基于DSP的指纹识别系统.pdf

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邕室竺H鲨H竺篷篁兰H型!H竺竺叫的指纹识别系统的硬件设计基于TMS320VC5509A郭晶莹晴商庆瑞吴【摘要】介绍了一种以定．点．DSP芯片TMS320VC5509A及FPS200指纹采集传感器为核心【关键词】DSP性，使其在许多领域中得到了广泛应用，尽管当前的输入的指纹图像一般存在大量无用信息和干扰信息(噪声)，预处理就是要把这些信息尽量去除掉，使①支持108、144和200一MHz三种时钟频率，每秒(北京工业大学，100022)的自动指纹识别模块，详细描述了此系统的硬件设计，并给出其硬件调试方法。该系统灵活性强，不但为实现指纹识别软件提供了功能强大的硬件基础外，而且对研究和开发速度快、性价比高、识别率高的嵌入式指纹识别平台有着很大的参考价值。近年来，生物识别技术以其先进性和可靠性得到快速发展。指纹的唯一性、终身不变性和不易伪造指纹识别产品已经多种多样，但是指纹识别技术仍是科研人员研究的热点，这是因为：出于知识产权保护和商业利益的原因，指纹识别的核心技术只被少数企业和技术机构所拥有，在国外，指纹识别产品已经应用普及，但在国内，由于产品价格比较高，应用在民用的产品并不广泛。所以，指纹自动识别系统的研究既有很强的理论价值，又有很高的实用价值。根据指纹传感器和算法的特点，本文设计了一款基于TI公司的DSP芯片TMS320VC5509A作为核心处理器，指纹采集芯片采用Veridicom公司的FPS200，此指纹识别模块既可以独立运行(脱离PC机)，也可将数据上传至PC机进行处理。整个系统具有成本低、应用简单、易于开发等优点。一、指纹识别系统的工作原理指纹识别的流程图如图1所示。活体指纹首先通过指纹采集装置采集到系统中，形成指纹数据图像，图像更清晰。预处理过程主要包括指纹图像的滤波增强、二值化、细化等，最后的纹线宽度只有一个像素的细化二值指纹图像。在此基础上，提取指纹特征信息，新得到输入指纹特征模板，然后用输入指纹特征模板与已登记的指纹特征模板进行匹配，最后显示识别结果。二、指纹识别系统的硬件设计1、TMS320VC5509A简介TMS320VC5509A是一款基于TMS320VC55XDSP核的定点DSP，是TMS320VC5509的改进版本。目前，指纹识别模块大部分用的是C54X(如TMs320VC5402，TMS320VC5409等)做CPU，与C54X相比，C55X在内核功率、速度、内核密度等方面都有明显的改进，表1是C55X与C54X的主要性能指标比较。TMS320VC5509A的主要特点如下：可执行一到两条指令。②具有两个ALU(其中一个40位，一个16位)和丽个MAC(单周期内能同时完成两个17×17bit乘法)；内部具有六条总线，三条数据读总线，两条数据写总线，一条程序总线，在一个周期内可完成三次数据读和两次数据写。③数据和程序空间统一编址，通过四个片选信号，可寻址16M字节的外部数据／程序空间，大大扩展了数据空间，具有128K16一Bit的片上RAM；并可通过EMIF实现多种存储的无缝连接，包括SDRAM。2、FPS200指纹传感器工作原理和性能特点指纹识别TMs320vc5509A图1指纹识别流程图．．47—．x
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n《叫玎a。lI日爿SDRAMq爿CPLD．SRAM。为了能够实现脱机运行，本系统外扩了一片：r①传感器阵列：256此传感器采集到的8bit灰度指纹图像大小为300×256，嘲S320FPS200是美国Veridicom公司的指纹采集芯片，是一种基于电容充放电原理的晶体电容按压式指纹传感器。传感阵列的每一点是一个金属电极，充当电容器的一个极，按在传感器表面上的手指的对应点则作为另一极。传感器的表面形成电容两极之问的介电层，由于指纹的脊和谷导致了传感阵列各电容值的不同，这个电容值阵列就形成一幅指纹图像⋯。主要特征如下：300，500dpi分辨率；②工作电压：3．3V～5V；③三种总线结构：8位微处理器接口、USB总线、串口总线。3，指纹识别系统的硬件结构设计(1)设计思想目前，市场上使用的指纹传感器主要是按压式电容传感器，此传感器具有功耗低、价格便宜等特点。则存储一幅图像就需要75Kbytes的空间，然而一般DSP的数据空间仅有64K，虽然可通过页扩展的方式扩大数据空间，但使用起来比较麻烦。TMS320VC5509A仅片内就有128K×16Bit的RAM，再加上片外数据空问的扩展，最多可达16M字节的数据空间，完全满足算法要求。此外，TMS320VC5509A的“双CPU”结构，增加了指令的并行执行能力，并增加了针对此结构的并行指令。对于指纹识别算法这种具有大量乘加运算的算法来说，可大大提高算法运行速度。TMS320VC5509A的EMIF接口实现了与各种存储器的无缝连接，大大加