1、基于 FPGA 的指纹识别 系统 设计 第一章 绪论 1.1 设计背景 生物识别技术是利用人的 胜物特征进行身份认证的技术 , 人的指纹就是生物特征之一。此外 , 生物特征还包括虹膜、视网膜、声音和脸部热谱图等。指纹识别是生物识别技术中最为成熟的 , 其唯一性、稳定性 , 一直都被视为身份鉴别的可靠手段之一。 由于 最早的指纹识别技术仅仅依靠人工对比，工作效率低下、比对正确率低、对比对人员的要求高， 从而使得指纹识别技术 无法 得到广泛 应用 。 但 随着计算机的出现及其运算速度的迅速提高 ,使指纹对比鉴定的应用发生了革命性的变化。使用计算机 管理指纹数据库 ,极大提高了指纹对比的速度 ,同时
2、由于计算机比对算法的不断改进提高 ,使指纹比对误识率已降到了 10 - 6 以下 ,不仅可以满足刑侦方面的需要 ,而且迅速进入了更多的应用领域。 随着光学技术和光学仪器加工工艺的进步 ,各种采集指纹图案进行身份认证的系统和设备中需要配备的高清晰、无畸变光学采集仪也达到了很高水平 ,确保可以生成高质量的指纹图像。计算机运算速度的提高和计算机小型化的进展 ,使采用微机甚至单片机也可以进行指纹对比运算成为可能。现代电子集成制造技术使得我们可以生产出相当小的指纹图像读取设备和指纹识别 模块。其成本下降得也很快 ,大大加快了指纹识别技术的推广速度。 同时 人们对消费类产品的要求越来越趋向于小型化，并且对
3、可携带设备的安全性要求也与日俱增。传统的 PC、 MCU、或者 DSP的处理平台移动性比较差，体积比较大，无法满足人们日益增长的需求。所以，设计一套体积比较小、速度更快的嵌入式指纹识别系统是非常有意义的。 而 本设计 正是为了这一目的， 选用具有高集成度、低功耗、短开发周期 的FPGA来完成此项设计 ， 以实现系统的 ASIC为研究背景，具有很强的现实意义和广阔的市场空间。 本 系统采用 xilinx公司 Spartan 3E系列 FPGA作为核心控制 器件 ，这款 器件 采用 90ns的先进工艺 ，最大容量 50万门， 可支持 32位的 RISC处理器，具有 128 Mbit 并行 Flas
4、h， 足以满足设计的要求。该项目利用嵌入式软核实现系统的 管理，利用硬件实现识别算法，保证了系统功能的完整性与识别的正确性。而识别算法我们采用美国 FBI推荐的特征点匹配算法来实现指纹的识别，更保证了系统的实现。 1.2 课题目标和研究内容 1.2.1 课题目标 : 以 FPGA 作为核心控制器件，实现指纹图像的采集、存储、处理和比对等，完成对指纹图像的有效识别。 1.2.2 研究内容： 本 系统采用 xilinx 公司 Spartan 3E 系列 FPGA 作为核心控制芯片，通过 富士通公司的 MBF200 指纹传感器 实现 对指纹图象 的采集 ， 利用 SPI 接口传输到FPGA 进行数据
5、的存储，利用内嵌的 MicroBlaze 处理器 对指纹图象进行灰度滤波、二值化、二值去噪、细化等 预处理，得到清晰的指纹图象，再从清晰的指纹图象中提取指纹特征点 并 存入指纹数据库作为建档模版。指纹比对时，采用同样的方法，得到比对模版，然后将比对模版与建档模版利用指纹识别算法进行比对，得出比对结果。该项目利用嵌入式软核实现系 统的管理，利用硬件实现识别算法，保证了系统功能的完整性与识别的正确性。该识别系统可用于门禁、考勤、证件管理等很多方面，具有很广泛的应用前景。 1.3 研究意义 生物识别技术越来越多地被应用于身份验证领域。指纹因其惟一性、终生不变性和较低的识别成本而成为目前使用最广泛的生物识别技术，在罪犯识别、社会保险、电子商务、信息安全等领域得到广泛的应用。 便携式的指纹识别技术对我们的生活也具有深远的意义。例如，今后警察可在一个犯罪高发区截住一名嫌疑人，要求其提供指纹而不是身份证或汽车驾照。此人则将其右手的第一、二或第三 个手指置于一个与无线 PDA 相连的传感器上，可以迅速将嫌疑人与以前的犯罪记录进行对比确认。 这种识别技术对于被盗的手机用户也有好处。手机开机时要求用户通过一个快速的认证过程，用户将其手指划过传感器，如果通过认证则授权使用手机的各项功能。如果不是授权用户，手机便继续保持锁住。如果连续几次认证无
