基于dsp的指紋識(shí)別系統(tǒng)PPT

1、基于DSP的指紋識(shí)別系統(tǒng)課題演示 組長(zhǎng)： 小組成員： 2014目錄 CONTENTS一、概述二、硬件電路設(shè)計(jì) 1、需求分析 2、硬件整體結(jié)構(gòu) 3、硬件選擇 4、電路原理圖三、軟件設(shè)計(jì) 1、指紋識(shí)別算法流程 2、指紋識(shí)別程序框圖 3、指紋識(shí)別算法實(shí)現(xiàn) 4、指紋識(shí)別調(diào)試 四、總結(jié)一、概述 （） 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，但信息安全問(wèn)題卻一直沒(méi)有改善，甚至于愈演愈烈。 總所周知，每個(gè)人的指紋具有唯一性，不可復(fù)制性，并且更重要的是可以隨身攜帶，所以指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展可以有效的保護(hù)個(gè)人隱私。 但是，由于一些技術(shù)難題、使得指紋識(shí)別技術(shù)并不能走向?qū)こ０傩占遥栽谶@里來(lái)和大家討論一下該技術(shù)就顯得尤為必要。1.

2、1.課題背景 當(dāng)今社會(huì)，電子設(shè)備和保密機(jī)構(gòu)對(duì)更安全、更方便的身份認(rèn)證和訪問(wèn)控制的需求變得越來(lái)越緊迫。 傳統(tǒng)的機(jī)械鑰匙、“口令密碼”以及智能卡等的保護(hù)措施存在著丟失、遺忘、復(fù)制及被盜用的隱患 以電子商務(wù)、電子銀行的安全認(rèn)證為例，他人假冒當(dāng)事人上網(wǎng)采購(gòu)所造成的欺詐案越來(lái)越多，并有孩子冒充家長(zhǎng)上網(wǎng)采購(gòu)的案例。2.2.方案優(yōu)勢(shì)方便唯一可靠指紋特征是“隨身攜帶”的，可以不必?cái)y帶大串的鑰匙。具有惟一性和不可復(fù)制性，不用擔(dān)心會(huì)丟失，也不用費(fèi)心去記或更換密碼。以全球60億人口計(jì)算，300年內(nèi)都不會(huì)有兩個(gè)相同的指紋出現(xiàn)。指紋被稱為“物證之首”，安全可靠。STEP43.3.基本流程讀取指紋提取特征保存數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比

3、STEP1STEP3STEP2通過(guò)指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理，使之更清晰。驗(yàn)證端采集指紋，提取指紋特征，建立指紋的數(shù)字表示特征數(shù)據(jù) 。通過(guò)加密算法進(jìn)行安全傳輸，將采集到的指紋特征保存至數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)云計(jì)算將采集指紋與數(shù)據(jù)庫(kù)指紋匹配，計(jì)算相似度，給出匹配結(jié)果。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1、需求分析(） 2、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)（） 3、硬件選擇（） 4、電路原理圖（） 需求分析 ( (） 一個(gè)優(yōu)秀的指紋識(shí)別系統(tǒng)：一個(gè)優(yōu)秀的指紋識(shí)別系統(tǒng)： (1)應(yīng)具有快速便捷的實(shí)時(shí)圖像輸入設(shè)備應(yīng)具有快速便捷的實(shí)時(shí)圖像輸入設(shè)備 為了滿足該條件，硬件電路中應(yīng)該具有處理指紋采為了滿足該條件，硬件電路中應(yīng)該具

4、有處理指紋采集與識(shí)別的部分，設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮按壓式和滑動(dòng)式這兩種常集與識(shí)別的部分，設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮按壓式和滑動(dòng)式這兩種常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方式見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方式。(2)因識(shí)別算法復(fù)雜度大因識(shí)別算法復(fù)雜度大, 應(yīng)具有處理復(fù)雜運(yùn)算的應(yīng)具有處理復(fù)雜運(yùn)算的能力能力; 同時(shí)，因識(shí)別過(guò)程運(yùn)算量大同時(shí)，因識(shí)別過(guò)程運(yùn)算量大, 應(yīng)具有快速運(yùn)算應(yīng)具有快速運(yùn)算的能力以滿足實(shí)時(shí)性的要求。的能力以滿足實(shí)時(shí)性的要求。 為了滿足該條件，硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)主芯片應(yīng)該選擇專用的為了滿足該條件，硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)主芯片應(yīng)該選擇專用的數(shù)字信號(hào)處理芯片，結(jié)合所學(xué)，數(shù)字信號(hào)處理芯片，結(jié)合所學(xué)，TITI公司的一系列數(shù)字信號(hào)處公司的一系列數(shù)字信號(hào)處理器（理器（DSP

5、DSP）芯片可供考慮。）芯片可供考慮。 硬件電路設(shè)計(jì)分析 (3)因指紋圖像數(shù)據(jù)量大,應(yīng)具有處理大數(shù)據(jù)量的能力且具有較大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。(4)系統(tǒng)的功耗、穩(wěn)定性、價(jià)格都有嚴(yán)格的要求。 為滿足該需求，應(yīng)加入復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、調(diào)試為滿足該需求，應(yīng)加入復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、調(diào)試與接口電路以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路。在滿足高效、快速的前與接口電路以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路。在滿足高效、快速的前提下，應(yīng)優(yōu)先選擇低功耗的提下，應(yīng)優(yōu)先選擇低功耗的CMOSCMOS的的DSPDSP芯片。芯片。 為滿足該需求，硬件電路中必然要存在內(nèi)存擴(kuò)展為滿足該需求，硬件電路中必然要存在內(nèi)存擴(kuò)展電路，例如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。同時(shí)還應(yīng)該考慮內(nèi)存的電路，例

6、如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。同時(shí)還應(yīng)該考慮內(nèi)存的讀寫(xiě)性能。讀寫(xiě)性能。 硬件整體結(jié)構(gòu) （） MCU 電源、時(shí)鐘、電源、時(shí)鐘、復(fù)位模塊復(fù)位模塊指紋采集指紋采集傳感器傳感器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)接接口口擴(kuò)擴(kuò)展展FLASH存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器SRAM液晶屏顯示液晶屏顯示CPLDUSBJTAG仿真調(diào)試模塊仿真調(diào)試模塊主硬件選擇及方案 （） 1、MCU 2、指紋采集傳感器、指紋采集傳感器 3、電源、電源 4、復(fù)位電路、復(fù)位電路 5、存儲(chǔ)器擴(kuò)展、存儲(chǔ)器擴(kuò)展 6、LCD顯示模塊顯示模塊MCUMCU的選擇 由于考慮到以下因素：由于考慮到以下因素： 1 1、指紋識(shí)別、指紋識(shí)別算法復(fù)雜度大算法復(fù)雜度大，系統(tǒng)必須具備復(fù)雜運(yùn)算的，系統(tǒng)必須具備復(fù)雜運(yùn)

7、算的能力。能力。 2 2、識(shí)別過(guò)程、識(shí)別過(guò)程運(yùn)算量大運(yùn)算量大，系統(tǒng)需具備，系統(tǒng)需具備快速運(yùn)算能力快速運(yùn)算能力，以，以滿足實(shí)時(shí)性的要求。滿足實(shí)時(shí)性的要求。 3 3、系統(tǒng)必須、系統(tǒng)必須低功耗、穩(wěn)定性高、性價(jià)比高低功耗、穩(wěn)定性高、性價(jià)比高等因素。等因素。 4 4、 芯片量產(chǎn)情況以及相關(guān)技術(shù)的成熟度。芯片量產(chǎn)情況以及相關(guān)技術(shù)的成熟度。 綜合考慮，選擇該芯片：綜合考慮，選擇該芯片：TMS320VC5402TMS320VC5402芯片芯片TMS320VC5402TMS320VC5402芯片簡(jiǎn)介 TMS320VC5402芯片是一款芯片是一款超低功耗、高性能超低功耗、高性能的的16位定點(diǎn)位定點(diǎn)DSP芯片。能夠

8、完全滿足指紋識(shí)別芯片。能夠完全滿足指紋識(shí)別運(yùn)算量大、運(yùn)算復(fù)雜、快速運(yùn)算量大、運(yùn)算復(fù)雜、快速的要求。的要求。 芯片特性：芯片特性： 1、具有三條、具有三條16位獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和一條程序總線位獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和一條程序總線 的增強(qiáng)的增強(qiáng)型型 多總線結(jié)構(gòu)。多總線結(jié)構(gòu)。 2、4K*16片上片上ROM，可配置成程序，可配置成程序/數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)空間 3、16K*16片上雙存取的片上雙存取的RAM 4、具有符合、具有符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)的在片仿真接口標(biāo)準(zhǔn)的在片仿真接口JTAG 5、在、在3.3V電源電源(1.8V的核的核)下，單周期定點(diǎn)指令執(zhí)行時(shí)間為下，單周期定點(diǎn)指令執(zhí)行時(shí)間為10ns,相應(yīng)的相應(yīng)的C

9、PU運(yùn)行速度運(yùn)行速度100MIPS 指紋識(shí)別傳感器的選擇 指紋識(shí)別包括滑動(dòng)式指紋識(shí)別以及按壓式指紋識(shí)別?；瑒?dòng)式指紋識(shí)別是指滑動(dòng)過(guò)程中手指移動(dòng)的速度和力度會(huì)影響圖像采集?；瑒?dòng)一次，圖像僅被采集一次，而按壓式指紋識(shí)別只需輕輕放置手指，按壓（置放）一次手指，傳感器就會(huì)采集多次圖像，可見(jiàn)理論上按壓式指紋識(shí)別率會(huì)更高，同時(shí)考慮到人的使用習(xí)慣和指紋識(shí)別系統(tǒng)的正確識(shí)別率，滑動(dòng)式指紋識(shí)別無(wú)疑是最好的選擇，當(dāng)然其所需要的成本也會(huì)高些。 富士通公司推出的新一代MBF200固態(tài)指紋傳感器是一個(gè)理想的接觸式指紋認(rèn)證的設(shè)備。它是一款專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高性能、低功耗、低價(jià)格指紋傳感器，自帶簡(jiǎn)單的微處理器接口，可方便集成

10、到各種應(yīng)用中去 專利性的表面處理工藝可防止芯片化傷、抗腐蝕、抗磨損 500DPI的高分辨率可兼容決大多數(shù)指紋應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn) 可輸出低噪聲的清晰圖象滿足精確識(shí)別的需要 提供開(kāi)發(fā)包幫助用戶迅速完成應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)置8位A/D，可直接輸出數(shù)字化圖象信號(hào)。 高分辨率高分辨率 硬度大硬度大 256256300300陣列陣列 堅(jiān)固耐用的表面工藝堅(jiān)固耐用的表面工藝1.28cm1.28cm1.50cm1.50cm傳感面積傳感面積 異常堅(jiān)固的表面涂層異常堅(jiān)固的表面涂層500DPI500DPI分辨率分辨率 方便集成方便集成 低功耗低功耗電容感應(yīng)固態(tài)傳感器電容感應(yīng)固態(tài)傳感器 工作模式：工作模式：35mA35mA 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)C

11、MOSCMOS工藝工藝 待命模式：待命模式：20uA20uAUSBUSB、MCUMCU、SPISPI三個(gè)總線三個(gè)總線 MBF200固態(tài)傳感器特點(diǎn)CPLDCPLD可編程邏輯控制器 該芯片在該芯片在DSP的控制下直接從指紋傳感器中讀取指紋的控制下直接從指紋傳感器中讀取指紋數(shù)據(jù)并存放到數(shù)據(jù)并存放到SRAM中。該芯片的作用：解決了中。該芯片的作用：解決了DSP與各與各種低速外設(shè)速度不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。種低速外設(shè)速度不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。 CPLD特點(diǎn)：特點(diǎn)： 編程靈活、集成度高、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期短、適用范圍編程靈活、集成度高、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期短、適用范圍寬、開(kāi)發(fā)工具先進(jìn)、設(shè)計(jì)制造成本低、對(duì)設(shè)計(jì)者的硬件寬、開(kāi)發(fā)工具先進(jìn)、設(shè)計(jì)

12、制造成本低、對(duì)設(shè)計(jì)者的硬件經(jīng)驗(yàn)要求低、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無(wú)需測(cè)試、保密性強(qiáng)、價(jià)格大眾經(jīng)驗(yàn)要求低、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無(wú)需測(cè)試、保密性強(qiáng)、價(jià)格大眾化?；?。 可通過(guò)可通過(guò)VHDL語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行初始化編程。語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行初始化編程。 電源模塊 我們已經(jīng)得知：我們已經(jīng)得知：C54x采用采用雙電源供電方式雙電源供電方式。 內(nèi)核電壓內(nèi)核電壓:采用采用1.8V。 主要為芯片的內(nèi)部邏輯提供電壓。主要為芯片的內(nèi)部邏輯提供電壓。 包括包括CPU、時(shí)鐘電路和所有的外設(shè)邏輯。、時(shí)鐘電路和所有的外設(shè)邏輯。 I/O電源：采用電源：采用3.3V。 主要供主要供I/O接口使用。接口使用。 可直接與外部低壓器件接口，而無(wú)需額外的電平變可直接與外部低壓器

13、件接口，而無(wú)需額外的電平變換電路。換電路。產(chǎn)生電源的芯片選擇： 可以采用TI公司出品的TPS73HD318芯片。 TPS73HD318芯片介紹： 該TPS73HD3xx系列雙電壓調(diào)節(jié)器提供了非常低的壓差電壓和雙輸出的緊湊的封裝，可同時(shí)輸出1.8V、3.3V主，完全滿足為DSP芯片供電需求。要設(shè)計(jì)用于DSP應(yīng)用,這些設(shè)備可以在任何混合輸出可用于每個(gè)穩(wěn)壓器支持高達(dá)750 mA電壓的應(yīng)用.輸出電流可被分配為理想兩個(gè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)之間以及用于電力許多今天的DSP.低靜態(tài)電流和極低漏失電壓保證在電池供電應(yīng)用的最大用電量.：TPS73HD318芯片特性：芯片特性： 1、雙輸出電壓為分體式電源應(yīng)用。、雙輸出電壓為

14、分體式電源應(yīng)用。 2、3.3-V/Adjustable輸出，輸出，3.3V/1.8V和和3.3V/2.5V. 3、漏失電壓、漏失電壓80mV（最大值）。（最大值）。 4、低靜態(tài)電流，獨(dú)立負(fù)載、低靜態(tài)電流，獨(dú)立負(fù)載340uA。 5、超低電流睡眠狀態(tài)。、超低電流睡眠狀態(tài)。 6、用、用200ms雙低電平有效復(fù)位信號(hào)脈沖狀態(tài)。雙低電平有效復(fù)位信號(hào)脈沖狀態(tài)。 7、輸出為、輸出為0mA電流范圍為電流范圍為750mA每穩(wěn)壓器。每穩(wěn)壓器。 8、28引腳將引腳將Power PAD TSSOP封裝包裝。封裝包裝。復(fù)位電路芯片選擇 由于微控制器在上電時(shí)狀態(tài)并不確定（某些寄器由于微控制器在上電時(shí)狀態(tài)并不確定（某些寄器

15、可能是上次關(guān)機(jī)是的狀態(tài)），因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)上電可能是上次關(guān)機(jī)是的狀態(tài)），因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)上電復(fù)位電路，上電復(fù)位電路一般有兩種方式：復(fù)位電路，上電復(fù)位電路一般有兩種方式：RC延時(shí)電延時(shí)電路路和和專用的復(fù)位芯片專用的復(fù)位芯片，對(duì)于高速的，對(duì)于高速的TMSVC5402DSP芯片芯片來(lái)說(shuō)使用來(lái)說(shuō)使用RC電路可能不太穩(wěn)定，因此我們選用了具有電路可能不太穩(wěn)定，因此我們選用了具有看門(mén)狗輸入和手動(dòng)復(fù)位功能的能夠監(jiān)控電源電壓、電看門(mén)狗輸入和手動(dòng)復(fù)位功能的能夠監(jiān)控電源電壓、電池故障和微處理器或微控制器的工作狀態(tài)的芯片池故障和微處理器或微控制器的工作狀態(tài)的芯片MAX706。 該芯片將常用的多項(xiàng)功能集成到一片該芯片將

16、常用的多項(xiàng)功能集成到一片8腳封裝的小腳封裝的小芯片內(nèi)，與采用分立元件或單一功能芯片組合的電路芯片內(nèi)，與采用分立元件或單一功能芯片組合的電路相比，大大減小了系統(tǒng)電路的復(fù)雜性和元器件的數(shù)量相比，大大減小了系統(tǒng)電路的復(fù)雜性和元器件的數(shù)量，顯著提高了，顯著提高了系統(tǒng)可靠性系統(tǒng)可靠性和和精確度精確度。存儲(chǔ)器擴(kuò)展 因?yàn)镈SP芯片中的存儲(chǔ)空間很小，該程序要求有較大的存儲(chǔ)空間，所以有必要擴(kuò)展SRAM和FLASH.一、SRAM的擴(kuò)展 芯片選擇：IS61LV6416-10T 芯片介紹： IS61LV6416具有以下性能： 1、內(nèi)存大?。?4k*16 2、高速存取訪問(wèn)，存取時(shí)間為8ns。 3、CMOS低電工作方式。

17、 4、兼容TTL電平接口。 二、FLASH擴(kuò)展 芯片選擇：AT29LV1024 芯片特性： 1、內(nèi)存大小：64k*16 2、3V只讀取和寫(xiě)入操作 3、軟件保護(hù)程序 4、快速讀寫(xiě)訪問(wèn)時(shí)間-150ns 5、低功耗LCDLCD液晶顯示模塊 為了能夠顯示采集到的指紋信息，所以有必為了能夠顯示采集到的指紋信息，所以有必要加入顯示模塊要加入顯示模塊芯片選擇：芯片選擇：TCM A0902芯片介紹：由芯片介紹：由EPSON公司出品的單色、公司出品的單色、320*200LCD顯示模塊?？梢酝ㄟ^(guò)編程控制相應(yīng)顯示模塊?？梢酝ㄟ^(guò)編程控制相應(yīng)的寄存器組，來(lái)控制其顯示。的寄存器組，來(lái)控制其顯示。電路原理圖（）電路原理圖電

18、路原理圖 TMS320VC5402TMS320VC5402電源模塊電路電源模塊電路TPS73HD318 雙路輸出低壓降雙路輸出低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器TMS320VC5402的的復(fù)位電路復(fù)位電路TMS320VC5402TMS320VC5402的時(shí)鐘電路JTAG仿真電路指紋采集電路BMF200 容式固體指紋采集器存儲(chǔ)器擴(kuò)展、LCDLCD液晶顯示模塊電路及附加電路SRAM，F(xiàn)LASH主體電路圖NCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCVSS3VDD3DPDMMODE0MOD

19、E1MSOMOSICSOSCSCSI/SCLKEXTINTWAITINTRXTAL1XTAL2VDD2VSS2WRRDA0D0D1D2D3VDD1VSS1D4D5D6D7P1P0TESTVDDA2VSSA2FSETMBF200AINISETVSSA1VDDA1R21KR120 0KR356 KR810R41KR51.5KR643R743R947 0C120C620C70.1u FC20.1u FC54.7u FC134.7u FC44.7u FC80.1u FC90.1u FC100.1u FC110.1u FC120.1u FVCC3.3VVCC3.3VVCC+5 VV CC+5 VVCC3

20、.3VVCC3.3VVDDA1VSSA1VSSA2VDDA2VSS1VDD1VSS2VDD2VSS3VDD3Y112 MHzVCCD+D-GNDUSBCONAS1117VoutVinGNDD1LEDD7D6D5D4D3D2D1D0TMS320 VC54 02_ _MRVCCGNDPFIWDORESTWDIPF0_ _ _MAX706RS_ _BIONCSRV CC3.3VC222 pFC122 pFY20 MHzX1X2TRSTGNDNCGNDGNDGNDEMU1TMSTDIVCCTDOTRENTCKEMU0JTAGTRSTEMU1TM2TDIVCCTCKEMU0TD010 K10 KV CC

21、3.3V_ _ _1RESETNCNCFB/SENSE1OUT1OUT2RESTNCNC2SENSE2OUT2OUTNCNCTPS73HD318NCNC1GND_ _1EN1INNC1INNC_ _2GND2EN2IN2INNCNCR110 0K10 0K123C141u FC151u FC1633 uFC1733 uFD3D1D2CVD0DVD0GND_ _ _REST3.3V1.85V5V系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（） 1、指紋識(shí)別算法流程圖、指紋識(shí)別算法流程圖2、指紋識(shí)別程序框圖、指紋識(shí)別程序框圖3、指紋識(shí)別算法具體實(shí)現(xiàn)、指紋識(shí)別算法具體實(shí)現(xiàn)4、指紋識(shí)別調(diào)試、指紋識(shí)別調(diào)試系統(tǒng)處理流程 （）整個(gè)系統(tǒng)的處

22、理的過(guò)程分為四個(gè)步驟:(1)從圖像傳感器輸出的指紋圖像首先CPLD在DSP的控制下完成指紋采集，同時(shí)運(yùn)用設(shè)計(jì)好的預(yù)處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、得到各像素點(diǎn)的梯度值以及子塊中極大值點(diǎn)的坐標(biāo)，所有這些數(shù)據(jù)連同原始數(shù)以突發(fā)模式存入SRAM中。(2) DSP通過(guò)CPLD從 SRAM中讀取所有相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出脊線方向和脊線頻率，然后利用dsp中的濾波算法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，處理后的圖像數(shù)據(jù)再通過(guò)CPLD存入SRAM中，因此在SRAM的輸入輸出端都需要進(jìn)行緩沖(3)根據(jù)DSP處理的指令要求，從SRAM中讀出濾波后的數(shù)據(jù).由CPLD內(nèi)部的比較邏輯提取出指紋圖像中每行每列)中的極大值點(diǎn)，送到DSP進(jìn)行進(jìn)一步處

23、理，完成指紋圖像脊線提取。(4)由DSP完成匹配識(shí)別算法，并輸出處理結(jié)果。指紋識(shí)別程序框圖開(kāi)始指紋錄入？特征提取質(zhì)量檢測(cè)注冊(cè)模塊存入指紋數(shù)據(jù)儲(chǔ)存成功指紋提取指紋處理指紋比對(duì)結(jié)果輸出結(jié)束Y（）N算法流程 （） 二、指紋識(shí)別算法具體實(shí)現(xiàn)二、指紋識(shí)別算法具體實(shí)現(xiàn) 1 1、指紋獲取指紋獲取 利用指紋取像設(shè)備MBF200來(lái)獲取目標(biāo)指紋。 2 2、圖像預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)化、圖像預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)化 由于受采集設(shè)備工作環(huán)境及參數(shù)的影響，采集到的指紋圖像總體對(duì)比度較差由于受采集設(shè)備工作環(huán)境及參數(shù)的影響，采集到的指紋圖像總體對(duì)比度較差，所以用圖像規(guī)格化將指紋圖像的灰度調(diào)整到一個(gè)統(tǒng)一的范圍，使不同的，所以用圖像規(guī)格化將指紋圖像的

24、灰度調(diào)整到一個(gè)統(tǒng)一的范圍，使不同的圖像具有相同的灰度均值和方差從而是后續(xù)處理具有相同的基準(zhǔn)。令圖像具有相同的灰度均值和方差從而是后續(xù)處理具有相同的基準(zhǔn)。令I(lǐng)表示表示原始指紋圖像，起大小為原始指紋圖像，起大小為M8,I（i,j）表示圖像中像素點(diǎn)（）表示圖像中像素點(diǎn)（i,j）的灰度值，令）的灰度值，令G表示灰度規(guī)格化的指紋圖像表示灰度規(guī)格化的指紋圖像G(i,j)規(guī)格化后圖像中像素點(diǎn)（規(guī)格化后圖像中像素點(diǎn)（i,j）的灰度值。）的灰度值。 Mean和和Var是原始圖像的灰度均值和方差，而是原始圖像的灰度均值和方差，而Mean和和Var0是期望圖像的灰是期望圖像的灰度值和方差。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)度值和方差

25、。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Mean0=180和和Var0=3600時(shí)原始指紋圖像顯時(shí)原始指紋圖像顯示較好示較好。200200*(I(i, j)Mean)(if(I(i, j)Mean)(i, j)*(I(i, j)Mean)(if(I(i, j)Mean)VarMeanVarGVarMeanVar3 3、圖像濾波處理根據(jù)根據(jù)Gabor濾波良好的方向性和頻率選擇特性能較好的獲取局部或?yàn)V波良好的方向性和頻率選擇特性能較好的獲取局部或者全局的特征。例如非指定方向的噪聲，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的增強(qiáng)處理其者全局的特征。例如非指定方向的噪聲，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的增強(qiáng)處理其空間表達(dá)式如下：空間表達(dá)式如下：其中其中由公式可以看出由公式

26、可以看出Garbo濾波實(shí)際上是有二維高斯函數(shù)和余弦的乘積濾波實(shí)際上是有二維高斯函數(shù)和余弦的乘積構(gòu)成。對(duì)于構(gòu)成。對(duì)于Garbo濾波的算法實(shí)際上是確定上面四個(gè)參數(shù)，這四個(gè)濾波的算法實(shí)際上是確定上面四個(gè)參數(shù)，這四個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到參數(shù)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到Garbo的濾波效果的濾波效果22221(x,y, ,f)expcos(2*fx)2xyxyh*sincos*cossinxxyyxy4 4、指紋圖像的二值法處理、指紋圖像的二值法處理二值化處理是將指紋的圖像轉(zhuǎn)化成有其僅有黑白兩色的圖像，這樣二值化處理是將指紋的圖像轉(zhuǎn)化成有其僅有黑白兩色的圖像，這樣不僅可以大大減少儲(chǔ)存量，而且可使得后面的判斷過(guò)程

27、少受干擾，不僅可以大大減少儲(chǔ)存量，而且可使得后面的判斷過(guò)程少受干擾，大大簡(jiǎn)化其后的處理方法。二值化的難點(diǎn)就是對(duì)閾值的選擇，閾值大大簡(jiǎn)化其后的處理方法。二值化的難點(diǎn)就是對(duì)閾值的選擇，閾值選擇的好壞直接關(guān)系到二值化的好壞?；叶葓D像的二值化就是選定選擇的好壞直接關(guān)系到二值化的好壞?；叶葓D像的二值化就是選定一個(gè)閾值一個(gè)閾值T，如果大于這個(gè)閾值則灰度設(shè)為，如果大于這個(gè)閾值則灰度設(shè)為255，如果小于這個(gè)閾值，如果小于這個(gè)閾值則灰度值設(shè)置為則灰度值設(shè)置為0；根據(jù)閾值的選取情況，可以分為全局閾值、局部閾值和動(dòng)態(tài)閾值三根據(jù)閾值的選取情況，可以分為全局閾值、局部閾值和動(dòng)態(tài)閾值三種方法，全局閾值是最簡(jiǎn)單的一種方法，

28、它根據(jù)圖像的直方圖或者種方法，全局閾值是最簡(jiǎn)單的一種方法，它根據(jù)圖像的直方圖或者灰度空間分布可以確定一個(gè)閾值，以此實(shí)現(xiàn)灰度圖像到二值圖像的灰度空間分布可以確定一個(gè)閾值，以此實(shí)現(xiàn)灰度圖像到二值圖像的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。0:(x,y)T(x,y)1:f(x,y)fgT5 5、指紋圖像細(xì)化、指紋圖像細(xì)化1-特征提取特征提取 指紋圖像的質(zhì)量較差為指紋特征的可靠提取帶來(lái)很大的難度，指紋圖像的質(zhì)量較差為指紋特征的可靠提取帶來(lái)很大的難度，盡管經(jīng)過(guò)指紋圖像增強(qiáng)處理可以改善圖像的質(zhì)量，但是指紋增強(qiáng)很盡管經(jīng)過(guò)指紋圖像增強(qiáng)處理可以改善圖像的質(zhì)量，但是指紋增強(qiáng)很難完全恢復(fù)指紋紋線的清晰度，另外指紋增強(qiáng)方法本身也可能產(chǎn)生難完全

29、恢復(fù)指紋紋線的清晰度，另外指紋增強(qiáng)方法本身也可能產(chǎn)生新的誤差。新的誤差。 由指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)可知，提取精確、穩(wěn)定的特征點(diǎn)是至關(guān)重由指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)可知，提取精確、穩(wěn)定的特征點(diǎn)是至關(guān)重要的，它是指紋識(shí)別的前提，為了匹配的快速、準(zhǔn)確、指紋特征提要的，它是指紋識(shí)別的前提，為了匹配的快速、準(zhǔn)確、指紋特征提取應(yīng)具備以下特征：取應(yīng)具備以下特征：（1）、提取簡(jiǎn)單、容易計(jì)算）、提取簡(jiǎn)單、容易計(jì)算（2）、穩(wěn)定隨噪聲干擾變化不大）、穩(wěn)定隨噪聲干擾變化不大（3）、保證指紋特征點(diǎn)的唯一性）、保證指紋特征點(diǎn)的唯一性（4）、適于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匹配）、適于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匹配 2-2-常見(jiàn)幾種偽特征點(diǎn)類型常見(jiàn)幾種偽特征點(diǎn)類型（1）毛刺：

30、毛刺的出現(xiàn)是由于隨機(jī)噪聲的影響形成的，其特點(diǎn)是）毛刺：毛刺的出現(xiàn)是由于隨機(jī)噪聲的影響形成的，其特點(diǎn)是一對(duì)端點(diǎn)與分叉點(diǎn)之間相連且兩點(diǎn)間距離較近。一對(duì)端點(diǎn)與分叉點(diǎn)之間相連且兩點(diǎn)間距離較近。（2）短線：當(dāng)指紋比較臟時(shí)，采集到的指紋圖像容易出現(xiàn)比較多）短線：當(dāng)指紋比較臟時(shí)，采集到的指紋圖像容易出現(xiàn)比較多的短線，其特征是兩點(diǎn)間距離很小，且存在一條紋線相連。的短線，其特征是兩點(diǎn)間距離很小，且存在一條紋線相連。（3）斷線：往往由于手指頭比較干，采集到的指紋圖像存在大量）斷線：往往由于手指頭比較干，采集到的指紋圖像存在大量紋線間斷。其特征是兩點(diǎn)間距離很小，沿局部紋線方向之間的區(qū)域紋線間斷。其特征是兩點(diǎn)間距離很

31、小，沿局部紋線方向之間的區(qū)域沒(méi)有紋線存在。沒(méi)有紋線存在。（4）小孔：主要是由于隨機(jī)噪聲的影響造成的，其特征是兩點(diǎn)之）小孔：主要是由于隨機(jī)噪聲的影響造成的，其特征是兩點(diǎn)之間距離非常近，且兩點(diǎn)之間連線近似與局部紋線方向平行。間距離非常近，且兩點(diǎn)之間連線近似與局部紋線方向平行。（5）小橋：當(dāng)指頭比較濕的時(shí)候，采集到的指紋圖像往往會(huì)出現(xiàn)）小橋：當(dāng)指頭比較濕的時(shí)候，采集到的指紋圖像往往會(huì)出現(xiàn)較多紋線交叉的現(xiàn)象。其特征是，兩點(diǎn)之間的距離恰好等于平均間較多紋線交叉的現(xiàn)象。其特征是，兩點(diǎn)之間的距離恰好等于平均間距，且兩點(diǎn)間連線近似垂直于其局部領(lǐng)域的紋線方向。距，且兩點(diǎn)間連線近似垂直于其局部領(lǐng)域的紋線方向。 3

32、-特征值的提取特征值的提取 1）找出所有特征點(diǎn)和脊線：這里特征點(diǎn)是指分叉點(diǎn)和端點(diǎn)。）找出所有特征點(diǎn)和脊線：這里特征點(diǎn)是指分叉點(diǎn)和端點(diǎn)。 2）驗(yàn)證細(xì)節(jié)特征點(diǎn)：上述步驟中找到的端點(diǎn)和分叉點(diǎn)并不全是真實(shí)有）驗(yàn)證細(xì)節(jié)特征點(diǎn)：上述步驟中找到的端點(diǎn)和分叉點(diǎn)并不全是真實(shí)有效的，因此要分別根據(jù)分叉點(diǎn)和端點(diǎn)特征來(lái)驗(yàn)證，去偽存真。效的，因此要分別根據(jù)分叉點(diǎn)和端點(diǎn)特征來(lái)驗(yàn)證，去偽存真。 .驗(yàn)證分叉點(diǎn)驗(yàn)證分叉點(diǎn) .驗(yàn)證端點(diǎn)驗(yàn)證端點(diǎn) 3）確定細(xì)節(jié)特征點(diǎn)的相對(duì)位置）確定細(xì)節(jié)特征點(diǎn)的相對(duì)位置 目的：由于按壓指紋是的壓力不同，角度不同等諸多因素的影響，輸出的目的：由于按壓指紋是的壓力不同，角度不同等諸多因素的影響，輸出的指紋圖會(huì)有不同程度的扭曲變形。如果用特征點(diǎn)的絕對(duì)位置來(lái)進(jìn)行比對(duì)，指紋圖會(huì)有不同程度的扭曲變形。如果用特征點(diǎn)的絕對(duì)位置來(lái)進(jìn)行比對(duì)，會(huì)產(chǎn)生不小的誤差，因此一般都用奇異點(diǎn)作為參照點(diǎn)來(lái)確定細(xì)節(jié)特征點(diǎn)的會(huì)產(chǎn)生不小的誤差，因此一般都用奇異點(diǎn)作為參照點(diǎn)來(lái)確定細(xì)節(jié)特征點(diǎn)的相對(duì)位置作為比對(duì)的依據(jù)。相對(duì)位置作為比對(duì)的依據(jù)。 在以指紋指紋圖像中心點(diǎn)為極點(diǎn)，指紋圖像的方向?yàn)闃O軸的坐標(biāo)系下，對(duì)在以指紋指紋圖像中心點(diǎn)為極點(diǎn)，指紋圖像的方向?yàn)闃O軸的坐標(biāo)系下，對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)記錄如下信息：每一個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)記錄如下信息： .細(xì)節(jié)點(diǎn)的類型（端點(diǎn)或分叉點(diǎn)）細(xì)節(jié)點(diǎn)的類型（端點(diǎn)或分叉點(diǎn)） .細(xì)節(jié)點(diǎn)與中心點(diǎn)之間的紋線數(shù)細(xì)節(jié)點(diǎn)與中心