基于dsp的指紋識(shí)別系統(tǒng)研究報(bào)告的英文文獻(xiàn)譯文

.z高級(jí)工程論壇。1〔2011〕97-101頁(yè)在線自2011/Sep/09提供.(2011)瑞士科技刊物基于DSP的嵌入式自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*紅平安和環(huán)境保護(hù)署，**警官職業(yè)學(xué)院，**，**，中國(guó)310018sunhongzjjy..關(guān)鍵詞：自動(dòng)指紋識(shí)別算法，數(shù)字信號(hào)處理，嵌入式系統(tǒng)摘要：在嵌入式系統(tǒng)中，自動(dòng)指紋識(shí)別算法具有較高的時(shí)間和空間復(fù)雜度。就如何降低其復(fù)雜性是研究的課題之一。本文概述了指紋識(shí)別過程和算法平臺(tái)的選擇。詳細(xì)介紹了基于DSP的嵌入式指紋識(shí)別硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括微處理器、指紋傳感器和它們之間通信的選用。另外，說明了主要軟件組成和流程。最后，通過外圍串行接口進(jìn)展模擬仿真。引言隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的快速開展，生物特征識(shí)別技術(shù)已經(jīng)被廣泛關(guān)注。生物特征識(shí)別是通過一個(gè)人的生理特點(diǎn)來鑒別身份的過程。使用生物特征識(shí)別是一種非常平安的身份鑒別方法，因?yàn)樘卣鲉栴}是一個(gè)人特有的。這意味著它不容易共享、交換、被盜。生物特征識(shí)別技術(shù)主要表達(dá)在兩方面：生理特征和行為特征。生理特征是一個(gè)人本身的生理性狀，行為特征是受環(huán)境影響的習(xí)慣性動(dòng)作。例如，指紋、其它生理特性,通常不會(huì)改變除了事故或疾病的影響，但一個(gè)簽名、或其它行為特征，會(huì)隨著年齡改變。生理特征識(shí)別包括指紋識(shí)別、視網(wǎng)膜識(shí)別和手形識(shí)別，行為特征識(shí)別包括簽名識(shí)別和聲音識(shí)別。每一種生物識(shí)別可以用一些參數(shù)描述，如普遍性、唯一性、永久性、采集、性能評(píng)價(jià)、拒真率。根據(jù)上述參數(shù)統(tǒng)計(jì),指紋識(shí)別有很大的優(yōu)勢(shì)?！?〕據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)際生物集團(tuán)(IBG)是生物和身份管理行業(yè)領(lǐng)先的獨(dú)立集成和咨詢公司，其指紋識(shí)別的市場(chǎng)份額比每年市場(chǎng)收入同比增加約66％〔2〕所以，指紋識(shí)別是世界上最需求的生物識(shí)別技術(shù)近年來，國(guó)內(nèi)外的自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，且有很多指紋產(chǎn)品。許多人認(rèn)為自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)完全解決了，但由測(cè)試指紋驗(yàn)證競(jìng)爭(zhēng)(FVC)的結(jié)果顯示，自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)仍有許多問題需要解決。高精度計(jì)算算法需要比擬長(zhǎng)的時(shí)間和消耗更多的存儲(chǔ)空間，這導(dǎo)致用戶在實(shí)際應(yīng)用中很難承受。因此，基于高性能CPU的嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)是研究的方向之一。本文研究了基于DSP的硬件和軟件的指紋識(shí)別系統(tǒng)。2指紋識(shí)別流程通常，自動(dòng)指紋識(shí)別有三個(gè)步驟，包括圖像采集、特征提取和特征匹配。指紋由手指外表上的一系列脊線和谷線組成。圖像采集是指將手指線脊和谷線信息通過設(shè)備轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。特征提取是指通過數(shù)字圖像提取指紋特征。特征匹配是指紋特征與指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的指紋信息是否匹配。因此，匹配兩個(gè)指紋圖像通常是提取符合指紋圖像之間的特征。自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)主要有兩種類型。一種是指紋驗(yàn)證，另一種是指紋識(shí)別。為驗(yàn)證,用戶需要輸入用戶名和指紋，然后指紋模板將用戶名存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。兩個(gè)指紋匹配是一對(duì)一的方式，所以該系統(tǒng)被稱為一對(duì)一匹配系統(tǒng)。進(jìn)展識(shí)別，用戶只需要輸入指紋，然后與存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋模板進(jìn)展屢次比擬，所以該系統(tǒng)被稱為一對(duì)多匹配系統(tǒng)[3](見圖1)。圖1識(shí)別過程的一對(duì)多匹配系統(tǒng)指紋識(shí)別算法的選擇指紋識(shí)別算法是指紋識(shí)別技術(shù)產(chǎn)品的核心。目前，基于PC的指紋識(shí)別算法相比照擬成熟，但基于多種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用指紋識(shí)別算法有相對(duì)較大的開展空間。因?yàn)橛?jì)算和內(nèi)存資源在嵌入式系統(tǒng)中是有限的，它很難在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別算法。目前，基于DSP或ARM的嵌入式指紋識(shí)別算法，如果系統(tǒng)平臺(tái)是DSP，算法性能相對(duì)較強(qiáng)，識(shí)別速度快，但算法很難更好的開展且本錢較高。如果系統(tǒng)平臺(tái)是ARM，有很大開展空間，但識(shí)別速度和性能差，不被廣泛應(yīng)用。相比之下，基于DSP的嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的被認(rèn)可。3嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)構(gòu)造以指紋存取控制系統(tǒng)為例，它包括微處理器、指紋傳感器、液晶顯示模塊、小鍵盤、時(shí)鐘控制芯片、電磁鎖和電源等等。微處理器控制整個(gè)系統(tǒng)。指紋識(shí)別模塊實(shí)現(xiàn)了指紋特征采集、匹配、存儲(chǔ)和刪除功能，液晶顯示模塊顯示翻開記錄，實(shí)時(shí)時(shí)鐘、操作技巧和其他信息。LCD和小鍵盤組成人機(jī)界面。圖2是指紋控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。圖2系統(tǒng)的硬件構(gòu)造框圖3.2微處理器的選擇考慮到產(chǎn)品性能價(jià)格和廣闊市場(chǎng)研究的根底上，選擇了單片機(jī)SPCE061A，SPCE061A單片機(jī)是一個(gè)16位的產(chǎn)品，攜帶最新的16位微處理器μ’NspTM，是由凌陽科技研發(fā)的。高處理速度保證了μ’NspTM能夠容易、迅速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。它包括以下特點(diǎn)：〔1〕CPU時(shí)鐘:0.32MHz-49.152MHz 〔2〕32K字閃存〔3〕2K字SRAM〔4〕兩個(gè)10位DAC輸出〔5〕32個(gè)通用I/Os(位可編程)〔6〕有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)級(jí)別的14INT 〔7〕八通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器〔8〕串行接口I/O(SIO) (9)UART接收機(jī)和發(fā)射機(jī)(全雙工) (10)低電壓和低電壓檢測(cè)復(fù)位(11)監(jiān)視啟用(鍵選項(xiàng))(12)ICE功能開發(fā)和下載到閃存存儲(chǔ)器(13)保護(hù)代碼讀和寫的平安功能。3.3指紋傳感器的選擇目前使用的指紋傳感器主要基于三種技術(shù)：光學(xué)技術(shù)、半導(dǎo)體硅技術(shù)、超聲波技術(shù)。指紋卡AB(指紋卡)公司主要從事生物技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)，F(xiàn)PC1011F是其主要產(chǎn)品。FPC1011F是一個(gè)基于新的Certus傳感器平臺(tái)的前沿電容式指紋傳感器。反射的電容測(cè)量原理是可呈現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的圖像品質(zhì)，在每個(gè)像素具有256灰階呈現(xiàn)像素。這個(gè)反射測(cè)量法是透過手指感應(yīng)視窗直接送一個(gè)信號(hào)到手指。另外專有的技術(shù)是在感應(yīng)器外表上涂上特殊保護(hù)漆以到達(dá)鞏固抗刮的特性。FPC1011F具有大于15kv抗靜電保護(hù)〔ESD〕，外表耐刮，防碰擊及手指的按壓耐磨損。具有3D技術(shù)的感應(yīng)器對(duì)干或濕手指皆可辨識(shí)無礙。SPI接口以最小的電線高速讀出數(shù)據(jù)，SPI接口支持的速度取決于當(dāng)前系統(tǒng)的時(shí)鐘速度，這個(gè)特性使得傳感器用于廣泛的控制單元。3.4微處理器和指紋傳感器之間的SPI通信因?yàn)镕PC1011F接口是SPI和SPCE061A單片機(jī)沒有標(biāo)準(zhǔn)的SPI端口，SPI接口只能通過使用一個(gè)共同的I/O接口在SPCE061A單片機(jī)中傳輸模擬數(shù)據(jù)來控制指紋傳感器。圖3微處理器和指紋傳感器之間的通信接口4嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1模塊和功能分析根據(jù)硬件模塊，軟件框架主要包括指紋處理模塊、液晶顯示模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、鍵盤掃描模塊等。指紋處理模塊負(fù)責(zé)處理處理器和指紋傳感器之間的命令并返回代碼信息。根據(jù)時(shí)間序列,液晶模塊顯示漢字和其他符號(hào)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊實(shí)現(xiàn)了讀和寫操作的時(shí)鐘芯片?；?*4鍵盤掃描模塊設(shè)計(jì)原則確定他們是否有擊鍵和鍵的名字。根據(jù)功能，軟件主要包括指紋翻開子程序、指紋管理子程序、密碼管理子程序、系統(tǒng)設(shè)置子程序、實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示子程序。如果不通過管理器的許可，所有子程序不能，除了指紋翻開子程序和實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示子程序。指紋管理子程序包括指紋模板注冊(cè)、刪除、去除和翻開瀏覽記錄。密碼管理子程序主要用于改密碼和打放。時(shí)間設(shè)置和日期設(shè)置使系統(tǒng)設(shè)置子程序。系統(tǒng)主程序負(fù)責(zé)初始化，從信息隊(duì)列獲得信息，初始化子程序。4.2SPCE061A單片機(jī)的SPI模擬時(shí)序基于SPCE061A單片機(jī)的SPI通信系統(tǒng)由CPU和指紋傳感器組成。SPCE061A主控制器是控制指紋傳感器來實(shí)現(xiàn)傳感器的初始化、數(shù)據(jù)等。用通用I/O接口，以下是SPI通信的局部代碼。Start_SPI();Init_FPC1011F();SPI_SendByte(READ_SENSOR);SPI_SendByte(0*00);for(j=0;j<400;j++){SPI_SendByte(READ_SPI_STATUS);SPI_SendByte(0*00);val=SPI_RecByte();}SPI_SendByte(READ_SPI_DATA);SPI_SendByte(0*00);hhDelay(384);for(i1=0;i1<200;i1++)//readingpi*elmatri*offingerprints{hhDelay(170);for(j1=0;j1<152;j1++){hhDelay(170);Img_SPI[t++]=SPI_RecByte();}}Disable_Spi();5總結(jié)相比于計(jì)算能力強(qiáng)但控制能力差的DSP指紋識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)最大的創(chuàng)新在于控制核心的16位SOC芯片SPCE061A，它不僅有較強(qiáng)的控制功能，也有強(qiáng)大的DSP計(jì)算能力。該系統(tǒng)擴(kuò)展后可以應(yīng)用于指紋鎖、PDA設(shè)備、無鎖汽車等。參考文獻(xiàn)[1]YuanWeiqi,KeLi,BaiYun,Biometricfeatureidentificationtechnology.Beijing:Sciencepress,2009,p.8[2]Informationon.ibgweb./products/reports/bmir-2009-2014[3]ZhuEn,YinJianping,ZhangGuoming,HuChunfeng,Automatedfingerprintidentificationte