指纹识别系统硬件设计开题报告

1、毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.1 设计目的和意义 着信息科学技术的快速发展，人们对社会公共信息安全和个人信息安全都提出了更高的要求。传统的安全方式，如钥匙、密码、IC卡以及“用户ID+密码”等，它们全部存在着丢失、遗忘、被复制或被盗用等诸多不利因素，越来越满足不了人们对安全的要求。在这样的背景下，近几年生物识别技术取得了巨大的发展，并逐渐被应用到社会的各个领域1。其中，由于指纹具有稳定性、唯一性以及易于采集的特性，一直被认为是最可靠的利用生物特征进行身份鉴定的依据之一。指纹识别的优点是

2、指纹作为人体独一无二的特征，它的复杂度可以提供用于鉴别的足够特征，具有极高的安全性2 。指纹识别同时具有很高的实用性、可行性。1.2 国内外发展历史及目前常用的方法在20世纪末期，生物特征识别技术还是一个带有科幻色彩的概念，人们习惯于在电影里面看见特工们通过指纹、虹膜、掌纹进入到核心保密区。进入21世纪，随着技术的成熟，生物特征识别技术逐渐从神秘的研究室中走出来，开始渗透到普通人日常生活的方方面面。以指纹识别为代表的生物特征识别技术已经在金融、教育、医疗、社保等领域开始应用。指纹识别技术是最早的通过计算机实现的身份识别手段，它的应用最为广泛的生物特征识别技术。过去，它主要应用于刑侦系统4。近几

3、年来，它逐渐走向市场更为广泛的民用市场。19世纪中叶开始了对指纹在科学意义上的研究，并产生了两个重要的结论：没有任何两个手指指纹的纹线形态一致； 指纹纹线的形态终生不变。这些研究使得一些政府开始使用指纹进行罪犯鉴别。在现代的科学研究领域，指纹的识别属于“模式识别”。该系统的核心是OCR（光学字符识别）技术。通过CMOS摄像头提取指纹，然后输入计算机，再通过一系列复杂的指纹识别算法，现代技术就能在极短的时间内完成任何人的身份识别认证。 可以说，指纹识别实现了身份鉴定领域的世纪革命。这种技术还没有向家用型普及，只是为商业界、政府机关资料保护与控管提供解决方案。另外它还可以集成在一些大型安全设备中，

4、比如说门禁管制、智能大楼等等。所以说，它的市场定位也是在商用方面。 随着现代社会的发展，安全性成为许多系统首要考虑的问题，而指纹因其不可复制、不可替代的特性成为鉴定身份的可靠手段。近年来，有关指纹自动识别及认证研究已成为模式识别、图像处理及计算机视觉领域的热点，指纹识别已广泛地应用于银行、保险、公安、门禁、考勤等方面41.2.1 生物识别技术什么是生物识别技术？所谓生物识别技术就是，通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性，（如指纹、脸象、红膜等）和行为特征（如笔迹、声音、步态等）来进行个人身份的鉴定。    传统的身份

5、鉴定方法包括身份标识物品（如钥匙、证件、ATM卡等）和身份标识知识（如用户名和密码）但由于主要借助体外物，一旦证明身份的标识物品和标识知识被盗或遗忘，其身份就容易被他人冒充或取代。     生物识别技术比传统的身份鉴定方法更具安全、保密和方便性。生物特征识别技术具不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地可用等优点。 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，利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。而常见的口令、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

6、匙"，您可以不必携带大串的钥匙，也不用费心去记或更换密码。而系统管理员更不必因忘记密码而束手无策。生物识别技术产品均借助于现代计算机技术实现，很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合，实现自动化管理5。  1.2.2指纹识别系统指纹识别系统一般由指纹图像采集、指纹图像预处理、指纹特征提取、指纹特征匹配、特征数据库等几部分组成6。该系统首先由指纹采集设备采集到指纹图像并将其转化为数字图像；然后对指纹数字图像进行预处理，再通过图像增强、分割、平滑、细化等处理过程得到便于指纹特征提取的数字图像：接着提取细化后的图像细节特征点；最后将提取到的特征与特征数据库中的特征数据进

7、行匹配，并输出识别结果。1.2.3指纹识别技术指纹识别技术就方法而言可分为验证和辨识.具体说指纹识别技术主要涉及读取指纹图象、提取特征、保存数据和指纹比对等。指纹识别整个过程具体可以细分成下面几个步骤：原始图像输入、预处理、指纹特征提取、指纹识别和识别结果输出7。1.2.4 指纹图像输入指纹原始图像由采集设备输入计算机，指纹图像数据的产生一般有两种方法：一种是早期经常使用的按指印方法。这种方法简单，但指纹图像模糊不清，结果很不可靠，费时费力。另一种方法是较之科学有效、可靠的光学数据产生法。这种方法采用光学原理，一般是利用光的反射特性来获得指纹图像。取像分：光学、硅晶体传感器以及超声波去像等4。

8、1.2.5指纹图像预处理预处理过程是整个自动指纹识别系统关键的第一步。指纹图像由于输入设备等原因会发生畸变、不清晰、产生噪声。所以，特征提取之前，要对图像进行预处理。常用的预处理过程一般包括增强、分割、二值化、细化等78。1.2.6 细化细化是将脊的宽度降为单个像素的宽度。一个好的细化方法是保持原有纹线的连续性，方向性、特征点不变，而且保持纹线的中心基本不变。图像细化方法很多，代表性的算法是 Hildtch 法、ElslDeutsch 法等算法47。1.2.7特征提取和分类特征提取模块是对预处理后的图像抽取特征用于分类器，通常把识别模块统称为分类器。特征提取是模式识别的一个重要环节，稳定特征的

9、提取是整个识别系统的关键，它们直接决定了识别系统的性能。征提取一般分为两个阶段：提取特征点和特征点后处理。我们定义了指纹的两类特征来进行指纹的验证：总体特征和局部特征1。1.2.8 指纹识别指纹识别就是用当前输入指纹的特征与事先保存起来的模板特征进行比对，从而判断这两个指纹图像是否来自同一个手指。使用最普遍的指纹匹配算法是基于细节点的匹配算法6。1.3.指纹识别技术的特点指纹识别具有使用简便、识别准确迅速、造价经济等优点，因而指纹识别技术发展和应用远远快于其他生物识别技术的发展和应用，成为近期生物识别技术中的热点。相对于其它生物特征，指纹具有以下优点：1.唯一性。每个人的指纹独一无二，人与人之

10、间不存在相同的手指指纹，据指纹学理论：两枚指纹匹配上 12 个特征的机率为 1050；至今尚找不出两个指纹完全相同的人，由于皮肤表皮上的纹路是在胎儿六个月时形成的，所以即使是同卵双胞胎的指纹也不相同。2.不变性，即稳定性。从胎儿六个月指纹形成到尸体腐烂，指纹纹线类型、结构、系统特征的总体分布始终没有明显变化。即使手指皮肤受伤，只要不伤及真皮层，伤愈后纹线仍然能恢复原状；即便伤及真皮层，伤愈后形成的伤疤虽然破坏了原有的纹线，但伤疤本身也形成了新的稳定特征。3.实用性。指纹样本便于获取，易于开发识别系统，实用性强，目前已有标准的指纹样本库，方便了识别系统的软件开发；另外，识别系统中完成指纹采样功能

11、的硬件部分：指纹采集仪，也较容易实现。4. 安全性。一个人的十指指纹皆不相同，因此，可以方便利用多个指纹构成多重口令。这样既能提高系统的安全性，也不增加系统的设计负担。1.4.发展趋势指纹系统大多数是基于 DSP 平台实现指纹识别，对于拓展 DSP 的应用领域9，让指纹识别从依赖于 PC 机向脱机使用转变，以及提高系统灵活性、实时性、性价比都具有重大意义。，有着良好的应用前景。另外，在未来移动通信发展的趋势，必将在手机上集成通话以外的更多功能，对手机的安全保密提出了更高的要求。因此，将指纹识别技术集成到手机中，能够满足用户的急切需求，具有极大的市场潜力。参考文献：1王虎. 嵌入式指纹识别系统的

12、研究M.哈尔滨理工大学，2007.03.2王崇文，李见位，周宏文，许祝.指纹识别系统的设计与实现J.计算机应用，2001，21（12）：22-253 E.Newham.The Biometric Report.New York:SJB Services,1995:11-20P4陶刚，卢昀，李吉桂 细化指纹图中伪特征点的一体化去除算法J 现代计算机 总第 149期5张建. 基于DSP的指纹识别系统的设计M,沈阳工业大学硕士毕业论文.2005,03,1-26刘娟.基于DSP的指纹识别系统的研究M ,中国地质大学硕士毕业论文. 2005,05,1-27孙瀚.基于指纹识别身份验证的数据采集系统设计与实

13、现M.电子科技大学硕士毕业论文. 2005，16-388张建伟，陆亨立.指纹自动识别中图象分割方法的研究 J.微型电脑应用 , 1999, 15(1 2 ):2 0-2 29王念旭.DSP基础与应用设计系统J.北京：北京航空航天大学出版社，200110周枫. 基于PC机的指纹识别系统的设计 M.南京：南京航空航天大学硕士毕业论文，2006,1211 E.Newham.The Biometric Report.New York:SJB Services,1995:11-20P12H.Lee,R.Gaensslen,Eds.Advances in Fingerprint Technology.Ne

14、w York:Elservier,199:1-7P13张玉军，徐杨.快速Gabor滤波器在指纹纹理分析中的应用A.鞍山科技大学学报 2006. 第29卷第3期:256-25814何 毅,杨 新.基于Gabor特征和增强Fisher模型的目标检测和识别A. 模式识别与人工智能2006年8月 第19卷第4期:456-46015王俊雄，黄 铉，刘正义.基于FPGA的嵌入式系统设计J.电子工程师2006.1O月 第32卷第1期:67-6916刘满华，许超.一种实用的指纹自动识别系统的设计J.计算机工程，2002，28（5）：123-12517谢健阳李铁才等.指纹识别系统的设计与实现J.微计算机信息(嵌

15、入式与SOC) 2006. 第22卷第3-2期:15615718聂桂军 ，吴陈 等.一种新的指纹方向图J 连续分布方向图的研究. 华东船舶工业学院学报(自然科学版) 2004.12 第18卷第6期:61-6419 Federal Bureau of Investigation.The Science of Fingerprints:Classification and Uses. Washington D.C.:GPO,198420 H.Cummins,C.Midlo.Fingerprints,Palms and Soles.New York:Dover,1961:5-18P 毕 业 设 计（

16、论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和你采用的研究手段（途径）：2.1设计任务随着人们交往的增多以及科学技术的不断发展某些领域对个人安全、便捷、可靠的身份鉴定技术要求越来越高。相对于其他生物特征识别的身份鉴定技术，指纹识别是一种更成熟、更实用、更理想的身份鉴定技术。近年来，DSP技术的飞速发展，越来越多的高速图像处理功能也可以由DSP芯片完成。且现代微电子技术使得我们可以制造相当小的指纹图像读取设备，这也在某种程度上提供了在DSP系统进行指纹对比的可能。在此基础上提出了一种新型基于DSP的指纹识别系统，硬件上利用DSP的高速处理能力，构建高速的数据处理平台，软件上参考DSP和硬件逻辑

17、的处理特点，对传统的指纹算法进行改进，满足实时性和可靠性要求。2.2 方案简述2.21硬件系统结构系统的原理框图如图1所示：图1系统结构框图本系统整体上可以分为图像采集模块、图像处理及识别模块以及输出模块三部分组成。2.2.2 图像采集方法 用一个MBF200，通过MODE1:0管脚来控制输出的四种状态。当MODE1:0 0，0时，为MCU接口模式；当MODE1:0 0，1时，为SPI接口模式；当MODE1:0 1，0时，为USB接口模式并使用内部ROM；当MODE1:0 1，1时，为USB接口模式但使用外部ROM。将DM、DP、AIN管脚通过10K的电阻下拉接地以避免管脚悬空所带来的干扰。指

18、纹采集电路图框图如图2所示： 图2指纹采集电路图2.2.3 图像处理及识别图像处理及识别模块的结构关系到系统的性能的总体水平，采用FPGA+DSP的体系结构有利于构建高效的数据处理流程和方便处理任务的分配，提高系统的并行程度和资源利用率。系统中的SRAM、SDRAM、FLASH直接连到DSP上供其使用：FLASH用于存放程序和一些固定的表格数据；SDRAM作为DSP的系统内存，用于系统程序的运行；SRAM是高速的数据存储区，用于存放程序运行是产生的临时变量。而DDR SDRAM是专门用于存放采集到的指纹数据以及预处理过程中计算得到的象素点梯度数据等一些大容量的数据块，直接连接到FPGA，是系统中最高速的内存区域。FPGA除了作为DSP处理器的扩展总线接口外，还分担了部分数据处理任务，因为仅仅靠一块DSP是不能胜任所有的运算和控制任务的，指纹数据处理时，经常会遇到一些繁琐的加减运算和比逻辑运算，通常这部分都是由FPGA代为处理的，考虑到指纹处理算法的特殊性，同时还要兼顾实现DDR控制功能。2.2.4输出通过以太网控制器 RTL8019A，实现了以太网媒介访问层 (MAC)和物理层(PHY )的全部功能。经过系统识别的数据可以通过LCD直接显示出来。2.2.5系统处理流程整个系统的处理的过程分为四个步骤： 从图像传感器输出的指纹图