嵌入式系统/ARM技术中的基于新型指纹识别系统的设计与实现
92 浏览量
2020-10-23
07:17:14
上传
评论
收藏 120KB PDF 举报
嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的基于新型指纹识别系统的设计与实技术中的基于新型指纹识别系统的设计与实
现现
相对于人体其他的生物特征而言我们手掌及其手指、脚、脚趾内侧表面的皮肤凸凹不平产生的纹路会形成各种
各样的图案。这些纹路的存在增加了皮肤表面的摩擦力，使得我们能够用手来抓起重物。人们也注意到，包括
指纹在内的这些皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，是唯一的。依靠这种唯一性，我们
就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身
份。这种依靠人体的身体特征来进行身份验证的技术称为生物识别技术，指纹识别是生物识别技术的一种。验
证和辨识在比对算法和系统设计上各具技术特点。例如验证系统一般只考虑对完整的指纹进行比对，而辨识系
统要考虑残纹的比对；验证
相对于人体其他的生物特征而言我们手掌及其手指、脚、脚趾内侧表面的皮肤凸凹不平产生的纹路会形成各种各样的图
案。这些纹路的存在增加了皮肤表面的摩擦力，使得我们能够用手来抓起重物。人们也注意到，包括指纹在内的这些皮肤的纹
路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，是唯一的。依靠这种唯一性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通
过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份。这种依靠人体的身体特征来进行身份验证的技术称为
生物识别技术，指纹识别是生物识别技术的一种。验证和辨识在比对算法和系统设计上各具技术特点。例如验证系统一般只考
虑对完整的指纹进行比对，而辨识系统要考虑残纹的比对；验证系统对比对算法的速度要求不如辨识系统高，但更强调易用
性；另外在辨识系统中，一般要使用分类技术来加快查询的速度。
本系统采用高性能、低功耗的DSP芯片TMS320VC5501作为核心处理器，扩展了SDRAM和FLASH存储器，集成了
CMOS图像采集器、LCD、键盘、JTAG仿真接口USB等外设，设计紧凑、布局合理；充分利用了片上资源，仅用一片DSP芯
片完成了从指纹图像获取、预处理、指纹匹配及结果显示等功能。
1 指纹识别基本原理指纹识别基本原理
指纹识别主要涉及指纹采集、图像预处理、特征提取、特征匹配等过程。首先，通过指纹采集设备获取指纹的数字图像，
并对原始图像进行预处理，提高图像质量。然后，指纹识别算法从指纹图像中提取出所需的特征数据，根据需要将特征信息存
入指纹数据库中。最后，用当前获得的特征数据与预存在特征库中数指纹模板进行比对，通过匹配算法计算出它们的相似程
度，从而得到两幅指纹图像的匹配结果。指纹识别原理框图如图1所示。
2 系统硬件设计与研究系统硬件设计与研究
指纹识别系统硬件平台是应用程序与指纹识别算法运行的物理平台。综合考虑器件选型、结构简单、低功耗、低成本、工
作稳定、可扩展接口与调试方便等方面的因素，确定了系统硬件设计方案，其组成部分为：核心处理器（DSP）、系统电源
管理、存储设备（SDRAM和FLASH）、指纹采集头、人机交互模块（键盘和LCD）、在线仿真接口（JTAG）。整个系统硬
件结构如图2所示。
2.1 系统核心处理器系统核心处理器
DSP是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发
展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实
信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德
州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。
TMS320VC5501是美国德州仪器（TI）公司生产的一款高性能、低功耗的16 bit定点DSP芯片。该芯片时钟频率最高可达
300 MHz，配以双乘加结构，每秒最高可以完成600万次乘加运算。采用改进的哈佛结构，芯片内部有1组程序总线、3组数据
读总线和2组数据写总线，使得系统在一个时钟周期内能完成3次读和2次写的操作，并且提供了专用的汇编指令，极大地提高
了数据处理能力。
2.2 存储器扩展存储器扩展
TMS320VC5501的内部存储空间仅有32 KB，无法满足系统程序的需要，因此需要通过外部存储器接口（EMIF）扩展存
储空间[2]。本系统同时扩展了SDRAM和FLASH。其中，SDRAM采用了Hynix公司的HY57V161610D，用于运行程序与指纹
图像处理数据的暂存。针对图像的算法在片内DARAM上实现的效率要远远高于外扩存储器的情况，将指纹采集器输出的图像
大小设置为280×280，并经过图像压缩成大小140×140，再采用高低位分开放置图像数据，整个图像数据就不到20 KB。这
样，图像识别过程中的程序和数据都在片内DARAM上完成，可以缓解EMIF总线接口的压力并提高系统的数据处理能力。
资源评论
