指纹识别课程设计

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1、河南工程学院DSP 技术课程设计指纹识别设计学生姓名：学院:电气信息工程学院专业班级：通信工程1441指导教师：2017 年6月20 日课程设计成绩评定标准及成绩序号评审项目指标满分评分1工作态度遵守纪律，学习认真；作风严谨，踏 实肯干。5分2工作量按期圆满完成规定的任务，难易程度 和工作量符合要求。20分3出勤情况全勤：得10分10分有迟到、早退、请假现象：得8分旷课1天：得5分旷课2天：得2分旷课超过2天：得0分4设计、实验 万案能灵活运用相关专业知识，有较强的 创新意识，有独特见解，设计有一定 应用价值。30分5实验技能动手能力强，能独立完成安装、调试 等实际操作，能解决设计及实验过程

2、中出现的问题。10分6小组表现注重团队合作，在小组中表现突出， 对设计方案的制定及选取起主要作 用，在实验操作过程中，承担主要执 人一 -fy.行者。5分7设计报告 质量报告结构严谨合理；文理通顺，技术 用语准确，符合规范；图表完备、正 确，绘图准确、符合国家标准；。20分合计评语：等级：（优秀、良好、中等、及格、不及格）评阅人：职称：讲师日期：2017年6月20日目录摘要 1第 1 章 绪论 11.1 选题依据及研究意义 11.2 国内外研究现状 21.3 课题预期的目标 2第2章系统方案设计 32.1 核心传感器的选择 32.2FPS200 指纹传感器工作原理和性能特点 42.3 接收模块

3、 5第3章硬件电路设计及其实现 83.1 指纹图像预处理 83.2 指纹图像二值化 9第4章指纹识别系统的硬件设计 114.1 总程序识别算法 11第5章调制与结果分析 135.1 系统调试方法 13总结 15参考文献 16摘要指纹识别是利用人体固有的指纹生理特征来进行个人身份鉴别的技术 :,随着 指纹识别技术的发展和应用,指纹图像预处理技术成为了一个重要的研究课题。 本文实现了以定点DsP芯片仪5320VC5509A及姗F20指纹采集传感器为核心的 自动指纹采集与处理系统,整个系统具有体积小、应用灵活的特点 同时对指纹预 处理算法进行了研究,主要包括图像滤波、图像增强、二值化、细化四个部分,

4、通 过比较研究等方式说明选择的算法优点，基于DSP的平台用c语言编程实现指纹 图像预处理。本文介绍了一种以定点DSP芯片TMS320VC5509A及FPS200指纹采集传感 器为核心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 的参考价值关键词：指纹识别；传感器；二值化第1章 绪论1.1选题依据及研究意义指纹识别是目前生物检测学中研究最深入，应用最广泛，发展最成熟的技术。 指纹识别作为识别技术已经有几个世纪的历史了。指纹识别技术通

5、过分析指纹的 全局特征和指纹的局部特征，特征点如嵴、谷和终点、分叉点或分歧点，从指纹 中抽取的特征值可以非常的详尽，以便可靠地通过指纹来确认一个人的身份。平 均每个指纹都有几个独一无二可测量的特征点，每个特征点都有大约七个特征， 我们的十个手指产生最少4900 个独立可测量的特征。这足够来确认指纹识别是 否是一个更加可靠的鉴别方式。长期以来，指纹识别技术大量被应用到司法和刑 事侦查领域，使得人们往往把指纹识别技术与刑事侦查和犯罪联系在一起，带有 一些抗拒心理，影响了指纹识别系统的可接受性。另外某些人或某些群体的指纹 因为指纹特征很少，故而很难成像，也影响了指纹识别的准确性。指纹识别技术具有诸多

6、优点：指纹是人体独一无二的特征，并且它们的精确 度和复杂度足以提供用于鉴别的足够特征；如果想要增加可靠性，只需登记更多 的指纹，鉴别更多的手指，多达十，其中每一个是唯一的指纹；指纹扫描的速度 很快，使用非常方便；指纹识别器，用户必须用手指和对方的指纹采集头接触， 并直接接触指纹采集头是最可靠的生物识别读。指纹采集头可以更小更便宜可见， 指纹识别技术是最方便、可靠、无创、廉价的生物识别技术解决方案，具有广阔 的应用前景。每一种生物特征识别技术各有优缺点，其适用性也与应用领域密切 相关。在任何工作环境中，任何技术都比不上任何其他技术。常用生物特征识别 技术的技术性能比较如表 1 所示：表1类型虹膜

7、鉴别可靠 度 很好可否运用1 对1比照 是可否运用1 对多比照传感器价格尺寸较大视网膜很好是较大面部一般是中等签名一般是较小语音一般是否极低非常小基因最好是否极高很大I指纹很好是是较低非常小由上面分析可知，指纹识别在各种生物特征识别领域中综合性能较好，因此 指纹识别技术在认证系统中被广泛应用。由于人体特征具有人体所固有的不可复制的唯一性，这一生物密钥无法复制， 失窃或被遗忘。人类追寻文档、交易及物品的安全保护的有效性与方便性经历了 三个阶段的发展。第一阶段是最初始的方法，也就是采用大家早已熟悉的各种机 械钥匙。第二阶段是由机械钥匙发展到数字密钥，如口令或条形码等。第三阶段 是利用人体所固有的生

8、物特征来辩识与验证身份。生物识别是当今数字化生活中 最高级别的安全密钥系统。常见的口令、IC卡、条纹码、磁卡或钥匙则存在着 丢失、遗忘、复制及被盗用诸多不利因素。因此采用生物”钥匙，您可以不必携 带大串的钥匙，也不用费心去记或更换口令。生物识别的核心在于如何获取这些 生物特征，并将之转换为数字信息，存储于计算机中，利用可靠的匹配算法来完 成验证与识别个人身份。指纹识别技术从被发现起，就被广泛应用到契约等民用领域。由于人体指纹 具有终身稳定性和唯一性，很快就被用于刑事侦查，并被尊为“物证之首”。但 早期的指纹识别采用的方法是人工识别法。这项工作需要有一些经过专门训练的 专业技术人员和有经验的指纹

9、专家凭经验对指纹逐个对比，从而得出鉴定的结果。 用这种方法进行指纹鉴定，不但效率低、速度慢，查找范围也很有限，远远不能 满足现代社会的需要。1.2 国内外研究现状20 世纪 60 年代末，以电子计算机技术为代表的信息技术逐步兴起，计算机 技术开始进入指纹识别领域，为指纹鉴定的自动化带来了新的解决思路、新的实 现方法和新的处理途径。美国开始有人提出用计算机图像处理和模式识别方法进 行指纹分析以代替人工比对，这就是自动指纹识别系统” (Automated Fingerprint Identification System，简称AFIS)。到70年代，由于计算机的广泛应用及模式识 别理论的发展，世界

10、各国都争相开发使用自动指纹识别系统。 20世纪70年代末 一些实用系统已经出现，如加拿大警方首次应用激光进行指纹检验。日本立石电 机公司80年代研制出了指纹核对机。美国人福勒80年代设计了指纹电子检验系 统。1982年日本NEC首次向警方提供了 AFIS。目前世界上有30多家著名大学、 科研机构、公司一直从事自动指纹识别系统方面研究。我国的指纹自动识别技术 研究，已经经历了较长的发展历程。时至近日，自动指纹识别技术已经从单一系 统的应用，发展到网络化的全面应用。20世纪90年代末期，价格较低的指纹采 集器、快速、匹配的算法发展为指纹技术用于个人身份识别提供了广阔的市场空 间。指纹识别技术被广泛

11、应用意味着它能在影响亿万人的日常生活的各个地方使 用。自动指纹识别技术的优势与前景生物特征识别可以采用很多方法，如人像， 指纹，虹膜和声纹等，而其中指纹识别在广泛性，持久性，独特性，防伪性和采 集性等多方面都具有很强的优势，因此也成为了目前应用最为广泛的生物特征识 别技术。在惟一性方面，相对于面部、声音等识别技术，指纹因其特征数量较多， 且特征定位精确度可以做得更高，故惟一性好；在稳定性方面，由于一个人在出 生时指纹就已经被定型了，随着年龄的增长指纹永久不变，因此不变性较面部、 声音等优越；在方便性方面，与虹膜、视网膜等采样难度较高的情况相比，指纹 样本便于获取，采样成本较低，识别系统中硬件部

12、分较容易实现，因此方便性相 对较好。商用指纹识别技术在中国的应用虽然还只有10年左右的时间，但已得 到了很大的发展和进步。国内从业公司不断增加，理论研究不断得以增强，国产 商品质量和档次不断提高，产品价格逐渐降低到合理水平，指纹识别应用领域已 从简单的门禁扩展到门禁/考勤、金融、社会福利、计算机信息安全及ID证卡等 多个领域，中国庞大的潜在市场吸引着越来越多的国内外投资者涉及这一领域。 这一切都显示了中国指纹市场极其广阔的前景。1.3课题预期的目标第2章系统方案设计系统总体设计概述：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

13、像，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，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。指纹圈像*图橡预处理特征提取I匹配指纹P输出匹配结果垢纹團煖1图療增強1二血细化、的平滑1 鼻图 1 图指纹识别过程框图2.1 核心传感器的选择TMS320VC5509A 简介 TMS320VC5509A 是一款基于 TMS320VC55XDSP 核 的定点DS

14、P，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：持 108、 144 和 200-MHz 三种时钟频率，每秒可执行一到两条指令。具有两个ALU （其中一个40位，一个16位）和两个MAC （单周期内能同时完 成两个17X17bit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。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128Kx16-Bit的片上RAM；并可通过EMIF 实现多种存储的无缝连接，包括 SDRAM。表 2 C55X 与 C54X 的主要性能指标C54XC55X改进內核功隼0320.056X(mWMlPS)MJPS?30-160140-8005XMMACS30-160140-8005X謝耀密度町聲指令隹度结构30%功能单元MAC12两倍的功ALU|2鷹亦器双估的程程序读取16 bk*32 hit庠读恥和蔓大的指指争快