时性，为指纹识别系统的研究和实现提供了新的设计思路和方法。
关键词：预处理；现场可编程门阵列；指纹方向；指纹频率；Ｇｂｒ波ａｏ滤
ｗｉｈｏｔｒ．ｅｓｆ— ｏｅＮｉｓＩｒｃｓｏｉｈｈｄｂｅｏｌａｅｏＦＰｔｔｅｓｆｗａｅＴｈｏｔｃｒｏＩｐｏｅｓｒｗｈｃａｅｎｄｗｎｏｄｄｔＧＡｓｒｓｏｓｂｅｆｒｈｗａｅｐｎｉｌｏｒｎｉｇｔｅｓｆｗａｅａｄｃｏｄｉｔｎｈｏｔｒｔａｄｒ．Ｅｘｅｍｅｔｌｒｓｌｓｓｗｅｈｔｔｉｕｎｎｈｏｔｒｎｏｒｎａｉｇｔｅｓｆｗａｅｗｉｈｒｗａｅｈｐｒｉｎａｅｕｔｈｏｄｔａｈｓｍｅｈｄｃｕｄｉｒｖｈｅｑａｉｙｏｍａｅｎｒｃｓｉｇｓｅｄｇｅｔｙ，ｔｕｔｅｓｒｄｔｅｒａ・ｉｅｏｔｏｏｌｍｐｏｅｔｕｌｔｆｉｇｓａｄｐｏｅｓｎｐｅｒａｌｈｓｉｎｕｅｈｅｌｔｍｆＡＦＩｎｒｖｄｄａｎｅｄｓｇｈｕｈｏｈｔｄｆＡＦＳＳａｄｐｏｉｅｗｅｉｎｔｏｇｔｒｔｅｓｕｙｏＩ．ｆＫｅｗｏｄｙｒｓ：ｐｅｐｒｃｓｉｇ；Ｆｅｄｒｇａｒ — ｏｅｓｎｉｌＰｏｒｍｍａｌＧａｅＡｒａｂｅｔｒｙ；ｆｎｅｐｉｔｒｅｔｔｏｉｇｒｒｎｏｉｎａｉｎ；ｆｎｅｐｉｔｉｇｒｒｎ

基于FPGA 和指纹识别的储物柜控制系统设计

基于FPGA 和指纹识别的储物柜控制系统设计吴霞（中国计量大学机电工程学院，杭州310018）摘要：随着人们的安全意识的不断提高，越来越多的产品需要个人身份的认证，指纹识别是当前较为可靠的身份识别方式，应用广泛。

FPGA （现场可编程门阵列）是近年来迅速发展起来的新型可编程器件，具有功耗低，体积小，并行运行等优点，大量运用于数字信号处理领域。

基于这两种技术，以纯硬件电路的方式设计出一款新型的储物柜控制系统。

该系统由指纹传感器、柜门驱动器、FPGA 控制器以及RS485通讯模块组成，可以通过上位机实现远程监控管理。

实验证明，该控制器运行快速稳定，操作便捷。

关键词：储物柜控制系统；指纹识别；FPGA ；纯硬件电路中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1001-7119（2017）05-0162-05DOI:10.13774/ki.kjtb.2017.05.038Design of the Control System of Lockers Based on FPGA and Fingerprint Identification TechnologyWu Xia（College of Mechanical and Electrical Engineering ，China Jiliang University,Hangzhou 310018，China ）Abstract ：In recent years,people's safety awareness is constantly improving,more and more products require the authentication of personal identity,Fingerprint identification is a reliable method of identity recognition,and it has been widely studied and used.FPGA (field programmable gate array)is a new type of programmable devices developed rapidly in recent years.It has the advantages of low power consumption,small size,paralleling operation and so on,and widely used in the field of digital signal processing.On the basis of these two technologies,achieving a new lockers control system through pure hardware circuit.This system is composed of fingerprint sensor,locker drive module,FPGA control module and RS485communication module.At the same time,it can be managed by upper computer inremote distance.It has been verified that this system is running rapidly and operate conveniently.Keywords ：lockers control system ；fingerprint identification ；FPGA ；pure hardware circuit收稿日期：2016-05-12基金项目：2014年“十二五”浙江省级实验教学示范中心重点建设项目。

基于FPGA的指纹识别系统开发文档

基于FPGA的指纹识别系统开发文档一、竞赛小组概况1项目负责人：王晨指导老师：郭万有教授2．简述小组成员技术背景●对CPLD/FPGA的了解程度:该小组成员均学习过与FPGA相关的课程，熟练掌握Verilog HDL语言，熟悉FPGA的编程。

●从事过的与FPGA有关的项目：基于FPGA的数字机顶盒。

●熟练掌握的硬件设计工具：小组成员熟悉MaxplusII、Protel 99SE、EWB、Cadence等硬件工具。

●熟悉的嵌入式系统以及编译环境：熟悉的嵌入式系统有单片机、DSP、ARM9等，编程环境有Medwin、ADS1.2、Visual DSP等二．系统开发设计：1.项目名称及主要内容本项目名称是：基于FPGA的指纹识别模块设计。

主要内容为：本模块采用xilinx公司的Spartan 3E系列XC3S500E 型FPGA作为核心控制芯片，通过富士通公司的MFS300滑动式电容指纹传感器对指纹图象进行提取，然后对提取的指纹图像进行灰度滤波、图像增强、二值化、二值去噪、细化等预处理，得到清晰的指纹图象，再从清晰的指纹图象中提取指纹特征点，存入外部FLASH作为建档模板。

指纹比对时，采用同样的方法获得清晰的指纹图像，建立比对模板，然后将比对模板与建档模板利用点模式匹配算法进行比对，得出比对结果。

该模块利用嵌入式软核实现系统的管理，利用硬件实现指纹识别，保证了系统功能的完整性与识别的正确性。

该识别模块可用于门禁、考勤、安检、保险箱柜等很多方面，也可和计算机等设备联机使用，满足各个方面的不同需求，因此它的设计具有很广泛的应用前景和市场价值。

2.项目关键技术及设计2.1 指纹图像的采集本模块利用美国富士通公司的MFS300滑动式电容指纹传感器对指纹图像进行提取和保存。

这款指纹传感器采用标准CMOS 技术，含有8 位A/D 变换器，能在2.8 V～5 V 的宽电压范围内工作，能自动检测到是否有指纹到达传感器，并实现在线采集。

基于FPGA的指纹识别系统的设计与实现

指纹识别作为生物特征识别的一种方法，在身份识别上有着其他识别方法不可比拟的优越性：指纹具有唯一性、终生不变性、难以复制、易获取等优点。

传统的指纹识别系统基于PC 机，虽然系统的识别速度快，样本存储量大，但存在结构体积大、成本高、移动性能差的缺点；采用DSP 组成的识别系统又存在外围电路复杂、设计开发时间长、系统可扩展性差的问题。

本文给出了一种基于Xilinx 公司FPGA 的指纹识别系统设计方法。

利用Xilinx 公司的EDK 和SG (SystemGenerator)开发软件，创建配置MICOBLAZE 软核，并添加自定义指令与系统逻辑相结合构成完善的SoPC 系统[1]。

该方法采用硬件实现图像的预处理以及识别的部分算法，具有灵活的设计方式，可裁剪、可扩充，并具备系统软硬件可协同设计的特点，极大地提高了处理速度，满足了系统的实时性要求。

1指纹识别的基本原理指纹识别是指从已得到的指纹数据库中查找出与输入指纹相同的指纹数据，达到识别输入者身份的目的。

指纹识别系统主要包括指纹的采集、指纹图像预处理和特征提取、特征模板存储、指纹图像的特征匹配以及输出显示匹配结果[2-3]。

指纹识别系统的基本原理框图如图1所示。

2指纹识别系统设计2.1系统硬件总体设计系统主要实现指纹的录入和识别。

先通过指纹传感基于FPGA 的指纹识别系统的设计与实现郑骏，张丹，潘静(南京工业大学电子与信息工程学院，江苏南京210009)摘要：为了提高指纹识别系统的实时性和处理速度，设计和实现了一种基于FPGA 的嵌入式指纹识别系统。

该系统采用处理器结合自定义硬件逻辑的方法，以下载到FPGA 的MICOBLAZE 嵌入式软核为系统控制模块，运用FPGA 路基单元实现指纹图像的处理。

在设计中，指纹图像处理的算法通过SG(System Generator)软件设计，采用Matlab 语言和Verilog 语音混合编写的方式实现专用的处理模块，较大地提高了系统的处理速度。

基于FPGA的嵌入式指纹采集系统设计

ｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗａｓｆｉｎｉｓｈｅｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｏｆｆ－ｃｈｉｐＳＲＡＭｗａｓｕｓｅｄｔｏｓａｖｅｔｈｅｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ
第３５卷第１期
２０１３年３月
湖北大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏ１．３５Ｎｏ．１
Ｍａｒ．，２０１３
文章编号：１０００ —２３７５（２０１３）０１ — ００８５ —０４
基于ＦＰＧＡ的嵌入式指纹采集系统设计
印辉云，刘云飞，马玲玲，顾敏明
（南京林业大学信息科学技术学院，江苏南京２１００３７）
ｔｈｅｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｓｅｎｓｏｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｄａｔａｔｒａｎｓｆｅｒｂｙｔｈｅＳＰＩｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ａｎｅｍｂｅｄｄｅｄｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
ｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＷｉｔｈｔｈｅＦＰＧＡｃｈｉｐＥＰ２Ｃ３５Ｆ６７２Ｃ６ａｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒａｎｄｔｈｅＭＢＦ２００ａｓ

[毕业设计]基于FPGA的指纹识别系统设计

基于FPGA的指纹识别系统设计第一章绪论1.1 设计背景生物识别技术是利用人的胜物特征进行身份认证的技术, 人的指纹就是生物特征之一。

此外, 生物特征还包括虹膜、视网膜、声音和脸部热谱图等。

指纹识别是生物识别技术中最为成熟的, 其唯一性、稳定性, 一直都被视为身份鉴别的可靠手段之一。

由于最早的指纹识别技术仅仅依靠人工对比，工作效率低下、比对正确率低、对比对人员的要求高，从而使得指纹识别技术无法得到广泛应用。

但随着计算机的出现及其运算速度的迅速提高,使指纹对比鉴定的应用发生了革命性的变化。

使用计算机管理指纹数据库,极大提高了指纹对比的速度,同时由于计算机比对算法的不断改进提高,使指纹比对误识率已降到了10 - 6 以下,不仅可以满足刑侦方面的需要,而且迅速进入了更多的应用领域。

随着光学技术和光学仪器加工工艺的进步,各种采集指纹图案进行身份认证的系统和设备中需要配备的高清晰、无畸变光学采集仪也达到了很高水平,确保可以生成高质量的指纹图像。

计算机运算速度的提高和计算机小型化的进展,使采用微机甚至单片机也可以进行指纹对比运算成为可能。

现代电子集成制造技术使得我们可以生产出相当小的指纹图像读取设备和指纹识别模块。

其成本下降得也很快,大大加快了指纹识别技术的推广速度。

同时人们对消费类产品的要求越来越趋向于小型化，并且对可携带设备的安全性要求也与日俱增。

传统的PC、MCU、或者DSP的处理平台移动性比较差，体积比较大，无法满足人们日益增长的需求。

所以，设计一套体积比较小、速度更快的嵌入式指纹识别系统是非常有意义的。

而本设计正是为了这一目的，选用具有高集成度、低功耗、短开发周期的FPGA来完成此项设计，以实现系统的ASIC为研究背景，具有很强的现实意义和广阔的市场空间。

本系统采用xilinx公司Spartan 3E系列FPGA作为核心控制器件，这款器件采用90ns的先进工艺，最大容量50万门，可支持32位的RISC处理器，具有128 Mbit 并行Flash，足以满足设计的要求。

基于FPGA的指纹识别系统电路模块设计

基于FPGA的指纹识别系统电路模块设计本设计选用具有高集成度、低功耗、短开发周期的FPGA 来完成此项设计，以实现系统的ASIC 为研究背景，具有很强的现实意义和广阔的市场空间。

采用xilinx 公司Spartan 3E 系列FPGA 作为核心控制器件，这款器件采用90ns 的先进工艺，最大容量50 万门，可支持32 位的RISC 处理器，具有128 Mbit 并行Flash，足以满足设计的要求。

该项目利用嵌入式软核实现系统的管理，利用硬件实现识别算法，保证了系统功能的完整性与识别的正确性。

指纹采集模块本设计中采用的是富士通的MBF200 指纹传感器，MBF200 硬件框图如图6所示，采用SPI 模式，所以MBF200 与FPGA 只通MISO，MOSI，/S/C/S，SCLK 四个端口相连接。

/S/C/S 为MBF200 的使能端，SCLK 为MBF200 的系统时钟，当需要采集指纹信号时，FPGA 向/S/C/S 发送低电平，则MBF200 开始工作。

FPGA 通过MOSI 向MBF200 发送控制命令，控制MBF200 的数据输出方式及传输模式。

VDD[3:1]为数字电源输入，VDDA[2:1]为模拟电源输入，VSS[3:1]为数字地，VSSA[2:1]为模拟地，所以如图所接。

而为了防止数字信号对模拟信号的干扰，用10 欧电阻隔开。

并且数字电源输入与相应的数字地之间均接有电容用来阁除非直流信号。

为了防止数字地与信号地之间的干扰，本设计采用0 欧电阻隔离。

0 欧电阻相当于很窄的电流通路，能够有效地限制环路电流，使噪声得到抑制。

电阻在所有频带上都有衰减作用(0 欧电阻也有阻抗)，这点比磁珠强。

MODE[1:0]引脚是用来设定MBF200 所用接口模式的，在本设计中，置MODE[1:0]为01，选定SPI 传输模式。

在SPI 模式当中，AIN，ISET，FEST 三个接口都不会用上，但根据MBF200 内部电路结构，最好接电阻与地相接。

基于FPGA的指纹采集接口设计与实现

基于FPGA的指纹采集接口设计与实现
一、引言相对于密码、证件等传统身份认证技术和诸如语音、虹膜、脸形、签名等其他生物特征识别认证技术而言，指纹识别认证是一种更为理想
的身份认证技术。

其优点体现在：
1.广泛性——每个人的每一跟手指都具有指纹；
2.唯一性——每个人的指纹都不相同，极难进行复制；
3.稳定性——指纹不会随着年龄的增长而改变；
4.易采集性——指纹图像可运用专业的指纹传感器获取，易于开发识别
认证系统。

随着电子商务的发展和消费类电子的普及，越来越多的领域需要指纹识
别系统。

目前，基于、的独立式指纹识别系统已经成功应用于考勤、门禁、安检等领域。

同时，随着微电子技术的进步，设计开发能应用在小型微型系统（如手机、PDA 等）的ASIC 资金资助：上海市科学技术委员会PDC 计划
项目（No. 047062023）和AM 0403 项目（专用集成电路）指纹识别认证系统，将具有很强的现实意义和广阔的市场空间。

由于FPGA（现场可编程门阵列）具有高集成度，低功耗，短开发周期
等优点，本文选用FPGA 作为指纹识别认证系统的核心器件，以控制其依次实现指纹采集、指纹特征点提取、存储、比对等等过程。

可见，指纹识别认证系统的首要任务是如何采集到高质量指纹图像以保证后续任务的完成，而指纹
图像质量不仅与指纹传感器自身的性能有关，也与数据传输通信接口的性能密
切相关。

因此，如何设计性能优良的通信接口是实际系统设计的一个难点问题。

于是本文针对这一问题进行了研究，介绍了一种基于FPGA 与滑动式指纹传感器的指纹采集接口的设计与实现方法。

基于FPGA硬件方式实现的指纹识别系统研究

谢谢观看
结论
本次演示研究了基于FPGA硬件方式实现的指纹识别系统，取得了显著的研究成果。通过将指纹识别算法映射到FPGA上，实现了硬件加速，显著提高了系统的性能和速度。同时，软硬件的协同设计使得系统具有更高的鲁棒性和安全性。本次演示研究的成果可以为其他生物特征识别系统的硬件实现提供参考和借鉴。
然而，本研究仍存在一定的局限性。首先，FPGA属于一种较为昂贵的硬件资源，可能会增加系统的成本。其次，虽然本次演示研究的硬件实现方法在性能上有所提升，但仍需要进一步优化才能更好地适应复杂多变的实际应用场景。未来的研究方向可以包括探索更有效的优化方法、研究多生物特征融合技术以提高系统的鲁棒性和安全性等方面。同时，如何将研究成果应用于实际应用中也是未来研究的重要方向。
创新点和成果
本次演示研究的创新点在于：首先，成功地将指纹识别算法映射到FPGA上，实现了硬件加速；其次，通过软硬件的协同设计，充分发挥了FPGA的高性能优势，提高了指纹识别系统的整体性能；最后，针对特定的优化目标，提出了一种有效的硬件实现方法，降低了系统的成本和功耗。
本次演示的主要成果在于：首先，通过FPGA硬件实现方法，显著提高了指纹识别系统的性能和速度；其次，相较于传统的软件实现方法，硬件实现方法具有更高的鲁棒性和安全性；最后，本次演示研究的成果可以为其他生物特征识别系统的硬件实现提供参考和借鉴。
研究方法
本次演示主要采用了以下研究方法：首先，对指纹识别系统的需求进行分析，明确了系统需要具备的特性；接着，对系统进行设计，包括硬件和软件两个部分；最后，对系统进行测试和分析，比较与传统的软件实现方法的差异。
在硬件实现方面，我们采用了FPGA（现场可编程门阵列）来进行指纹识别算法的加速。FPGA具有高度的灵活性和并行处理能力，适合用于实现高性能的指纹识别系统。我们通过编写硬件描述语言（HDL），将算法的核心部分映射到FPGA 上，实现了硬件加速。

基于FPGA嵌入式指纹识别系统研究的开题报告

基于FPGA嵌入式指纹识别系统研究的开题报告一、选题背景在当今数字化时代，安全问题已成为智能社会中一个主要的关注点。

指纹识别技术是一种受欢迎的生物识别技术，它被广泛应用于办公室门禁控制、安全保障、电子支付等领域。

与传统的密码技术相比，指纹识别技术更加安全、方便和快速。

因此，越来越多的企业和机构正在考虑将指纹识别技术应用到他们的业务中。

FPGA（Field-Programmable Gate Array）也是一项重要的技术，它可以在硬件级别上实现与嵌入式系统相关的功能。

FPGA在嵌入式领域的广泛应用，使它成为指纹识别技术的理想平台。

相比于现有的商用嵌入式指纹识别系统，基于FPGA嵌入式指纹识别系统具有更高的安全性、更低的成本和更好的扩展性。

二、选题意义本项目旨在基于FPGA技术设计一种高效、可靠的嵌入式指纹识别系统。

该系统将采集用户指纹信息，进行处理和比对，从而实现快速而准确的身份验证。

相比于传统的指纹识别系统，本系统具有更高的安全性、更快的响应速度和更低的成本。

基于FPGA的嵌入式指纹识别系统将在各种领域中得到广泛应用，包括无人机、机器人、智能家居等等。

三、预期研究内容和方法本项目的主要研究内容包括以下几个方面：1. 基于FPGA的指纹数据采集电路设计：该部分将研究基于FPGA的指纹数据采集电路的设计和实现。

主要任务包括设计合适的电路、选择合适的芯片和开发板、实现数据采集功能等等。

2. 基于FPGA的指纹图像处理算法研究：该部分将研究基于FPGA的指纹图像处理算法的设计和实现。

主要任务包括指纹图像增强、噪声过滤、特征提取和比对等等。

3. 基于FPGA的嵌入式指纹识别系统设计：该部分将研究基于FPGA的嵌入式指纹识别系统的设计和实现。

主要任务包括软件设计、硬件设计、系统集成等等。

本项目将采用文献研究、需求分析、系统设计和实验验证等方法进行研究。

在实验过程中，将采用现有的指纹识别技术作为对比，评估本系统的性能和可靠性。

基于FPGA的指纹特征点集匹配的设计与实现

基于FPGA的指纹特征点集匹配的设计与实现李大伟，蔡安妮北京邮电大学，北京 (100876)E-mail：davyli1982@摘要：指纹特征点集匹配是指纹硬件粗匹配中的一个重要步骤和环节，本文简要介绍了指纹特征点集匹配的基本原理，基于该原理提出了硬件实现结构，并对各关键模块所用的设计方法进行了详细介绍，仿真结果表明，该设计方案满足设计要求。

关键词：指纹特征点集匹配，FPGA，并行处理中图分类号：TP332.11.引言近年来，指纹自动识别在刑事侦破工作中发挥着越来越重要的作用。

然而对于庞大的指纹库，辨识的时间成为设计指纹自动识别系统一个瓶颈，缓解这一瓶颈的途径之一就是采用带有硬件加速的两级匹配算法，即首先利用硬件实现粗匹配，然后用软件对筛选出的候选指纹再作精细匹配[1]。

硬件粗匹配是基于指纹特征点进行匹配的，它包含两个步骤：指纹对齐和指纹特征点集匹配[2]。

指纹特征点集匹配是指将待匹配指纹和库指纹按照计算出来的指纹旋转偏移量对齐之后，通过计算求出待匹配指纹与库指纹相似的特征点对，最后对这些特征点对进行统计，判断两枚指纹是否匹配。

2.原理介绍给定指纹特征点集A和B，分别对应根据旋转偏移量对齐之后的一枚待匹配指纹和一枚库指纹。

其中A中的点数最多为96，B中的点数最多为128，A和B处于同一个直角坐标系下，点的信息包括X、Y和θ，其中X表示该点的横坐标值，Y表示该点的纵坐标，θ表示该点的纹线方向。

对于点集A中的任一点，要与B中的每一个点进行比较，按照X、Y和θ偏差加权之和最小的原则，求出点集B中与点集A中的这一点最相似的点。

3.硬件实现结构考虑到硬件本身的特点，该算法的硬件实现结构采用了一些专用的设计方法，包括并行处理、乒乓操作和流水线设计，如图1所示为该电路的硬件设计框图。

3.1 并行处理并行处理是硬件设计的一个重要特点和设计方法。

考虑到点集A中的任一点都要与点集B中的每一个点比较，本设计采用并行处理的设计方法，点集A中每一个点对应一个并行比较支路。

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基于FPGA的指纹识别系统设计第一章绪论1.1 设计背景生物识别技术是利用人的胜物特征进行身份认证的技术, 人的指纹就是生物特征之一。

此外, 生物特征还包括虹膜、视网膜、声音和脸部热谱图等。

指纹识别是生物识别技术中最为成熟的, 其唯一性、稳定性, 一直都被视为身份鉴别的可靠手段之一。

由于最早的指纹识别技术仅仅依靠人工对比，工作效率低下、比对正确率低、对比对人员的要求高，从而使得指纹识别技术无法得到广泛应用。

但随着计算机的出现及其运算速度的迅速提高,使指纹对比鉴定的应用发生了革命性的变化。

计算机运算速度的提高和计算机小型化的进展,使采用微机甚至单片机也可以进行指纹对比运算成为可能。

现代电子集成制造技术使得我们可以生产出相当小的指纹图像读取设备和指纹识别模块。

其成本下降得也很快,大大加快了指纹识别技术的推广速度。

同时人们对消费类产品的要求越来越趋向于小型化，并且对可携带设备的安全性要求也与日俱增。

传统的PC、MCU、或者DSP的处理平台移动性比较差，体积比较大，无法满足人们日益增长的需求。

所以，设计一套体积比较小、速度更快的嵌入式指纹识别系统是非常有意义的。

该项目利用嵌入式软核实现系统的管理，利用硬件实现识别算法，保证了系统功能的完整性与识别的正确性。

而识别算法我们采用美国FBI推荐的特征点匹配算法来实现指纹的识别，更保证了系统的实现。

1.2课题目标和研究内容1.2.1 课题目标:以FPGA作为核心控制器件，实现指纹图像的采集、存储、处理和比对等，完成对指纹图像的有效识别。

1.2.2 研究内容：本系统采用xilinx公司Spartan 3E系列FPGA作为核心控制芯片，通过富士通公司的MBF200指纹传感器实现对指纹图象的采集，利用SPI接口传输到FPGA进行数据的存储，利用内嵌的MicroBlaze处理器对指纹图象进行灰度滤波、二值化、二值去噪、细化等预处理，得到清晰的指纹图象，再从清晰的指纹图象中提取指纹特征点并存入指纹数据库作为建档模版。

指纹比对时，采用同样的方法，得到比对模版，然后将比对模版与建档模版利用指纹识别算法进行比对，得出比对结果。

该项目利用嵌入式软核实现系统的管理，利用硬件实现识别算法，保证了系统功能的完整性与识别的正确性。

该识别系统可用于门禁、考勤、证件管理等很多方面，具有很广泛的应用前景。

1.3 研究意义生物识别技术越来越多地被应用于身份验证领域。

指纹因其惟一性、终生不变性和较低的识别成本而成为目前使用最广泛的生物识别技术，在罪犯识别、社会保险、电子商务、信息安全等领域得到广泛的应用。

便携式的指纹识别技术对我们的生活也具有深远的意义。

例如，今后警察可在一个犯罪高发区截住一名嫌疑人，要求其提供指纹而不是身份证或汽车驾照。

此人则将其右手的第一、二或第三个手指置于一个与无线PDA相连的传感器上，可以迅速将嫌疑人与以前的犯罪记录进行对比确认。

这种识别技术对于被盗的手机用户也有好处。

手机开机时要求用户通过一个快速的认证过程，用户将其手指划过传感器，如果通过认证则授权使用手机的各项功能。

如果不是授权用户，手机便继续保持锁住。

如果连续几次认证无法通过，则手机会删除存储器中的关键信息然后关机。

在语音邮件的应用中，当拨出一个语音邮件号码后，用户只需将手指划过传感器便可令系统识别。

有了指纹识别后，便无需使用邮箱密码或个人识别号码。

在今后的汽车应用中，用户可输入家庭成员指纹样本，经鉴权才能驾驶。

注册过程十分简单：每个授权驾驶的成员将其手指置于传感器上，并将汽车的各种参数按个人爱好进行设置，然后将这些设置存入车载的电脑存储器中。

当驾驶者进入汽车时，他/她将手指置于传感器上，启动识别过程。

不到一秒钟，电脑将检测到的指纹模板与存储的模板进行比较，并建立一个与驾驶者相符的相关设置。

指纹模板和匹配软件保存在汽车内的一个嵌入式模块中。

当指纹匹配成功时，汽车便按已编程设定的内部参数来控制后视镜、汽车座椅、无线基站以及车内空气环境。

此外，还可控制驾驶速度，如果驾驶者仅为十来岁的孩子，则将速度限制在每小时55公里。

这些功能的实现具有非常多的用处。

可见，指纹识别技术的应用可以使我们的生活更加方便快捷，更加安全。

同时本项目重点研究基于FPGA的指纹识别系统，利用FPGA高集成度化，低功耗，短开发周期等优点，实现系统的ASIC，具有更加深远的意义和广阔的市场商机。

第二章系统总体设计2.1 硬件框图及各模块介绍：系统采用xilinx公司Spartan－3E 系列FPGA作为核心的控制和运算芯片，数据采集模块由富士通公司的MBF200电容式指纹传感器来完成，MBF200指纹传感器可以完成指纹图像的采集并用其自带的A/D转换器将指纹图像转换成数字信号，利用SPI接口传送至FPGA进行存储。

由FPGA处理采集来的数据，由于FPGA内部存储空间太小，无法存储一张完整的指纹图像，所以将指纹数据暂时存储在SDRAM中。

当处理图像数据时，FPGA通过读取SDRAM的指纹数据，并在其逻辑单元中进行滤波、灰度归一化、二值化、细化和特征值提取等操作，从而获得重要的指纹图像信息。

系统操作时首先利用键盘选择指纹存储模式，将获得的指纹图像信息存储到FLASH中作为指纹数据库，然后切换到指纹识别模式，再利用上述方法获得指纹图像信息。

通过FPGA调用指纹数据库中的数据，寻找与之匹配的指纹信息，最后将比对结果在LCD中显示。

本系统还可利用RS232与计算机进行通讯，可以方便扩展，使得系统可以应用到更多的领域。

系统框图如下图1。

图1 系统框图2.2 项目关键技术及创新性： 2.2.1 传感器的选择目前，市面上存在很多种类的指纹传感器，应用最广泛的有光学、电容、电磁波、压力、微电机和热学指纹传感器。

而本系统采用美国富士通公司的MBF200电容指纹采集传感器来实现对指纹图像的采集，该款指纹传感器采用标准的CMOS 技术，含有8位A/D 转换器，工作在3.3V ～5V 的宽电压范围，能自动检测是否有指纹到达传感器，并实现在线采集，它的最大优点是在保证指纹图像高分辨率(500dpi)的同时大大减少了传感器的尺寸。

利用此传感器可以完全满足系统的设计任务。

2.2.2 指纹图像的预处理图像预处理的主要步骤包括：灰度值归一化、图像分割、滤波、图像增强、二值化、细化等。

预处理的目的是改善输入指纹图像的质量，以提高特征提取的准确性。

原始指纹图像一般存在噪声污染、脊线断裂或脊线模糊等问题，需要进行图像增强（使用滤波技术）以改善质量。

由于指纹特征仅包含在脊线的形状结构中，所以，通过归一化、二值化和细化把深浅不一、宽度不同的脊线变成灰度相同、单像素宽的细脊线，以便于特征提取。

(1) 图像归一化归一化处理是对原始指纹灰度图像上每一象素点的一种操作，人为改变它的灰度值，消除指纹录入传感器表面的残留噪音以及手指按压力差异对指纹图像的影响，把图像分为w w ⨯的子块，对于每一子块求其灰度均值Mi 和方差Vi 。

子块灰度均值和方差的计算按如下公式：111(,)w wx y Mi I x y w w===⨯∑∑ （1）2111[(,)]w wx y Vi I x y Mi w w ===-⨯∑∑ （2）其中I （x ，y ）为子块中象素（x ，y ）的灰度值，子块归一化的目的是调整均值和方差到一个期望的范围，如果用G(i ，j)表示（x ，y ）点的归一化后的值，那么第I 个子块归一化后灰度值为：00,(i j (,)i j I M M G i j M M ⎧〉+⎪⎪=⎨⎪〈-⎪⎩若，）；I(，）；(3)如果：0M M ，则把灰度值为0M 全部归0作为背景处理，这样可以有效地去除传感器表面残留纹印引入的噪声。

其中0M ，0Var 均为期望的均值和方差，M 为实验后得到的门槛值，(,)I i j Mi -为像素点的灰度幅度，经比率调制后，加到期望的均值上。

使得原来方差大的点归一化后幅度更大，反之相反；而灰度值大或者小于均值的点，归一化后继续大或小于期望均值，而且归一化为点操作，不会改变指纹的纹理结构。

（2）图像分割在采集到指纹图像后，首先要进行指纹图像分割，即把图像分割为指纹区与非指纹区，目的是割除白背景区和背景区，保留前景区，尽可能保留模糊区中能恢复的部分，以便后续处理能够集中于有效区域，这不仅能提高特征提取的精确度，还能大大减少指纹预处理的时间。

目前常用的指纹图像分割的一般方法是：一种是基于图像灰度特性的灰度均值分割，这种分割容易把有效部分割除掉，而把用力重的模糊不清的区域保留；另一种是基于灰度方差的阈值分割，这种单一分割方法不适合低对比度的图像；第三种是基于指纹纹理的方向性，利用方向图对指纹图像进行分割。

这种方法的分割效果依赖于所求点方向图及块方向图的可靠性，对图像灰度的对比度的高低并不敏感。

但是对于指纹不连续、单一灰度等难以正确估计的区域及中心、三角附近，方向变化剧烈的区域，方向图分割则难以取得令人满意的效果。

我们将指纹图像分为前景区、背景区、模糊区和白背景区，其中白背景区是指指纹图像中不含指纹纹线的边界区域，这类区域也是应该包括在割除的区域，所以为了能正确划分这4类区域，更准确地割去白背景区和背景区，并保留前景区和模糊区中可恢复的区域，把整个分割过程分为3级，分割的基本单元为88⨯大小不相交叠的块。

第一级分割为白背景区分割，第二级分割为模糊区分割，第三级分割为背景区分割，白背景区灰度均值很低，而且由于没有纹线峰和谷的变化，方差也很小，因此白背景区的判断采用：(1) 块灰度均值：151500(8,8)88i j I i m j n mean ==+⨯+⨯=⨯∑∑(2) 块灰度方差1515200((8,8))var 88i j I i m j n mean iance ==+⨯+⨯-=⨯∑∑第一级分割的判决为：当mean 小于预定义的阈值T1且variance 也小于预定义的阈值T2即同时满足上述两个条件时，该块为白背景块，删除掉。