基于dsp的指纹识别模块设计与实现

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1、万方数据2004年9月重庆大学学报sep．2004第27卷第9期Joumal0fChongqingUniversityV01．27No．9；一!一一!g==============================2222222222。222222222222222文章编号：1000—582X(2004)09—0026一03基于DSP的指纹识别模块设计与实现’胡小虹，李见为，刘元兵(重庆大学教育部光电技术及系统重点实验室，重庆400030)摘要：提出了一种以定点DSP芯片TMS320VC5410及FPs200指纹采集

2、传感器为核心的自动指纹识别模块，并对指纹识别算法采用DSP专用汇编指令集与C语言混合编程的方法，以此实现了一个高效低功耗的嵌入式系统。文中介绍了其组成原理、硬件结构设计、系统功能设计、图像采集电路的实现，以及指纹识另l】算法的处理流程和实现方法。通过试验，该模块的采集效率高、识别速度快且准确可靠，总体性能是令人满意的。关键词：指纹识别；DSP；传感器；识别算法中图分类号：TP391．41文献标识码：A指纹识别是生物特征识别技术中最重要、应用最广泛的技术。它利用指纹特征的唯一性和终身不变性对个人身份进行认证，具有极高

3、的安全性和易用性。随着计算机硬件性能的飞速提高和价格的不断降低，指纹识别技术已经突破司法、刑侦领域进入民用领域，并取得了快速的发展。民用指纹识别市场以普通大众为目标，实现方便、快捷、高效、安全的个人身份认证功能。人们对易用性、方便性和舒适性的追求，促使指纹识别设备向小型化、嵌入式和全自动方向发展，这对指纹识别设备的设计与实现提出了重大的挑战。笔者设计并实现了一种基于DSP的指纹识别独立模块，可以脱机工作，也可通过接口进行二次开发，从而方便快捷地整合到其它系统中去。整个模块具有体积小、成本低、开发简单、应用灵活等优点

4、。本文内容包括3个部分：自动指纹识别模块组成原理，系统软、硬件设计与实现，以及实验结果。l自动指纹识别模块组成原理自动指纹识别模块的基本原理如图l所示：图1中，图像采集模块负责采集用户的指纹图像，并将其转换为二进制数据输出。目前常用的指纹传感器有光学指纹传感器、固态晶体传感器和超声波传感器。指纹图像的质量将直接影响系统的整体性能。圈像采集模块i圈像处理及识别模块i结果输出模块图l自动指纹识别模块框图图像处理与识别模块实现了整套指纹识别算法。该模块对输人的指纹图像进行预处理、后处理和特征提取，然后将得到的指纹特征数据

5、(指纹模板)登记到指纹库，或是和已有的指纹模板进行匹配识别。这是系统的核心。结果输出模块则根据前面指纹比对的情况，显示比对结果或者直接输出相应的显示控制信号。2系统硬件设计与实现2．1结构组成及特点系统采用美国德州仪器(Ⅱ)公司的高性能定点DSP芯片TMS320VC54lO⋯进行指纹识别算法的运算。该芯片采用地址总线和数据总线分开的多总线结构，能进行非流水线的单周期乘／累加并行操作。内部还具有锁相环，可用软件设定时钟倍频，能达到100MIPs，从而有效提高算法的运行速度。该芯片采用3．3V和2．5V的双电压供电，可

6、工作在三种低功耗状态，休眠状态下只有2．5V的核电压供电系统工作，大·收稿日期：2004—04—10作者简介：胡小虹(1979一)，女，江西宜丰人，重庆大学硕士生，主要研究方向为图像获取、处理技术及系统。万方数据第27卷第9期胡小虹等：基于DsP的指纹识别模块设计与实现27大降低了功耗。芯片提供的多种外部接口更为系统功能扩展提供了丰富的资源。系统的硬件结构如图2所示：图2系统硬件结构系统包括DsP芯片TMs320VC5410、指纹传感器FPs200、程序存储器和数据存储器、RS232通讯接口、扩展sPI接口、电源管

7、理芯片等几个主要部分。使用了两类存储器，SRAM用于存放运算中的临时指纹图像，FLAsH则是用于存放程序代码和指纹特征模板。电源管理模块可提供3．3V和2．5V电压。系统带有LED以及结果输出信号线，用于指示比对结果及控制信号的输出。模式选择开关则用于设定和选择系统上电后的3种工作方式：1)指纹录入方式：录入新的指纹到指纹模板库。2)指纹比对方式：将输入指纹与指纹模板库中的指纹搜索比对，输出比对结果。3)上位机命令方式：通过接口函数，系统在上位机的命令下完成指纹录入、比对等工作，这是在二次开发系统中使用的工作方式。

8、5410没有集成通用的异步缓冲串口，利用片上2个专用输入输出引脚xF和BIo／模拟RS232数据接收和发送时序，以此实现异步串口通讯。芯片上的3组多通道缓冲串口也可作为通用I／O引脚使用，可利用它们扩展SPI接口、指示信号输出、以及模式选择开关等。指纹图像的数据量大，FPs200采集的指纹图像为256×300象素(字节)，运行指纹识别算法和存储特征模板均需大