基于DSP的个人指纹信息无线采集系统

第 1 章 绪论

1.1 研究目的及意义

在日常生活中，个人信息尤其是个人身份信息对于每个人的生活和工作都是非常重要的。在绝大多数普通县级及县以下的基层社区工作站中，90%以上的社区工作站仍在采用传统的利用身份证、户口簿等方式进行身份信息识别和身份信息采集的方式。传统的身份证、户口本等个人信息一旦丢失，对社区居民带来很大不便，甚至导致社区居民无法正常生活，并且一旦这些信息被违法份子利用，后果将不堪设想，2016 年在网上爆发的个人身份信息泄露就充分暴露了传统的身份证信息采集的缺点[1]。

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1.2 指纹识别的国内外研究现状综述

AES2510、AES3400 等等；纵观国内，近十几年内华为、魅族等公司也制造了具有指纹识别功能的手机，各生产厂家如在触控式指纹识别传感器方面上海思立微公司生产的 GSL6162，苏州迈瑞微生产的 Sensor 等，在指纹技术方面深圳汇顶公司的指纹检测技术活体指纹检测技术等[4-7]。这些设备中的指纹识别芯片和指纹识别技术已经日趋成熟，但是市面上现有的这些设备中，绝大多数设备只是对指纹进行采集，并没有进行采集后指纹数据的无线传输，导致在应用方面，并没有出现一款设备，或者一个手机的 APP，或者电脑的一个软件，专门用于传输已经识别的指纹，而只能进行单台设备对个人指纹信息的识别。

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第 2 章 系统的总体方案设计

2.1 嵌入式方案设计

为了实现系统设计的目的，综合绪论中各种嵌入式芯片的形式并进行比较[13]，DSP 芯片的价格合理并且能实现本系统预期的功能[14]，所以在本系统中选用适合用于图像处理和数据处理的 DSP 芯片作为整个系统的核心处理芯片[15]，在本系统中由于 DSP 要对指纹采集芯片和无线传输电台两个外设进行控制，为了减少 DSP 的工作量并且更好地实现对外设的控制，选用DSP 与 CPLD 结合的嵌入式方案[16]。

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2.2 指纹采集芯片选择

在日常生活和工作中接触最多的指纹传感器在类型上主要划分为光学指纹传感器以及半导体指纹传感器。光学指纹传感器的优缺点特别明显，其中优点为：大面积指纹图像的采集，价格低廉。缺点为：两次采集的指纹重叠概率高、指纹图像质量随时间的延长而下降、对于湿度大的手指不适用等缺点。半导体指纹传感器的工作原理是在一块高度集成的半导体平板芯片上，当手指贴在芯片表面的时候，与芯片构成了电容或者电感的另一面（端），由于手指平面的凸凹程度不一致，各个点接触芯片的距离不一致，形成的电容/电感数值会存在差异，根据各芯片内部对这些差异数据的处理，从而实现指纹图像的采集，从接触面大小方面可将半导体指纹传感器分为面状和条状指纹传感器。

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第 3 章 硬件电路设计...............13

3.1 DSP 芯片介绍及其与外设接口的设计...............13

3.2 TMS320VC5509A 最小系统电路设计...............23

第 4 章 指纹图像处理...............34

4.1 归一化、方向图求取及阈值分割...............34

4.2 细化处理................38

第 5 章 系统功能测试................50

5.1 数据传输部分测试...............50

5.2 指纹采集部分测试...............51

第 5 章 系统功能测试

5.1 数据传输部分测试

下图为用单片机控制电台的 SPI 方式进行接收的无线接收端接收的部分指纹数据，其中指纹数据来自后面获得的指纹图像，在这里只是测试无线电台的发送和接收功能，根据发射端的发射次数，接收端接收数不断增加，所以接收端的发送数据个数能且只能为 0。上面各步骤的算法是在 MATLAB 中完成的，如果想实现用户在家中使用本设备采集指纹进行无线传输，在接收方的医院或者社区工作站内要求使用本采集系统一套（含接收电台），计算机一台，其中计算机软件应有MATLAB7.10R2010a ，用户在第一次使用前应先到医院或者社区工作站的电脑内进行指纹的录入及经过 MATLAB7.10R2010a 软件的一系列处理之后的特征值入指纹库，对用户在后续使用过程中对传输过来的指纹图像数据的处理流程如图 5-1。本系统的设计属于实验室阶段，因此只调试了单个板子，而在无线传输部分给出的是用单片机的 IO 口通过程序编写为 SPI 模式对两个电台进行控制的收发。之所以设计出无线收发，接收方和发射方一定都需要本系统各一套，由于时间紧促，并没有调试第二块板子。

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5.2 指纹采集部分测试

运用 QuartusII9.0 对 CPLD 进行 VHDL 语言设计，部分主要代码已经在第三章给出在此不再赘述，部分的 CPLD 程序编译测试如上图。如上图所示，本系统可以采集指纹，并且指纹纹路比较清晰，具有比较不错的效果，为了验证采集到的指纹确实为使用者本人的指纹，将使用者的手指蘸取黑色墨水，按在白纸上得到的使用者指纹图像如下。将采集到的指纹与使用者未采集前在纸张上按下的指纹进行对比，可以发现采集到的确实为使用者本人的指纹，并没有出现错误识别和拒绝识别的情况，同时也间接说明了指纹的唯一性和不可替代性，也就是说采集时显示的指纹并不是指纹库中他人的指纹，从而进一步验证了本设计的可行性。

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结论

在网络应用如此频繁的今天，，个人身份信息的泄露事件屡见不鲜，每个公民的身份信