指纹识别系统-实验报告-.doc

实验报告 《指纹识别系统》  【实验名称】 指纹识别系统 【实验目的】 1.对指纹识别系统的图像预处理有一定的掌握； 2.对后续操作只简单了解； 3.通过功能模块实现指纹识别系统。 【实验内容】 1.系统需求分析； 2.系统设计； 3.系统实现。 【实验步骤】 一、系统需求分析 1、目的与背景 　　在网络化时代的今天，我们每个人都拥有大量的认证密码，比如开机密码、邮箱密码、银行密码、论坛登录密码等；并配备了各种钥匙，如门钥匙，汽车钥匙，保险柜钥匙等。这些都是传统的安全系统所采用的方式，随着社会发展，其安全性越来越弱。而我们的生活随时都需要进行个人身份的确认和权限的认定，尤其是在信息社会，人们对于安全性的要求越来越高，同事希望认证的方式简单快速。为了解决这一问题，人们把目光转向了生物识别技术，希望能借助人体的生理特征或行为来进行身份识别。这样人们可以不用携带大串钥匙，不用费心去记各种密码。另外，生物特征具有唯一性，不可复制性，例如指纹。生物特征识别技术所研究的生物特征包括脸、指纹、手掌纹、虹膜、视网膜、声音（语音）、体形。而人类在追寻文档、交易及物品的安全保护的有效性与方便性经历了三个阶段的发展。第一阶段也就是最初始的方法，是采用大家早已熟悉的各种机械钥匙。第二阶段是由机械钥匙发展到数字密钥如密码或条形码等。第三阶段是利用人体所固有的生物特征（指纹识别）来辨识与验证身份。生物识别（指纹识别）是当今数字化生活中最高级别的安全密钥系统。对生物识别(指纹识别)技术来说，被广泛应用意味着它能在影响亿万人的日常生活的各个地方使用。通过取代个人识别码和口令，生物识别（指纹识别）技术可以阻止非授权的访问，可以防止盗用ATM、蜂窝电话、智能卡、桌面PC、工作站及其计算机网络；在通过电话、网络进行的金融交易时进行身份认证；在建筑物或工作场所生物识别技术（指纹识别）可以取代钥匙、证件、图章等。生物识别(指纹识别)技术的飞速发展及其广泛应用将开创个人身份鉴别的新时代！ 指纹识别 二．系统设计 1.总体设计及系统架构　　 图1自动指纹识别的基本原理框图 本系统在结构上分为三层：系统硬件平台、操作系统和指纹识别算法。系统层次结构如图2所示。 图2系统层次 　　 最底层——系统硬件平台，是系统的物理基础，提供软件的运行平台和通信接口。系统的硬件平台在Altera的FPGA Cyclone嵌入式系统开发板上实现，指纹传感器采用美国Veridicom公司的FPS200。FPS200可输出大小为256×300像素、分辨率为500 dpi的灰度图像。 　　 第二层是操作系统，采用μC/OSII。μC/OSII是一个基于抢占式的实时多任务内核，可固化、可剪裁、具有高稳定性和可靠性。这一层提供任务调度以及接口驱动，同时，通过硬件中断来实现系统对外界的通信请求的实时响应，如对指纹采集的控制、对串口通信的控制等。这种方式可以提高系统的运行效率。 　　 最上层是指纹识别核心算法的实现。该算法高效地对采集到的指纹进行处理和匹配。采用C语言在FPGA的集成开发环境（IDE）中实现。 2 .系统硬件的设计与实现2.1 FPGA嵌入式软核处理器简介　　 FPGA嵌入式处理器是Altera公司于2004年6月推出的第二代用于可编程逻辑器件的可配置的软核处理器，性能超过200 DMIPS。FPGA是基于哈佛结构的RISC通用嵌入式处理器软核，能与用户逻辑相结合，编程至Altera的FPGA中。处理器具有32位指令集，32位数据通道和可配置的指令以及数据缓冲。它特别为可编程逻辑进行了优化设计，也为可编程单芯片系统（SoPC）设计了一套综合解决方案。FPGA处理器系列包括三种内核：一种是高性能的内核（FPGA/f）；一种是低成本内核（FPGA/e）；一种是性能/成本折中的标准内核（FPGA/s），是前两种的平衡。本系统采用标准内核。　　 FPGA 处理器支持256 个具有固定或可变时钟周期操作的定制指令；允许FPGA设计人员利用扩展CPU指令集，通过提升那些对时间敏感的应用软件的运行速度，来提高系统性能。2.2 硬件平台结构　　 系统的硬件平台结构如图3所示。 图3系统硬件平台结构　　 本系统使用FPS200指纹传感器获取指纹图像。FPS200是电容式固态指纹传感器，采用CMOS技术，获取的图像为256×300像素，分辨率为500 dpi。该传感器提供三种接口方式：8位微机总线接口、集成USB全速接口和集成SPI接口。本系统采用集成SPI接口。指纹采集的程序流程是：首先初始化FPS200的各个寄存器，主要是放电电流寄存器（DCR）、放电时间寄存器（DTR）和增益控制寄存器(PGC)的设置