嵌入式指纹采集系统的设计及其预处理算法研究

论文摘要

生物识别技术是未来身份验证技术的发展方向。自动指纹识别技术是最可靠、最有效的生物识别技术之一,随着IC产业的发展,指纹自动识别系统之间脱离计算机朝灵活性、方便性、实时性等方向发展。开发和研究小型化、智能化的采集与识别系统是当今指纹识别技术走向实用化的研究热点。本文以TMS320VC5509DSP为主控制器,使用Fujitsu公司电容式固态指纹传感器MBF200,以SPI为通信接口,设计并实现了嵌入式的指纹采集系统。论文在设计系统总体结构的基础上,首先研究了DSP、MBF200芯片及外围器件结构特性,设计、制作并调试了指纹采集模块和算法处理系统的硬件电路;然后在CCS2.0集成开发环境下开发了指纹采集程序,并联机调试,得到了较好的指纹图像,对影响图像质量的各个参数进行了分析;最后依据采集到的指纹图像的特点,在图像分割和归一化的基础上,选取合适的滤波器进行方向图滤波增强,通过比较几种二值化算法,选取了动态阈值法进行二值化,采用数学形态学进行细化处理,设计出了一套合适的指纹预处理算法。本系统完成了指纹的采集和预处理工作,采集到256×256的指纹图像,采集速度最高可达12Mb/s,且纹线清晰。在整个预处理之后,细化效果明显,为指纹技术的进一步普及创造了有利条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题预期的目标
• 1.4 论文的主要内容和章节安排
• 2 系统总体设计概述
• 2.1 系统总体设计方案
• 2.2 系统的工作流程
• 2.3 小结
• 3 基于MBF200的指纹采集模块设计
• 3.1 指纹传感器简介
• 3.2 指纹传感器的选择
• 3.3 指纹采集部分硬件设计
• 3.3.1 指纹芯片电源设计
• 3.3.2 接口模式选择及时钟设计
• 3.3.3 指纹芯片SPI接口电路设计
• 3.4 采集部分PCB设计
• 3.5 小结
• 4 指纹处理系统的硬件设计
• 4.1 DSP概述
• 4.1.1 DSP系统的特点
• 4.1.2 DSP的选型
• 4.2 TMS320VC5509DSP基本电路设计
• 4.2.1 电源管理设计
• 4.2.2 时钟电路设计
• 4.2.3 复位电路设计
• 4.2.4 JTAG接口电路设计
• 4.3 存储器电路设计
• 4.3.1 SDRAM及其接口
• 4.3.2 FLASH及其接口
• 4.3.3 SDCARD及其接口
• 4.4 TMS320VC5509DSP与MBF200的接口设计
• 4.4.1 SPI通信模式说明
• 4.4.2 DSP的McBSP时钟停止模式
• 4.5 处理器部分PCB设计
• 4.5.1 系统降噪举措
• 4.5.2 PCB的布局
• 4.6 小结
• 5 整机PCB的软硬件调试
• 5.1 硬件调试
• 5.1.1 采集板硬件调试
• 5.1.2 处理器硬件调试
• 5.2 软件调试
• 5.2.1 MBF200核心寄存器简介
• 5.2.2 系统的软件设计
• 5.2.3 指纹图像的获取
• 5.3 小结
• 6 指纹图像的预处理算法
• 6.1 指纹识别概述
• 6.2 背景分割
• 6.3 指纹图像的增强
• 6.3.1 指纹图像的规一化
• 6.3.2 方向图滤波增强
• 6.4 指纹图像的二值化
• 6.4.1 二值化的基本概念
• 6.4.2 全局阈值法
• 6.4.3 动态阈值法
• 6.5 细化算法
• 6.5.1 细化的基本概念
• 6.5.2 形态学细化
• 6.5.3 针对指纹纹线的特征，对结构对进行改进
• 6.6 小结
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表的论文