基于dsp的指纹识别系统研究的英文文献译文

高级工程论坛。1（2011）97-101页

在线自2011/Sep/09提供

(2011)瑞士科技刊物

DOI：10.4028//AEF.1.97

基于DSP的嵌入式自动指纹识别系统的设计

孙红

安全和环境保护署，

浙江警官职业学院，杭州，浙江，中国310018

sunhong@

关键词：自动指纹识别算法，数字信号处理，嵌入式系统

摘要：在嵌入式系统中，自动指纹识别算法具有较高的时间和空间复杂度。就如何降低其复杂性是研究的课题之一。本文概述了指纹识别过程和算法平台的选择。详细介绍了基于DSP的嵌入式指纹识别硬件系统设计，包括微处理器、指纹传感器和它们之间通信的选用。另外，说明了主要软件组成和流程。最后，通过外围串行接口进行模拟仿真。

1引言

随着计算机和信息技术的快速发展，生物特征识别技术已经被广泛关注。生物特征识别是通过一个人的生理特点来鉴别身份的过程。使用生物特征识别是一种非常安全的身份鉴别方法，因为特征问题是一个人特有的。这意味着它不容易共享、交换、被盗。生物特征识别技术主要体现在两方面：生理特征和行为特征。生理特征是一个人本身的生理性状，行为特征是受环境影响的习惯性动作。例如，指纹、其它生理特性,通常不会改变除了事故或疾病的影响，但一个签名、或其它行为特征，会随着年龄改变。生理特征识别包括指纹识别、视网膜识别和手形识别，行为特征识别包括签名识别和声音识别。每一种生物识别可以用一些参数描述，如普遍性、唯一性、永久性、采集、性能评价、拒真率。根据上述参数统计,指纹识别有很大的优势。

（1）据统计，国际生物集团(IBG)是生物和身份管理行业领先的独立集成和咨询公司，其指纹识别的市场份额比每年市场收入同比增加约66％

（2）所以，指纹识别是世界上最需求的生物识别技术

近年来，国内外的自动指纹识别技术已经取得很大的进展，且有很多指纹产品。许多人认为自动指纹识别技术已经完全解决了，但由测试指纹验证竞争(FVC)的结果显示，自动指纹识别技术仍有许多问题需要解决。高精度计算算法需要比较长的时间和消耗更多的存储空间，这导致用户在实际应用中很难接受。因此，基于高性能CPU的嵌入式指纹识别系统是研究的方向之一。本文研究了基于DSP的硬件和软件的指纹识别系统。

2 指纹识别流程

通常，自动指纹识别有三个步骤，包括图像采集、特征提取和特征匹配。指纹由手指表面上的一系列脊线和谷线组成。图像采集是指将手指线脊和谷线信息通过设备转换为数字图像。特征提取是指通过数字图像提取指纹特征。特征匹配是指纹特征与指纹数据库的指纹信息是否匹配。因此，匹配两个指纹图像通常是提取符合指纹图像之间的特征。

自动指纹识别系统主要有两种类型。一种是指纹验证，另一种是指纹识别。为验证,用户需要输入用户名和指纹，然后指纹模板将用户名存储在数据库中。两个指纹匹配是一对一的方式，所以该系统被称为一对一匹配系统。进行识别，用户只需要输入指纹，然后与存储在数据库中的指纹模板进行多次比较，所以该系统被称为一对多匹配系统[3](见图1)。

图1 识别过程的一对多匹配系统

指纹识别算法的选择

指纹识别算法是指纹识别技术产品的核心。目前，基于PC的指纹识别算法相对比较成熟，但基于多种嵌入式系统应用指纹识别算法有相对较大的发展空间。因为计算和内存资源在嵌入式系统中是有限的，它很难在嵌入式系统中实现指纹识别算法。

目前，基于DSP或ARM的嵌入式指纹识别算法，如果系统平台是DSP，算法性能相对较强，识别速度快，但算法很难更好的发展且成本较高。如果系统平台是ARM，有很大发展空间，但识别速度和性能差，不被广泛应用。相比之下，基于DSP的嵌入式指纹识别系统的被认可。

3 嵌入式指纹识别系统的硬件设计

3.1 系统结构

以指纹存取控制系统为例，它包括微处理器、指纹传感器、液晶显示模块、小键盘、时钟控制芯片、电磁锁和电源等等。微处理器控制整个系统。指纹识别模块实现了指纹特征采集、匹配、存储和删除功能，液晶显示模块显示打开记录，实时时钟、操作技巧和其他信息。LCD和小键盘组成人机界面。图2是指纹访问控制系统的系统框图。

图2 系统的硬件结构框图

3.2 微处理器的选择

考虑到产品性能价格和广阔市场研究的基础上，选择了单片机SPCE061A，SPCE061A单片机是一个16位的产品，携带最新的16位微处理器µ’Nsp TM，是由凌阳科技研发的。高处理速度保证了µ’Nsp TM能够容易、迅速地处理复杂的数字信号。它包括以下特点：

（1）CPU时钟:0.32 MHz - 49.152 MHz

（2）32K字闪存

（3）2K字SRAM

（4）两个10位DAC输出

（5）32个通用I / Os(位可编程)

（6）有两个优先级级别的14 INT

（7）八通道10位模数转换器

（8）串行接口I / O(SIO)

(9) UART接收机和发射机(全双工)

(10) 低电压和低电压检测复位

(11) 监督启用(键选项)

(12) ICE 功能开发和下载到闪存存储器

(13) 保护代码读和写的安全功能。

3.3 指纹传感器的选择

目前使用的指纹传感器主要基于三种技术：光学技术、半导体硅技术、超声波技术。指纹卡AB(指纹卡)公司主要从事生物技术产品的研发，FPC1011F是其主要产品。FPC1011F是一个基于新的Certus传感器平台的前沿电容式指纹传感器。反射的

电容测量原理是可呈现优质的图像品质，在每个像素具有256灰阶呈现像素。这个反射测量法是透过手指感应视窗直接送一个信号到手指。另外专有的技术是在感应器表面上涂上特殊保护漆以达到坚固抗刮的特性。FPC1011F具有大于15kv抗静电保护（ESD），表面耐刮，防碰击及手指的按压耐磨损。具有3D技术的感应器对干或湿手指皆可辨识无碍。SPI接口以最小的电线高速读出数据，SPI接口支持的速度取决于当前系统的时钟速度，这个特性使得传感器用于广泛的控制单元。

3.4 微处理器和指纹传感器之间的SPI通信

因为FPC1011F接口是SPI和SPCE061A单片机没有标准的SPI端口，SPI接口只能通过使用一个共同的I / O接口在SPCE061A单片机中传输模拟数据来控制指纹传感器。

图3 微处理器和指纹传感器之间的通信接口

4 嵌入式指纹识别系统的软件设计

4.1 模块和功能分析

根据硬件模块，软件框架主要包括指纹处理模块、液晶显示模块、实时时钟模块、键盘扫描模块等。指纹处理模块负责处理处理器和指纹传感器之间的命令并返回代码信息。根据时间序列,液晶模块显示汉字和其他符号。实时时钟模块实现了读和写操作的时钟芯片。基于4 * 4键盘扫描模块设计原则确定他们是否有击键和键的名字。

根据功能，软件主要包括指纹打开子程序、指纹管理子程序、密码管理子程序、系统设置子程序、实时时钟显示子程序。如果不通过管理器的许可，所有子程序不