基于DSP技術(shù)的指紋識別模塊設(shè)計

何惜琴

（閩南理工學(xué)院寶蓋校區(qū)，石獅 362700）

本文提出了對于指紋識別模塊的設(shè)計的方案，認(rèn)為要在硬件上利用DSP自身的優(yōu)勢來建立數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在軟件上要彌補(bǔ)DSP自身的一些不足，對過去的指紋系統(tǒng)進(jìn)行加工改造，以便讓這個系統(tǒng)可以有更高的實用性，對于這個設(shè)計有很大的價值。同時，這種方式還有很高的可行性與安全性，因為指紋一定要自己親自去驗證的，這個方式還十分方便快捷。現(xiàn)在這種技術(shù)已被廣泛運用到對安全性非?？粗氐男袠I(yè)當(dāng)中，如銀行、金融等機(jī)構(gòu)。

1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)在整體上由三個部分組成，首先是圖像采集模塊。因為指紋識別系統(tǒng)不需要時刻都看圖像，所以對于傳感器方面的要求就可以放低了，例如可以用黑白數(shù)字CMOS傳感器就可以了。本系統(tǒng)所用的傳感器就是這一款的，只要300萬的像素就可以了。因為這種傳感器的成本是非常的低的，而且在分辨率上也可以完全達(dá)到要求。其次是圖像處理和識別模塊。這個模塊就直接關(guān)系到了指紋識別系統(tǒng)到底好不好，這一個部分是很關(guān)鍵的，可以采用FPGA和DSP相結(jié)合的方式來進(jìn)行處理?？梢园岩恍┍容^復(fù)雜的任務(wù)交給DSP來完成，其他的在旁邊進(jìn)行一個輔助。這樣就可以利用這個結(jié)構(gòu)來讓整個的系統(tǒng)更加的方便和快捷，并且還可以提高系統(tǒng)的運行的速度和提高對于資源的使用次數(shù)。最后是輸出模塊。通過系統(tǒng)識別之后的可以只在在LCD顯示屏上面來顯示。我們可以把這個作為終端來使用，從而我們就可以得到我們想要的信息。

2 指紋識別算法

指紋識別這個要發(fā)揮作用就必須通過指紋識別算法。本系統(tǒng)的指紋識別算法的流程是先從脊線方向到脊線頻率到CABOR再到特征提取最后就是特征的匹配了。如果要讓指紋圖像的處理達(dá)到一個很好的效果關(guān)鍵在于圖像的增強(qiáng)。要讓圖像增強(qiáng)的原因是為了減少噪音還有就是提高圖像的清晰度，以便能夠很好的對特征進(jìn)行提取。我們都知道指紋的紋理是由脊線和谷線組成的，這些紋理每個人的都不同，里面含有很多的信息。指紋圖像增強(qiáng)算法就是根據(jù)每個人指紋的不同來完成的。本系統(tǒng)采取了和傳統(tǒng)的系統(tǒng)不同的處理方式，極大的提高了增強(qiáng)算法的有效性。

在脊線方向上，指紋圖像是有它自己獨有的特征的，指紋圖像在一個很小的范圍里面，紋路是和平行的直線差不多的。這也是指紋圖像里面最突出的特征了。由于它直觀明了的反映了指紋圖像的基本的信息，所以被大面積的用于指紋圖像的增強(qiáng)等各個方面。

在脊線頻率上面，指紋紋路除了我剛才說的具有那個特征之外，它還具有很穩(wěn)定的特征。我們節(jié)選指紋圖像的一個很小的片段，你會發(fā)現(xiàn)脊線和谷線的紋理的的特點是呈現(xiàn)出平行的特點的。脊線頻率是指兩個脊線之間的距離的倒數(shù)。我們要想得到特定的脊線之間的距離和谷線之間的距離，從這里得到脊線頻率，就必須通過找到該區(qū)域里面的極大和極小值點。

CABOR變換它是具有最佳時域和頻域連接分辨率等這些優(yōu)點，它可以對圖像的部分的結(jié)構(gòu)的特征和空域頻率這兩個部分進(jìn)行同時的分析，可以很好的掌握脊線方向和脊線頻率上的信息。本系統(tǒng)是以CABOR過濾器函數(shù)的實部來作為樣板，而這個過濾器的方向是以和子塊紋路方向相互垂直的紋路作為方向的。拿脊線頻率來作為自己的頻率。用這兩個來建構(gòu)過濾器。本系統(tǒng)在指紋匹配方面采取的是校準(zhǔn)算法，它是基于特征集合匹配的，這個算法很多時候都是不需要用到DSP處理系統(tǒng)的，它只要用比較邏輯和加減的算法。

3 整個系統(tǒng)的處理流程

整個系統(tǒng)是要分成四個處理的步驟的。首先，把收集到的指紋圖像送到FPGA，放在那里預(yù)留著。同時要設(shè)計好預(yù)處理模塊是怎么對信息進(jìn)行處置的，同時要知道各像素點的梯度值和在子塊中最大的值的坐標(biāo)。把得到的這些信息都保存到相關(guān)的系統(tǒng)中。其次，是用DSP來獲得和分析所有要用到的數(shù)據(jù)，得出脊線的方向和脊線的頻率，隨后就用GABOR對這些信息進(jìn)過波的過濾，經(jīng)過這些步驟之后，會得到很多信息，把這些信息都保存在一個系統(tǒng)中。再次，DSP處理會發(fā)出指令的要求，我們根據(jù)這些要求去我們剛才把信息保存在一個系統(tǒng)的里面去尋找，由FPGA自身的比較邏輯得到指紋信息里面的最大指點，然后把它送到DSP當(dāng)中，做更深一步的處置，達(dá)到得到指紋脊線圖像的信息。最后，我們就可以用DSP去完成匹配，并且由它來得到最后的一個結(jié)論。

4 結(jié)束語

以上這些都是經(jīng)過了多方面的思考，可以最大效果發(fā)揮DSP處理器的功能和優(yōu)勢。同時，在做數(shù)據(jù)采集時根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)點和缺陷，進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷?，以便讓系統(tǒng)可以發(fā)揮出它最大的價值。