基于FPS110的智能指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹國(guó)平

南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘇州校區(qū)電子信息系 江蘇 215137

0 引言

指紋識(shí)別技術(shù)是通過分析指紋的局部特征，從中抽取詳盡的特征點(diǎn)，從而可靠地確認(rèn)個(gè)人身份。指紋識(shí)別可以提供用于鑒別的足夠特征，具有極高的安全性，更重要的是具有很高的實(shí)用性、可行性。已廣泛應(yīng)用于安全性能要求較高的行業(yè)。隨著移動(dòng)應(yīng)用市場(chǎng)的快速發(fā)展，研究開發(fā)快速、識(shí)別率高、廉價(jià)的獨(dú)立指紋識(shí)別系統(tǒng)具有很大的市場(chǎng)前景和重要的研究?jī)r(jià)值。

1 工作原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

指紋采集模塊采用FPS100指紋傳感器，提供3種接口(SPI、USB和MCU)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用SPI接口，可以很方便的連接 MCU，并可支持高速指紋圖像傳輸速度。在 SPI連接模式下，F(xiàn)PS110的CSI/SCLK作為串行口時(shí)鐘輸入。圖像信號(hào)的處理與算法的實(shí)現(xiàn)采用了 ARM9 器件 S3c2410。Flash存儲(chǔ)器用于存放程序及固定表格數(shù)據(jù)，SRAM 用于存放ARM運(yùn)算需要的常量和中間變量。運(yùn)算的結(jié)果通過LCD模塊EPSON S1D15G10顯示出來，F(xiàn)PS110、小鍵盤由1個(gè)2-4轉(zhuǎn)換器連接到ARM的SPI接口。與外部的通信采用異步收發(fā)器MAX3111。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)開始工作以后，用戶通過小鍵盤輸入 ID號(hào)碼，圖像傳感器FPS110現(xiàn)場(chǎng)采集用戶的指紋圖像并存儲(chǔ)到SRAM中。在數(shù)據(jù)處理階段，ARM將SRAM 中的數(shù)據(jù)分塊取到其內(nèi)部RAM 中，作為指紋圖像處理以及識(shí)別算法的臨時(shí)數(shù)據(jù)。再將處理結(jié)果與FLASH 中預(yù)先采集提取的特征指紋進(jìn)行匹配。部分原理圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 部分原理圖

2 指紋圖像的處理過程及其實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的工作過程分為采集指紋圖像，經(jīng)過預(yù)處理后提取指紋的細(xì)節(jié)特征，然后與模板庫(kù)中的指紋進(jìn)行匹配，并將匹配的結(jié)果通過LCD輸出顯示。

指紋圖像預(yù)處理是指紋識(shí)別中的重要一步，本系統(tǒng)采用構(gòu)建圓形Gabor濾波器實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)，圓形濾波器可以使不同方向的紋路增強(qiáng)得到相同的增強(qiáng)程度，對(duì)各種指紋圖像有很好的適用性，大大減少計(jì)算的復(fù)雜度并且計(jì)算出的方向不需經(jīng)過量化直接進(jìn)行濾波運(yùn)算。其計(jì)算公式為：

其中I為原圖像， Ic（i, j）為增強(qiáng)后的圖像，f為紋路頻率，直徑設(shè)置為平均紋路間距的 3/2倍。 W（ i, j）為圖像塊o（ w（ i, j） ）的紋路方向。

濾波后采用區(qū)域自適應(yīng)閥值法對(duì)圖像進(jìn)行二值化，并采用改進(jìn)的OPTA算法實(shí)現(xiàn)指紋圖像的細(xì)化。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)采用FPS110和鍵盤與S3C2410間的SPI通信方式設(shè)計(jì)，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，精簡(jiǎn)了電路規(guī)模；在圖像處理的過程采用了穩(wěn)定簡(jiǎn)化的圓形Gabor算法，使系統(tǒng)的性能有了進(jìn)一步提高，具有較好的應(yīng)用性。

[1]BAZEN A M, GEREZ S H. Systematic methods for the computation of the directional fields and singular points of fingerprints. IEEE Trans.On Pattern Analysis and Machine Intelligence.2002.

[2]CHANG J H, FAN K C.Fingerprint ridge allocation in direct grayscale domain.PR.2001.

[3]WILLIS A J, MYERS L.A costeffective fingerprint recognition system for use with low-quality prints and damaged fingertips.Pattern Recognition.2001.

[4]鄭冰,賈紅云,趙立本.基于ARM的指紋識(shí)別門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息.2007.

[5]萬鵬,王厚大.一種改進(jìn)的基于Gabor 濾波的指紋圖像增強(qiáng)算法[J].圖形、圖像與多媒體.2010.

[6]程建剛.指紋圖像分析及其自動(dòng)識(shí)別[D].中科院自動(dòng)化所博士學(xué)位論文.2004.