指紋以其唯一性、穩(wěn)定性及非遺失性而成為個(gè)人身份識(shí)別的有效手段。計(jì)算機(jī)圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)的發(fā)展使指紋自動(dòng)識(shí)別技術(shù)更加成熟。指紋識(shí)別技術(shù)主要是通過(guò)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。目前的多數(shù)指紋識(shí)別系統(tǒng)是將指紋圖像采集到計(jì)算機(jī)中，然后利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別。但該方法不但占用了主機(jī)系統(tǒng)的資源，同時(shí)也限制了指紋圖像處理的速度。而本文介紹的基于dsp的指紋識(shí)別系統(tǒng)不但可脫機(jī)工作，也可通過(guò)接口進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，并可快捷地整合到其它系統(tǒng)中。該系統(tǒng)采用ti公司生產(chǎn)的dsp芯片tms320vc5416(以下簡(jiǎn)稱：c5416)作為核心處理器，同時(shí)選擇veridicom公司的固態(tài)指紋傳感器件fps200。

1 指紋識(shí)別原理

1.1 指紋識(shí)別系統(tǒng)的組成

　　指紋識(shí)別是用取像設(shè)備讀取指紋圖像，并通過(guò)識(shí)別軟件提取指紋圖像中的特征數(shù)據(jù)，然后根據(jù)匹配算法得到的結(jié)果來(lái)鑒別指紋所有人的身份，這種生物特征識(shí)別技術(shù)主要涉及指紋圖像采集、圖像預(yù)處理、特征提取、特征匹配等過(guò)程。識(shí)別時(shí)，可由計(jì)算機(jī)對(duì)預(yù)存的模板與當(dāng)前獲得的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以計(jì)算出它們的相似程度，從而得到兩幅指紋圖像的匹配結(jié)果。

1.2 指紋采集的操作原理

　　fps200指紋傳感器由256×300個(gè)電容傳感陣列組成，其分辨率高達(dá)500 dpi，工作電壓范圍為3.3～5 v，傳感器內(nèi)部有8位adc，并具有兩組采樣保持電路。

　　fps200是一種基于電容充放電原理的觸摸式cmos傳感器，其外面是絕緣表面，傳感器陣列的每一點(diǎn)都是一個(gè)金屬電極，手指則充當(dāng)電容器的另一極，而兩者之間的傳感面形成電容兩極之間的介電層。由于指紋的脊和谷相對(duì)于另一極之間的距離不同，導(dǎo)致硅表面電容陣列的各個(gè)電容值不同，這樣，電容陣列值就描述了一幅指紋圖像。fps200的每一列都有兩組采樣保持電路。紋采集按行實(shí)現(xiàn)，選定一行，對(duì)該行所有電容充電，并用采樣保持電路保存電壓值；然后放電，再用另一組采樣保持電路保存剩余電壓值。兩組電壓值通過(guò)內(nèi)置的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，便可以獲得具有灰度等級(jí)的指紋圖像。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本指紋識(shí)別系統(tǒng)中的特征匹配和數(shù)據(jù)庫(kù)模塊可在主機(jī)上通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，指紋采集、圖像的預(yù)處理以及特征提取部分則可由dsp+cpld完成。

　　該指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)由dsp、cpld、fps200指紋傳感器、sram、flash和usb接口等硬件組成。圖3中的cpld可作為系統(tǒng)中的接口和邏輯控制器件，控制著整個(gè)系統(tǒng)的邏輯，同時(shí)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)取指器、dsp和usb三部分之間的工作；fps200指紋傳感器負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)采集用戶的指紋，cpld則可將指紋圖像存儲(chǔ)到sram中，并在采集完一幅圖像后通知dsp數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好。進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，由dsp將sram中的數(shù)據(jù)分塊取到其內(nèi)部的128 kb ram中，以進(jìn)行指紋圖像預(yù)處理及特征提取，再由dsp將指紋模板經(jīng)usb接口上傳給pc，然后與指紋庫(kù)中的特征指紋進(jìn)行匹配，最后顯示匹配結(jié)果。

2.1 系統(tǒng)存儲(chǔ)空間的分配

　　指紋圖像的數(shù)據(jù)量大(fps200采集的指紋圖像為256×300象素)，因此，運(yùn)行指紋識(shí)別算法和存儲(chǔ)特征模板均需大量存儲(chǔ)空問(wèn)。本系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)資源進(jìn)行了合理的分配管理。系統(tǒng)外部存儲(chǔ)器包括256 kb的flash和256 kb的sram。程序代碼放在flash中；算法運(yùn)行過(guò)程中的臨時(shí)指紋圖像數(shù)據(jù)則存放于片外sram，最后的指紋特征模板則存儲(chǔ)于flasheeprom中。

　　tms320vc5416有23根地址線可以用來(lái)對(duì)程序空間進(jìn)行尋址，并可直接對(duì)8 mb空間進(jìn)行尋址，本系統(tǒng)只需512 kb的尋址空間，所以只需使用其中19根地址線。設(shè)計(jì)時(shí)可利用高位地址a19來(lái)區(qū)分flash和sram，可將dsp地址線中低15位直接與flash中的a0～a14相連，地址高3位通過(guò)cpld來(lái)控制尋址。為了對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行統(tǒng)一的邏輯控制，本系統(tǒng)由cpld并完成片選、中斷、復(fù)位、讀寫使能等功能

2.2 cpld電路的設(shè)計(jì)

　　cpld作為接口和邏輯控制器件，其內(nèi)部集成有地址發(fā)生器和與dsp的握手控制電路，可用于完成整個(gè)系統(tǒng)的片選、中斷、通用i／o的配置等功能，同時(shí)可將指紋圖像直接存儲(chǔ)到sram中，并在采集完一幅圖像后通知dsp數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好。本設(shè)計(jì)中的cpld選用美國(guó)altera公司的max3000系列epm3128atc100-10。

2.3 鍵盤與lcd電路的設(shè)計(jì)

　　lcd模塊采用fm12864i作為指紋圖形和處理結(jié)果顯示的用戶界面。fm12864i是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動(dòng)器／列驅(qū)動(dòng)器及128×64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，可完成圖形顯示，也可以顯示8×4個(gè)(16×16點(diǎn)陣)漢字。本設(shè)計(jì)為了便于調(diào)試，將dsp輸出與lcd連接的控制引腳一起連人cpld，便以靈活地調(diào)整時(shí)序。鍵盤上有12個(gè)按鍵，可用10 kω電阻拉高組成3×4鍵盤，輸出的邏輯電平與cpld的i／o相連，并通過(guò)vhdl程序來(lái)控制鍵值的讀入。

2.4 usb接口電路

　　usb接口芯片選用cypress