摘要：介紹了用硬件實現(xiàn)的獨立指紋識別系統(tǒng)。討論了指紋識別的算法概述、設(shè)計方法及其在DSP板上的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：指紋識別 特征匹配 DSP

隨著指紋識別技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，高度的精確性使其已應(yīng)用到身份認證的各個領(lǐng)域。與其他生物統(tǒng)計學(xué)特征相比，指紋特征更容易提取、更可信，且特征尺寸也很小。這些特點使指紋識別系統(tǒng)在有限資源平臺上實現(xiàn)并維持一定性能（ＦＡＲ、ＦＲＲ及匹配時間等）成為可能。

本文討論了指紋識別系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法。介紹運用細節(jié)的脊線形狀特征作為本算法的基礎(chǔ)；基于這種思想，建立了指紋識別算法流程。該算法很容易在任何平臺上實現(xiàn)。筆者選擇了高效的ＤＳＰ平臺，設(shè)計了一個專業(yè)的用來單獨實現(xiàn)指紋模塊的ＤＳＰ板。最后，討論了這種指紋識別系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展。
            
１ 細節(jié)脊線的形狀特征

指紋圖像上各種各樣的線條被稱為脊線，脊線之間的空白稱為谷。指紋的細節(jié)特征是指紋識別的依據(jù)，最常用的細節(jié)特征是脊線的端點和分叉點。圖１顯示了端點和分叉兩個細節(jié)特征。端點就是脊線的終點，分叉表示一條脊線從一條路徑在Ｙ型結(jié)合點變?yōu)閮蓷l路徑。細節(jié)比較運用細節(jié)類、坐標（ｘ，ｙ）以及方向作為比較的特征。

一種運用細節(jié)脊線形狀特征進行指紋識別的新思想。細節(jié)脊線形狀是指脊線與作為指紋圖像相關(guān)特征的細節(jié)進行關(guān)聯(lián)后所得的形狀。當一個細節(jié)在被提取和記錄時，可以得到其關(guān)聯(lián)脊線分割后的跡線點。這些細節(jié)和跡線點能夠描述脊線，特別是其對應(yīng)的細節(jié)位置。這種新方法是基于跡線點的相對距離來描述脊線的形狀。這種描述方法更為精確，因為這種相對距離不會因指紋在獲取中的位移和旋轉(zhuǎn)而改變。這也是該方法相對其他特征點求取方法的優(yōu)勢。

如圖２所示，細節(jié)和其軌跡點能夠用來描述脊線，特別是連接到具體的細節(jié)位置。脊線上軌跡點的采樣間隔被設(shè)定為一固定值Ｄ，如果５個點被采樣作為１個細節(jié)點和４個軌跡點，用３個相對參數(shù)ｄ１、ｄ２、ｄ３對脊線形狀進行描述。

對于固定的采樣間隔Ｄ，為了增加精確度，使用內(nèi)插法定義正確的軌跡點位置。因而，指紋圖像的重要數(shù)據(jù)（脊線形狀數(shù)據(jù)）能通過一種獨立于位移和旋轉(zhuǎn)的簡單途徑獲得。每一個參數(shù)能夠以６ｂｉｔ的數(shù)據(jù)表示。因此一個有２５個細節(jié)脊線形狀的指紋圖形能夠以６×３×２５位＝５６．２５字節(jié)存儲。
                  
２ 識別流程

指紋識別系統(tǒng)如圖３所示，可以分為存儲和匹配兩部分。記錄的目的是提取指紋特征（模板）。在比較處理過程中，將輸入的指紋圖像特征與模板進行匹配，通過比較決定匹配結(jié)果。

圖４顯示了該指紋識系統(tǒng)的算法處理過程，主要過程包括：

·圖像處理——獲得高質(zhì)量的二值圖像；

·紋路細化——獲得細化后的二值圖像；

·細節(jié)提取——提取端點和交叉點形狀；

·細節(jié)比較——比較模板和輸入圖像的細節(jié)。

圖像處理的目的是把輸入的灰度圖像轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的二值圖像。指紋圖像是一種噪聲較大的圖像，因此需要圖像增強減少這些噪音，并增強脊線。
      
第一步，使用高通濾波器和低通濾波器預(yù)濾波進行平滑處理。通過第一次二值化處理，過濾后的灰度圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像。第一次二值化處理后，每個二值圖像塊的方向被提取，并且最大方向被計算出來。然后，過濾后的灰度圖像沿著已經(jīng)查明的方向通過方向濾波器進行平滑處理。最終的二值圖像通過對最后的灰度圖像進行第二次二值化處理后得到。

經(jīng)過圖像預(yù)處理，指紋二值圖像被細化以便脊線圖案成為一個像素寬的連接線段。圖５中ａ、ｂ、ｃ分別為原始輸入灰度指紋圖像，以及細化前和細化后的二值圖像。

詳細的細節(jié)是從細化后的二值圖像中提取的。詳細的分支被發(fā)現(xiàn)后，就從分叉點或終點開始描繪軌跡。包括細節(jié)點的至多五個點被作為完好的細節(jié)標準提取。然后，通過這些點，細節(jié)的形狀數(shù)據(jù)被計算出來。這種形狀數(shù)據(jù)作為特征數(shù)據(jù)和細節(jié)類型以及它們的位置都被記錄下來。

    兩個指紋的匹配指數(shù)是基于細節(jié)形狀的相似程度、細節(jié)的類型和它們的位置計算出來的。位移和旋轉(zhuǎn)作為評估兩個指紋匹配指數(shù)的考慮因素。
      

       DSP上的指紋識別模塊的實現(xiàn)

--------------------------------------------------------------------------------

摘要：介紹