何惜琴

（閩南理工學(xué)院寶蓋校區(qū)，石獅 362700）

本文提出了對(duì)于指紋識(shí)別模塊的設(shè)計(jì)的方案，認(rèn)為要在硬件上利用DSP自身的優(yōu)勢(shì)來(lái)建立數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在軟件上要彌補(bǔ)DSP自身的一些不足，對(duì)過(guò)去的指紋系統(tǒng)進(jìn)行加工改造，以便讓這個(gè)系統(tǒng)可以有更高的實(shí)用性，對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)有很大的價(jià)值。同時(shí)，這種方式還有很高的可行性與安全性，因?yàn)橹讣y一定要自己親自去驗(yàn)證的，這個(gè)方式還十分方便快捷?，F(xiàn)在這種技術(shù)已被廣泛運(yùn)用到對(duì)安全性非?？粗氐男袠I(yè)當(dāng)中，如銀行、金融等機(jī)構(gòu)。

1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)在整體上由三個(gè)部分組成，首先是圖像采集模塊。因?yàn)橹讣y識(shí)別系統(tǒng)不需要時(shí)刻都看圖像，所以對(duì)于傳感器方面的要求就可以放低了，例如可以用黑白數(shù)字CMOS傳感器就可以了。本系統(tǒng)所用的傳感器就是這一款的，只要300萬(wàn)的像素就可以了。因?yàn)檫@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(dá)到要求。其次是圖像處理和識(shí)別模塊。這個(gè)模塊就直接關(guān)系到了指紋識(shí)別系統(tǒng)到底好不好，這一個(gè)部分是很關(guān)鍵的，可以采用FPGA和DSP相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行處理?？梢园岩恍┍容^復(fù)雜的任務(wù)交給DSP來(lái)完成，其他的在旁邊進(jìn)行一個(gè)輔助。這樣就可以利用這個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)讓整個(gè)的系統(tǒng)更加的方便和快捷，并且還可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行的速度和提高對(duì)于資源的使用次數(shù)。最后是輸出模塊。通過(guò)系統(tǒng)識(shí)別之后的可以只在在LCD顯示屏上面來(lái)顯示。我們可以把這個(gè)作為終端來(lái)使用，從而我們就可以得到我們想要的信息。

2 指紋識(shí)別算法

指紋識(shí)別這個(gè)要發(fā)揮作用就必須通過(guò)指紋識(shí)別算法。本系統(tǒng)的指紋識(shí)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(dá)到一個(gè)很好的效果關(guān)鍵在于圖像的增強(qiáng)。要讓圖像增強(qiáng)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(duì)特征進(jìn)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(gè)人的都不同，里面含有很多的信息。指紋圖像增強(qiáng)算法就是根據(jù)每個(gè)人指紋的不同來(lái)完成的。本系統(tǒng)采取了和傳統(tǒng)的系統(tǒng)不同的處理方式，極大的提高了增強(qiáng)算法的有效性。

在脊線方向上，指紋圖像是有它自己獨(dú)有的特征的，指紋圖像在一個(gè)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(qiáng)等各個(gè)方面。

在脊線頻率上面，指紋紋路除了我剛才說(shuō)的具有那個(gè)特征之外，它還具有很穩(wěn)定的特征。我們節(jié)選指紋圖像的一個(gè)很小的片段，你會(huì)發(fā)現(xiàn)脊線和谷線的紋理的的特點(diǎn)是呈現(xiàn)出平行的特點(diǎn)的。脊線頻率是指兩個(gè)脊線之間的距離的倒數(shù)。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(guò)找到該區(qū)域里面的極大和極小值點(diǎn)。

CABOR變換它是具有最佳時(shí)域和頻域連接分辨率等這些優(yōu)點(diǎn)，它可以對(duì)圖像的部分的結(jié)構(gòu)的特征和空域頻率這兩個(gè)部分進(jìn)行同時(shí)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(tǒng)是以CABOR過(guò)濾器函數(shù)的實(shí)部來(lái)作為樣板，而這個(gè)過(guò)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(lái)作為自己的頻率。用這兩個(gè)來(lái)建構(gòu)過(guò)濾器。本系統(tǒng)在指紋匹配方面采取的是校準(zhǔn)算法，它是基于特征集合匹配的，這個(gè)算法很多時(shí)候都是不需要用到DSP處理系統(tǒng)的，它只要用比較邏輯和加減的算法。

3 整個(gè)系統(tǒng)的處理流程

整個(gè)系統(tǒng)是要分成四個(gè)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(yù)留著。同時(shí)要設(shè)計(jì)好預(yù)處理模塊是怎么對(duì)信息進(jìn)行處置的，同時(shí)要知道各像素點(diǎn)的梯度值和在子塊中最大的值的坐標(biāo)。把得到的這些信息都保存到相關(guān)的系統(tǒng)中。其次，是用DSP來(lái)獲得和分析所有要用到的數(shù)據(jù)，得出脊線的方向和脊線的頻率，隨后就用GABOR對(duì)這些信息進(jìn)過(guò)波的過(guò)濾，經(jīng)過(guò)這些步驟之后，會(huì)得到很多信息，把這些信息都保存在一個(gè)系統(tǒng)中。再次，DSP處理會(huì)發(fā)出指令的要求，我們根據(jù)這些要求去我們剛才把信息保存在一個(gè)系統(tǒng)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(diǎn)，然后把它送到DSP當(dāng)中，做更深一步的處置，達(dá)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(lái)得到最后的一個(gè)結(jié)論。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上這些都是經(jīng)過(guò)了多方面的思考，可以最大效果發(fā)揮DSP處理器的功能和優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在做數(shù)據(jù)采集時(shí)根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷?，以便讓系統(tǒng)可以發(fā)揮出它最大的價(jià)值。