基于dsp的指紋識別系統(tǒng)研究報告的英文文獻譯文

.z高級工程論壇。1〔2011〕97-101頁在線自2011/Sep/09提供.(2011)瑞士科技刊物基于DSP的嵌入式自動指紋識別系統(tǒng)的設(shè)計*紅平安和環(huán)境保護署，**警官職業(yè)學(xué)院，**，**，中國310018sunhongzjjy..關(guān)鍵詞：自動指紋識別算法，數(shù)字信號處理，嵌入式系統(tǒng)摘要：在嵌入式系統(tǒng)中，自動指紋識別算法具有較高的時間和空間復(fù)雜度。就如何降低其復(fù)雜性是研究的課題之一。本文概述了指紋識別過程和算法平臺的選擇。詳細介紹了基于DSP的嵌入式指紋識別硬件系統(tǒng)設(shè)計，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展模擬仿真。引言隨著計算機和信息技術(shù)的快速開展，生物特征識別技術(shù)已經(jīng)被廣泛關(guān)注。生物特征識別是通過一個人的生理特點來鑒別身份的過程。使用生物特征識別是一種非常平安的身份鑒別方法，因為特征問題是一個人特有的。這意味著它不容易共享、交換、被盜。生物特征識別技術(shù)主要表達在兩方面：生理特征和行為特征。生理特征是一個人本身的生理性狀，行為特征是受環(huán)境影響的習(xí)慣性動作。例如，指紋、其它生理特性,通常不會改變除了事故或疾病的影響，但一個簽名、或其它行為特征，會隨著年齡改變。生理特征識別包括指紋識別、視網(wǎng)膜識別和手形識別，行為特征識別包括簽名識別和聲音識別。每一種生物識別可以用一些參數(shù)描述，如普遍性、唯一性、永久性、采集、性能評價、拒真率。根據(jù)上述參數(shù)統(tǒng)計,指紋識別有很大的優(yōu)勢。〔1〕據(jù)統(tǒng)計，國際生物集團(IBG)是生物和身份管理行業(yè)領(lǐng)先的獨立集成和咨詢公司，其指紋識別的市場份額比每年市場收入同比增加約66％〔2〕所以，指紋識別是世界上最需求的生物識別技術(shù)近年來，國內(nèi)外的自動指紋識別技術(shù)已經(jīng)取得很大的進展，且有很多指紋產(chǎn)品。許多人認為自動指紋識別技術(shù)已經(jīng)完全解決了，但由測試指紋驗證競爭(FVC)的結(jié)果顯示，自動指紋識別技術(shù)仍有許多問題需要解決。高精度計算算法需要比擬長的時間和消耗更多的存儲空間，這導(dǎo)致用戶在實際應(yīng)用中很難承受。因此，基于高性能CPU的嵌入式指紋識別系統(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別系統(tǒng)。2指紋識別流程通常，自動指紋識別有三個步驟，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)庫的指紋信息是否匹配。因此，匹配兩個指紋圖像通常是提取符合指紋圖像之間的特征。自動指紋識別系統(tǒng)主要有兩種類型。一種是指紋驗證，另一種是指紋識別。為驗證,用戶需要輸入用戶名和指紋，然后指紋模板將用戶名存儲在數(shù)據(jù)庫中。兩個指紋匹配是一對一的方式，所以該系統(tǒng)被稱為一對一匹配系統(tǒng)。進展識別，用戶只需要輸入指紋，然后與存儲在數(shù)據(jù)庫中的指紋模板進展屢次比擬，所以該系統(tǒng)被稱為一對多匹配系統(tǒng)[3](見圖1)。圖1識別過程的一對多匹配系統(tǒng)指紋識別算法的選擇指紋識別算法是指紋識別技術(shù)產(chǎn)品的核心。目前，基于PC的指紋識別算法相比照擬成熟，但基于多種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用指紋識別算法有相對較大的開展空間。因為計算和內(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)中實現(xiàn)指紋識別算法。目前，基于DSP或ARM的嵌入式指紋識別算法，如果系統(tǒng)平臺是DSP，算法性能相對較強，識別速度快，但算法很難更好的開展且本錢較高。如果系統(tǒng)平臺是ARM，有很大開展空間，但識別速度和性能差，不被廣泛應(yīng)用。相比之下，基于DSP的嵌入式指紋識別系統(tǒng)的被認可。3嵌入式指紋識別系統(tǒng)的硬件設(shè)計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、時鐘控制芯片、電磁鎖和電源等等。微處理器控制整個系統(tǒng)。指紋識別模塊實現(xiàn)了指紋特征采集、匹配、存儲和刪除功能，液晶顯示模塊顯示翻開記錄，實時時鐘、操作技巧和其他信息。LCD和小鍵盤組成人機界面。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)品性能價格和廣闊市場研究的根底上，選擇了單片機SPCE061A，SPCE061A單片機是一個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。它包括以下特點：〔1〕CPU時鐘:0.32MHz-49.152MHz 〔2〕32K字閃存〔3〕2K字SRAM〔4〕兩個10位DAC輸出〔5〕32個通用I/Os(位可編程)〔6〕有兩個優(yōu)先級級別的14INT 〔7〕八通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器〔8〕串行接口I/O(SIO) (9)UART接收機和發(fā)射機(全雙工) (10)低電壓和低電壓檢測復(fù)位(11)監(jiān)視啟用(鍵選項)(12)ICE功能開發(fā)和下載到閃存存儲器(13)保護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是一個基于新的Certus傳感器平臺的前沿電容式指紋傳感器。反射的電容測量原理是可呈現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的圖像品質(zhì)，在每個像素具有256灰階呈現(xiàn)像素。這個反射測量法是透過手指感應(yīng)視窗直接送一個信號到手指。另外專有的技術(shù)是在感應(yīng)器外表上涂上特殊保護漆以到達鞏固抗刮的特性。FPC1011F具有大于15kv抗靜電保護〔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)器對干或濕手指皆可辨識無礙。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)的時鐘速度，這個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通信因為FPC1011F接口是SPI和SPCE061A單片機沒有標準的SPI端口，SPI接口只能通過使用一個共同的I/O接口在SPCE061A單片機中傳輸模擬數(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嵌入式指紋識別系統(tǒng)的軟件設(shè)計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、實時時鐘模塊、鍵盤掃描模塊等。指紋處理模塊負責(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)時間序列,液晶模塊顯示漢字和其他符號。實時時鐘模塊實現(xiàn)了讀和寫操作的時鐘芯片?；?*4鍵盤掃描模塊設(shè)計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、實時時鐘顯示子程序。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時時鐘顯示子程序。指紋管理子程序包括指紋模板注冊、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)主程序負責(zé)初始化，從信息隊列獲得信息，初始化子程序。4.2SPCE061A單片機的SPI模擬時序基于SPCE061A單片機的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)相比于計算能力強但控制能力差的DSP指紋識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)最大的創(chuàng)新在于控制核心的16位SOC芯片SPCE061A，它不僅有較強的控制功能，也有強大的DSP計算能力。該系統(tǒng)擴展后可以應(yīng)用于指紋鎖、PDA設(shè)備、無鎖汽車等。參考文獻[1]YuanWeiqi,KeLi,BaiYun,Biometricfeatureidentificationtechnology.Beijing:Sciencepress,2009,p.8[2]Informationon.ibgweb./products/reports/bmir-2009-2014[3]ZhuEn,YinJianping,ZhangGuoming,HuChunfeng,Automatedfingerprintidentificationte