實(shí)用性指紋識(shí)別模塊設(shè)計(jì)方案，提供軟硬件參考設(shè)計(jì)

項(xiàng)目背景及可行性分析

本項(xiàng)目名稱是：基于FPGA的指紋識(shí)別模塊設(shè)計(jì)。

主要內(nèi)容為：本模塊采用xilinx公司的Spartan 3E系列XC3S500E型FPGA作為核心控制芯片，通過(guò)富士通公司的MFS300滑動(dòng)式電容指紋傳感器對(duì)指紋圖象進(jìn)行提取，然后對(duì)提取的指紋圖像進(jìn)行灰度濾波、圖像增強(qiáng)、二值化、二值去噪、細(xì)化等預(yù)處理，得到清晰的指紋圖象，再?gòu)那逦闹讣y圖象中提取指紋特征點(diǎn)，存入外部FLASH作為建檔模板。指紋比對(duì)時(shí)，采用同樣的方法獲得清晰的指紋圖像，建立比對(duì)模板，然后將比對(duì)模板與建檔模板利用點(diǎn)模式匹配算法進(jìn)行比對(duì)，得出比對(duì)結(jié)果。該模塊利用嵌入式軟核實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理，利用硬件實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別，保證了系統(tǒng)功能的完整性與識(shí)別的正確性。該識(shí)別模塊可用于門(mén)禁、考勤、安檢、保險(xiǎn)箱柜等很多方面，也可和計(jì)算機(jī)等設(shè)備聯(lián)機(jī)使用，滿足各個(gè)方面的不同需求，因此它的設(shè)計(jì)具有很廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。

項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)的論述；

2.1項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 指紋圖像的采集

本模塊利用美國(guó)富士通公司的MFS300滑動(dòng)式電容指紋傳感器對(duì)指紋圖像進(jìn)行提取和保存。這款指紋傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS 技術(shù)，含有8 位A/D 變換器，能在2.8 V～5 V 的寬電壓范圍內(nèi)工作，能自動(dòng)檢測(cè)到是否有指紋到達(dá)傳感器，并實(shí)現(xiàn)在線采集。它能在保證指紋圖像高分辨率(500dpi)的同時(shí)大大減小了傳感器的尺寸(13.3×3.6mm2)。然后XC3S500E利用其SPI端口通過(guò)讀寫(xiě)MFS300內(nèi)部的寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制，以完成指紋采集的任務(wù)。

2.1.2 指紋圖像的預(yù)處理

圖像預(yù)處理的主要步驟包括：方向圖計(jì)算、圖像增強(qiáng)、二值化、二值去噪、細(xì)化等。預(yù)處理的目的是改善輸入指紋圖像的質(zhì)量，以提高特征提取的準(zhǔn)確性。原始指紋圖像一般存在噪聲污染、脊線斷裂或脊線模糊等問(wèn)題，需要進(jìn)行圖像增強(qiáng)（使用濾波技術(shù)）以改善質(zhì)量。由于指紋特征僅包含在脊線的形狀結(jié)構(gòu)中，所以，通過(guò)二值化和細(xì)化把深淺不一、寬度不同的脊線變成灰度相同、單像素寬的細(xì)脊線，以便于特征提取。

2.1.3 指紋圖像的特征提取與比對(duì)

系統(tǒng)通過(guò)細(xì)節(jié)特征提取算法對(duì)預(yù)處理后的指紋圖像進(jìn)行全局特征和細(xì)節(jié)特征的提取，將獲得指紋圖像特征參數(shù)存入外設(shè)FLASH中，建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。在識(shí)別模式時(shí)，系統(tǒng)用同樣的方式提取指紋圖像特征參數(shù)，存入擴(kuò)展SRAM中，然后將外設(shè)FLASH和擴(kuò)展SRAM中的數(shù)據(jù)利用點(diǎn)模式匹配算法進(jìn)行比對(duì)，最終將比對(duì)結(jié)果輸出。

2.1.4 系統(tǒng)整體需要考慮的問(wèn)題

有效的指紋辨識(shí)系統(tǒng)不僅僅依賴于辨識(shí)算法，還需要考慮很多其他方面的問(wèn)題，它包括注冊(cè)和辨識(shí)過(guò)程、排斥欺騙和安全考慮等。我們必須對(duì)這些問(wèn)題提出應(yīng)對(duì)辦法，才能實(shí)現(xiàn)有效的辨識(shí)。