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随着科学技术的发展,各种图像处理技术及计算机技术也在飞速发展,其中以图像处理技术为基础的生物识别技术也得到了广泛的关注和研究,并被应用到很多领域。而生物识别技术包括指纹、掌纹、虹膜、人脸等识别技术,其中指纹识别技术因其独特的特性而成为研究的热点,被用到很多需要身份验证和识别的场合,如银行取款、科研机构出入管理、公司的刷卡系统、门禁系统等各个方面。
自动指纹识别技术是集传感器技术、生物技术、数字图像处理、模式匹配、电子技术于一体的高新技术。随着现代计算机技术和信息处理与识别技术的不断进步,现代指纹识别技术已发展成为一种成熟、应用广泛的生物特征识别技术,而且指纹具有唯一性、稳定性、随身性、便于采集等优点,这使得指纹识别技术优于其他人体生物特征识别技术。尽管指纹识别技术的理论技术和应用研究已经取得了很大的进步并趋于成熟,但是在识别系统的稳定性和识别速度方面还有待提高。
本文主要目标是在深入研究指纹识别理论的基础上,结合DSP微处理器和电容式指纹传感器的特性设计和实现了基于DSP的指纹识别系统。在硬件设计时,主要涉及了指纹图像的采集模块、用于人机接口的信息显示模块等模块的设计。另外,对指纹识别原理进行了研究,在硬件环境的基础上设计了相应的软件系统。论文的主要研究工作分为以下几个部分:
1.研究和分析了国内外指纹识别技术的发展状况和应用前景。在系统中利用了TI公司的DSP芯片TMS320VC5416的强大的数据处理能力及其在功耗、速率等方面的优势,来完成复杂的指纹图像处理工作,为指纹识别算法复杂的计算处理工作提供了有利条件；研究了一种新型的电容式指纹识别传感器芯片FPC1011F的结构、性能和工作原理,并用它来采集指纹。本文以此传感器芯片和DSP微处理器芯片为核心给出了指纹识别系统的硬件设计方案,并重点介绍了采集模块和显示模块的硬件电路的设计过程。经实验证明该设计方案是可行的。
2.对软件系统进行了设计,主要对图像预处理、特征提取和指纹匹配的过程进行了设计和实现。在指纹图像预处理方面,利用了直方图的直观性来设计图像的初步处理过程,使图像具有统一的规格,方便指纹图像的后续处理和比对。利用指纹纹线具有较强方向性的特点,设计了基于方向图的滤波过程,达到了消除干扰和增强纹线的效果。二值化时利用了Otsu阈值分割法自动确定阈值的特性,设计了基于类间方差最大的方法来确定图像的最佳阈值。在特征提取方面,利用指纹和特征点自身的特性设计了基于细化图像的指纹细节点提取过程,并结合细节点邻域情况构成该指纹细节特征点的特征向量。在指纹匹配方面,本文利用了指纹特征点之间的相互位置关系设计了基于特征点的坐标模型空间拓扑结构匹配过程。
3.结合设计的软硬件系统进行验证实验,证实了所开发的基于DSP的指纹识别系统在功耗、速度等方面具有独特的优势,该系统的研究对于自动指纹识别系统的应用开发有一定的实用参考价值。