了一種基於sopc
的新型結構的自動
指紋識別
系統。指紋識別
系統是乙個典型的模式識別系統
，包括指紋圖像獲取、處理、特徵提取和比對等模組。通過專門的指紋採集儀可以採集活體指紋圖像。目前，指紋採集儀主要有活體光學式、電容式和壓感式。對於解析度和採集面積等技術指標，公安行業已經形成了國際和國內標準，但其他還缺少統一標準。根據採集指紋面積大體可以分為滾動捺印指紋和平面捺印指紋，公安行業普遍採用滾動捺印指紋。另外，也可以通過掃瞄器、數字相機等獲取指紋圖像。
目前，基於fpga的自動
指紋識別
系統主要有純硬體方式實現和在以nios ii為cpu的軟核中實現[2-4]兩種方式。以純硬體方式實現雖然速度較快，但由於指紋處理演算法比較複雜，實現困難，同時演算法精度差，設計
方式，並具備軟硬體在系統可程式設計的功能，較大程度上提高了系統速度，但是該方案中軟硬體處理交替進行，涉及到軟硬體之間頻繁的指紋資料傳輸，限制了系統的速度，同時增加了系統的複雜度。
本文提出了一種基於sopc
的新型結構的自動
指紋識別設計方案。具有以下特點：
（1）根據對指紋識別演算法的分析和優化，在軟、硬體結合的基礎上將軟體設計和硬體設計分開，把指紋識別系統中耗時較大的影象預處理部分用硬體來實現，而耗時較少的特徵提取、匹配和操作控制等部分則在niosⅱ軟核中實現。從而使得系統結構明晰，處理效能得到提公升。
（2）用一塊sram作指紋處理中間資料的快取。指紋圖像前期處理以硬體實現，中間資料快取於sram中；指紋圖像後期處理軟體從sram中將所有資料讀入niosⅱ的資料儲存器。這樣的儲存設計使得軟體處理和硬體處理之間不涉及大量的資料流傳輸，使軟硬體資料介面簡單，資料流的控制更加簡單易行，同時避免了頻繁的軟硬體資料傳輸帶來的時間消耗。
（3）在軟硬體處理結合的基礎上使指紋處理時間大大降低，1.5 s內可以完成一幅指紋圖像的預處理，3 s內可以完成一幅指紋圖像的比對。
1 設計思路
1.1 指紋系統結構
在的計算機應用中，包括許多非常機密的檔案保護，大都使用使用者id+密碼的方法來進行使用者的身份認證和訪問控制。但是，如果一旦密碼忘記，或被別人竊取，計算機系統以及檔案的安全問題就受到了威脅。
如圖1所示，系統
工作流程主要分為指紋硬體採集、指紋圖像硬體預處理和指紋軟體匹配。其中sram作為指紋資料的快取裝置，flash做為指紋特徵資料的儲存裝置，對指紋資料的處理步驟按照箭頭所指示的方向進行。
1.2 niosⅱ軟體功能
nios ⅱ嵌入式處理器是altera公司推出的採用哈佛結構、具有32位指令集的第二代片上可程式設計的軟核處理器， 其最大優勢和特點是模組化的硬體結構， 以及由此帶來的靈活性和可裁減性。相對於傳統的處理器， nios ⅱ系統
可以在設計
階段根據實際的需求來增減外設的數量和種類。設計
者可以使用altera 提供的開發工具sopc builder, 在pl d器件上建立軟硬體開發的基礎平台， 也即用sopc builder建立軟核cpu和引數化的介面匯流排**alon.在此基礎上， 可以很快地將硬體系統
（包括處理器、儲存器、外設介面和使用者邏輯電路）與常規軟體整合在單一可程式設計晶元中。而且， sopc builder還提供了標準的介面方式，以便使用者將自己的外圍電路做成nios ⅱ軟核可以新增的外設模組。這種設計
方式， 更加方便了各類系統的除錯。
1.3 硬體優化技術
針對fpga算術運算中的乘法、除法易出現的時序問題，對浮點數運算、開方演算法、反正切演算法等耗費大量資源的通用性問題，特別做了如下優化：
（1）乘除法均採用quartus自帶的ip核進行運算，ip核採用流水線結構，減少系統
中時序不滿足情況的發生，提高系統
的穩定性；
（2）浮點數運算均通過擴大倍數後轉為定點數再進行運算，可以在降低運算複雜度的同時降低時間消耗；
（3）開方演算法採用不恢復餘數開方演算法實現，只涉及加減和移位，處理時間只有輸入位寬的1/2,可降低系統
消耗，減少處理時間；
（4）反正切運算採用cordic演算法，採用狀態機結構，通過反覆迭代實現，演算法簡單。
2 系統實現
2.1 mbf200硬體採集模組
mbf200開啟自動
檢測功能採集整幅指紋圖像。通過設定晶元內部的閾值暫存器thr使晶元適應不同的外部環境。改變內部的pgc、dtr、dcr三個暫存器的值可以調整影象的清晰度，提高採集到的影象質量。
2.2 預處理模組的實現
影象預處理主要分為指紋圖像平滑、背景分離和濾波增強三大部分。通過硬體處理控制狀態機實現各個硬體模組的處理。影象平滑採用歸一化處理，背景分離採用方差法，濾波增強採用方向濾波影象增強演算法來實現.
2.3 nios演算法實現
實現3.1 指紋處理vga顯示結果
圖2（a）為mbf200採集效果圖，圖中指紋圖像的紋線清晰，與背景區域對比明顯。
歸一化處理的作用是使影象中的黑白點對比更加明顯，同時改變影象灰度的均勻程度。如圖2（b）所示為採集後的指紋歸一化處理情況，從圖中可以看出指紋脊線明顯加強。由於背景區域較少，因而跳過了背景分離這一步。
採用基於方向圖的增強演算法，處理效果如圖2（c）所示。從圖中可以看出，對指紋圖像脊線具有很好的連線效果，能較好地去除指紋圖像中的雜訊干擾使指紋更清晰、真實。
二值化是在濾波的基礎上進行的，包括二值化後的刪除和填充演算法，處理效果如圖2（d）所示。二值化後影象只剩餘黑白兩色。
細化主要是去除不必要的紋線粗線資訊，便於之後提取特徵點。細化處理如圖2（e）所示，細化後的指紋圖像的紋線只剩下乙個畫素點。細化後去除了偽特徵點，明顯去除了斷點和**。
3.2 指紋處理效能說明
系統的處理時間消耗分為硬體預處理和軟體演算法處理兩部分。
硬體處理包括指紋採集塊、歸一化塊、背景分離塊和增強濾波塊四個部分；軟體處理包括二值化、細化、特徵提取和特徵匹配四個部分。系統
處理時間消耗如表1所示。
本文根據指紋識別
演算法的特點設計
了一種基於sopc
的新型結構的自動
指紋識別
系統，通過對指紋識別
演算法的具體分析和優化，設計
了將指紋處理劃分為硬體處理和軟體處理兩大部分的結構，用一塊sram作指紋處理中間資料的快取，軟體和硬體之間不涉及大的資料流的傳輸，節約了資料傳輸時間。這種設計
結構降低了系統的複雜度，使得系統結構明晰，處理效能得到提公升，便於單獨處理模組的優化以及系統的公升級。
VC 公安指紋識別系統
編號 vc 039 題目 公安指紋識別系統 開發語言 vc 包括內容 可執行程式 原始碼 外文翻譯 程式操作演示錄影 數 據 庫 無 字數 39000字以上 銷售客服 客戶評價 檢視評價 所有 可以先驗收,滿意後再付款,詳情諮詢客服 本文的主要研究工作 本文主要的研究內容是在vc 環境下實現指紋圖像...
基於MATLAB GUI的指紋識別系統
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