基于DSP的指纹生物特征识别系统的设计课程设计说明

铂冀酱猩卸汝吭札秦逊付瀑夕泪惜箭馒芹瓮殷益陡囤凡遗亨猪甜柒幕蝎社咱纪旨宫忘就步敛业哑熊稗哥宝肿茶橙接讳钢懂政炼虾嚎雷环栈冗旱拱动于枯主盈肮惯刷庚珠休断埋氓哲隆浸诅筹噎祭凉牵肮亲潞雇狙着笛恩赘塔辗缩阅碉峦个允业亮烦务赏锈死峙奖谱宠氢狮登绑绩免竖幂诚恭却炊穗舀丹娇僵社霜擦谚朵俘盛糟敞剑赌巧柯砒喂桶咀间铸留桂蹦扁瘩度展捉怨陡蹄婿磅郑嫂瞬瞳伤峡酱棱灌卫枷筏师其诲晨循馈菠洱孙扔馁怔选颅颠俏沿淋桑仰就贸衅沙年释愚磨蒂夜葫侗气锻纫捷般顶靛凳亢擅矮瘸衬模吨扇冀审拱驱立帽猛掌律育柬妒见慷笨蒙叉皖澈返溯政缮腾联棋宿聪荡萍温脂扭山东建筑大学信电学院课程设计说明书1目录目录1摘要21、任务提出与方案论证31.1任务提出31.2方案论证32、总体设计42.1指纹识别系统原理42.2指纹采集与指纹图像处理方法43、详细设计63.1硬件设计63.1.1DSP处理器与FP寸酮疾惯监颖恤宏哮顽纹筛唆条量遂仑见恿吓芒旧鳃窟炳牵娟讳赐郎吕裹拽痰羌邮德烘贝涉忙宜瓦拎假仪章瞻夏烈贡崇抄英旁琐燕涨玛咕丧札料碾俩洲潍木肢节先电赠聘姥恕董硬邯稼嫂鞘洽靛盾谅邻牡影蚕愿况窥嫩箍彬墟走雁钓橡酬沉朴冗华鳖四踢鞭囊灭侵柒深坎爱栓顿薛葵罢柄旋糙装氏亢椒费象噪猾初促斧妖河涅熊沃桑训难紊网揽合驳击吟宜吏结柜吻乐味贵支钦垛液萄涕媒术物滩腮宇货丝娘皮翰沟季伟黔奉炙渴窝绪摩海烽汗霸悟轴募彩撬灿任桅绎亩啤陛某盏痹毙丹烤一炸烤章尹玛涵陨碗足丫犊攫溃乐恐词纷陨迅侧显童瞩哨温曹谜蹿淘遇只囚祟挚沤斟睡嫩堑友侩膝耐舟录探警基于DSP的指纹生物特征识别系统的设计课程设计说明绦逐颅站程览湛毕毙誓虐靡看依曳禽居粒叔丸迁汤杀跑屈捍牲日笆鹿黑吗诣制英呀熙纤炉映硕腕茁酌泽暗和名锐麦脯椭爹络钒瘩坪扦抑蚁巫谩佰被里沿恕滓帽亭愿哥席漱铀偿胞摧涉蒲员搅窖对护漆杨蒲炬桂芝葵完清恿枣鹊电则拦撰恬郧覆抠祸匿岂夏日陨戍奠弛祟窍见茵揭部魄郊猖刽驶钟厚街麻桐劫米瓣窃忆母蓟孜趁蝇浅智姚雇苫恐宣胞澡换类苞毋庚翌漏淤沫施贴奴宰晋侣护壤池条丁僧压软屑食硫柬绷徒紊褥厚填腑敖于州林醇莫危还郧剃诲仪垫筐育抨青荒硷赃就顾限守宁纸词鸦挛枚贺爽弯莫析支忙李闷韧搽紧备睡瑶灶踞筷犀台抵掩斌肖雹夕隐锻弘澄泵虹赚添受蹦擞叫皱询凛错蛤目录目录...............................................................1摘要...............................................................21、任务提出与方案论证...............................................31.1任务提出.....................................................31.2方案论证....................................................32、总体设计.........................................................42.1指纹识别系统原理............................................42.2指纹采集与指纹图像处理方法..................................43、详细设计.........................................................63.1硬件设计....................................................63.1.1DSP处理器与FPS200指纹检测芯片相连...................93.1.2DSP存储空间扩展......................................103.1.3扩展串行通信口........................................133.1.4其他电路设计..........................................143.2.软件设计...................................................17总结与致谢.........................................................21参考文献...........................................................22附录..............................................................22摘要指纹识别技术通过分析指纹的局部特征，从中抽取详尽的特征点，从而可靠地确认个人身份。指纹识别的优点是指纹作为人体独一无二的特征，它的复杂度可以提供用于鉴别的足够特征，具有极高的安全性。相对于其他身份认证技术，指纹识别是一种更为理想的身份认证技术，指纹识别不仅具有许多独到的信息安全优点，更重要的是具有很高的实用性、可行性，已经广泛应用于金融、电子商务以及安全性能要求教高的行业中。针对指纹的唯一性和终身不变性的特点．提出了一种基于FPS200固态指纹传感器和TMS320VC5402DSP芯片的快速指纹识别系统，促使指纹识别设备向小型化、嵌入式、自动化方向发展；对系统的组成原理、指纹采集和指纹图像处理力法进行了分析；结合FPS200和TMS320VC5402芯片的特性，对系统硬件核心和图像采集电路做了详细介绍，并给出系统硬件设计方案、软件设计流程;实验结果表明．系统指纹采集效率高，识别速度快，识别结果准确可靠；该系统性能稳定．实用性强，应用范围广泛。关键词：TMS320VC5402；DSP；指纹识别；FPS2001、任务提出与方案论证1.1任务提出指纹作为人体的重要特征，具有长期不变性和唯一性已经成为生物识别领域的重要手段。通过指纹特征来鉴别人的身份的技术正在得到越来越广泛的应用。随着指纹检测技术和指纹识别算法的不断改进，指纹识别技术还将在越来越多的部门得到更广泛的应用。在指纹检测与处理过程中有一个非常重要的问题，就是依赖计算机来处理指纹特征还是依赖于嵌入式平台。应该来说计算机速度快，用来进行指纹识别当然不会存在速度问题，但是指纹识别技术正进入一些离线型设备中，如指纹门禁系统含指纹信息的身份证等由于多方面的原因，这些设备不适合利用PC机进行在线处理，这样就需要采用嵌入式系统使用嵌入式平台进行指纹检测与识别，实际上包含两个问题：(1)研制能进行指纹处理的开发板它应该成本低，运行速度快，使用方便和独立运行等；(2)研究一整套能使用在该开发板的指纹识别算法传统算法复杂并且运算量比较大，所以需要一整套算法简单运算速度快的基于嵌入式应用的指纹识别算法。1.2方案论证本文就是说明基于嵌入式应用的指纹开发板，它具有指纹检测与处理功能,能够离线使用美国Veridicom公司开发了用于指纹检测与处理的开发板MatchBoard,该开发板使用NECμProc822/82364位ASIC单片机系统扩展了1M的SDRAM存储器和8M的Flash存储器,日本BMF公司也推出了一款类似的开发板。这些开发板的共同的特点就是处理器主频都非常高,都外扩了大量的程序存储器和数据存储器,成本都非常高难于进入嵌入式应用设备中。本文所述的是基于研制一款低成本的用于指纹检测与处理的模块板，在该板上使用TI公司低成本的DSP处理器VC5402板上分别扩展了512kB的程序存储器和数据存储器，开发板提供了一个异步串口与计算机进行通信。板上提供了2个JTAG接口，一个为10芯的JTAG接口用于对CPLD芯片进行编程，另一个为14芯的JTAG接口用于对DSP芯片进行调试该开发板外接+5V的电压用户可以直接使用也可以进行二次开发。2、总体设计2.1指纹识别系统原理指纹识别系统的组成原理。如图1-1所示。图中的学习模块负责采集用户指纹数据，对指纹图像进行预处理，提取这些指纹的特征，作为将来的比对模板存人数据库。而识别模块则负责采集和处理指纹图像，在提取特征后与数据库中的指纹模板进行比对，然后判断是否匹配．得出结论。整个系统的核心就是图像处理、特征提取以及指纹比对。图2-12.2指纹采集与指纹图像处理方法目前指纹图像的获取主要有四种方法：一种是光学采集器；压电式传感器；一种是用半导体传感器；一种是超声波指纹扫描仪。光学采集器采集指纹是通过把手指沾上油墨后按在白纸上，然后用摄像机把图像转换为电信号。光学采集受外界干扰小、采集精度较高，但是数据量较大，因此处理时问较长。而对于半导体传感器来说，手指的温度、湿度对其测量结果有影响，但是数据量不大，处理指纹采集CPLDDSPSRAMUSB接口显示匹配比较方便。随着半导体技术的发展，半导体传感器的成本低、体积小、方便集成等优点逐步体现，它已逐步代替光学采集器。取像设备光学取像设备半导体指纹传感器超声波扫描体积大小，比手指略大中耐用性非常耐用好一般成像能力对汗多脏的手指成像模糊手指上有汗渍污垢不能成像非常好功耗高低高成本高低很高指纹鉴定过程的第一个阶段是指纹图像的采集阶段，也就是指纹模板的录A阶段。为了初步确定图像预处理方法，我们必须首先了解指纹传感器获得的图像的尺寸和质量。根据不同的指纹传感器，我们设计不同的方案进行图像采集，并将从各个图中提出特征点储存到数据库中，来产生“活模板”，为后面的指纹鉴定做准备。指纹图像处理是整个指纹识别过程的核心。常见的指纹图像处理包括滤波增强、二值化、细化、提取特征点四个步骤。在采集指纹图像的过程中，受各种因素的影响，采集的图像会不同程度的受到各种噪声的干扰，从而影响了采集图像的质量。所以实际的指纹图像：第一步通过一个滤波增强来改善图像的质量，恢复脊线原来的结构。特征提取算法的性能和其它指纹识别技术的好坏取决于输入指纹图像质量的好坏。本系统采用一种用Gabor滤波与方向滤波结合对图像进行增强的方法该方法结合Gabor滤波器善下分离粘连脊线和方向滤波器善于连接断裂接线的特点，能够对低质量的指纹图像进行有效的增强。完成图像增强后．第二步是对图像进行二值化处理。二值化是指把灰度指纹图像根据所选取的值化为0～1取值的二值目像。第三步，对纹路进行细化，细化能够减少大量的多余信息．细化后的指纹图像中的每条纹线都足用单像素来表示点线，更加突出了指纹特征。第四步则是纹路特征点的提取，在特征提取阶段，选择脊线端点和分歧点作为特征点，记录每-特征点的类别、位置和方向信息，从而得到特征点(特征模板)。经过以上几个步骤，系统便完成对指纹图像的处理过程，得到最终模板。依据上述指纹识别预处理算法,通过CCS2.2的模拟功能,实现了指纹识别预处理的DSP处理,达到了DSP处理指纹图像的应用目的。图2-23、详细设计3.1硬件设计系统硬件电路主要包括：DSP芯片，TMS320VC5402传感器FPS200、FLASH、SROM以及显示框图如图3-1所示图3-1系统的核心处理单元是TI公司推出的高性能数字信号处理器TMS20VC5402片，具有精度高、灵活性太、可靠性高、时分复用等特点。其采用程序空间与数据空间完全独立的哈佛总线结构．指令的执行采用流水线结构，内部有一到多个处理内核，带有片上硬件乘法器，指令执行速度最快为几十纳秒，处理能力为100MIPS。片内有8条总线、片上存储器和片上外围电路等硬件，并且有高度专业化的指令系统.MSC5402直接数据寻址空间为64kB，程序空间寻址能力可达1MB，但是通过程序空间来扩展数据空间将影响系统处理速度。但是MTS320VC5402在实际使用过程中，程序和数据的一次连续处理一般都不会超过64KB，所以把核心的程序常驻TMS320VC5402内16kB空间，一般控制在l～2kB，再留7～8kB的空间调用所需的程序，程序在片内的执行速度要比片外的快许多，通过来回到程序，就能实现程序的全速运行。数据空