基于DSP技術的指紋識別模塊設計

何惜琴

（閩南理工學院寶蓋校區，石獅 362700）

本文提出了對于指紋識別模塊的設計的方案，認為要在硬件上利用DSP自身的優勢來建立數據處理系統，在軟件上要彌補DSP自身的一些不足，對過去的指紋系統進行加工改造，以便讓這個系統可以有更高的實用性，對于這個設計有很大的價值。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。現在這種技術已被廣泛運用到對安全性非常看重的行業當中，如銀行、金融等機構。

1 硬件系統結構

本系統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，例如可以用黑白數字CMOS傳感器就可以了。本系統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到要求。其次是圖像處理和識別模塊。這個模塊就直接關系到了指紋識別系統到底好不好，這一個部分是很關鍵的，可以采用FPGA和DSP相結合的方式來進行處理。可以把一些比較復雜的任務交給DSP來完成，其他的在旁邊進行一個輔助。這樣就可以利用這個結構來讓整個的系統更加的方便和快捷，并且還可以提高系統的運行的速度和提高對于資源的使用次數。最后是輸出模塊。通過系統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

指紋識別這個要發揮作用就必須通過指紋識別算法。本系統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到一個很好的效果關鍵在于圖像的增強。要讓圖像增強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。指紋圖像增強算法就是根據每個人指紋的不同來完成的。本系統采取了和傳統的系統不同的處理方式，極大的提高了增強算法的有效性。

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，它還具有很穩定的特征。我們節選指紋圖像的一個很小的片段，你會發現脊線和谷線的紋理的的特點是呈現出平行的特點的。脊線頻率是指兩個脊線之間的距離的倒數。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點，它可以對圖像的部分的結構的特征和空域頻率這兩個部分進行同時的分析，可以很好的掌握脊線方向和脊線頻率上的信息。本系統是以CABOR過濾器函數的實部來作為樣板，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。用這兩個來建構過濾器。本系統在指紋匹配方面采取的是校準算法，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處理系統的，它只要用比較邏輯和加減的算法。

3 整個系統的處理流程

整個系統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，放在那里預留著。同時要設計好預處理模塊是怎么對信息進行處置的，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。把得到的這些信息都保存到相關的系統中。其次，是用DSP來獲得和分析所有要用到的數據，得出脊線的方向和脊線的頻率，隨后就用GABOR對這些信息進過波的過濾，經過這些步驟之后，會得到很多信息，把這些信息都保存在一個系統中。再次，DSP處理會發出指令的要求，我們根據這些要求去我們剛才把信息保存在一個系統的里面去尋找，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當中，做更深一步的處置，達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論。

4 結束語

以上這些都是經過了多方面的思考，可以最大效果發揮DSP處理器的功能和優勢。同時，在做數據采集時根據系統的優點和缺陷，進行了適當的修改，以便讓系統可以發揮出它最大的價值。