基于fpga指紋識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(已修改)
2025-07-08 15:09 本頁面
【正文】 基于FPGA的指紋識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章 緒論 設(shè)計(jì)背景生物識別技術(shù)是利用人的勝物特征進(jìn)行身份認(rèn)證的技術(shù), 人的指紋就是生物特征之一。此外, 生物特征還包括虹膜、視網(wǎng)膜、聲音和臉部熱譜圖等。指紋識別是生物識別技術(shù)中最為成熟的, 其唯一性、穩(wěn)定性, 一直都被視為身份鑒別的可靠手段之一。由于最早的指紋識別技術(shù)僅僅依靠人工對比，工作效率低下、比對正確率低、對比對人員的要求高，從而使得指紋識別技術(shù)無法得到廣泛應(yīng)用。但隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及其運(yùn)算速度的迅速提高,使指紋對比鑒定的應(yīng)用發(fā)生了革命性的變化。使用計(jì)算機(jī)管理指紋數(shù)據(jù)庫,極大提高了指紋對比的速度,同時(shí)由于計(jì)算機(jī)比對算法的不斷改進(jìn)提高,使指紋比對誤識率已降到了10 6 以下,不僅可以滿足刑偵方面的需要,而且迅速進(jìn)入了更多的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著光學(xué)技術(shù)和光學(xué)儀器加工工藝的進(jìn)步,各種采集指紋圖案進(jìn)行身份認(rèn)證的系統(tǒng)和設(shè)備中需要配備的高清晰、無畸變光學(xué)采集儀也達(dá)到了很高水平,確?？梢陨筛哔|(zhì)量的指紋圖像。計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高和計(jì)算機(jī)小型化的進(jìn)展,使采用微機(jī)甚至單片機(jī)也可以進(jìn)行指紋對比運(yùn)算成為可能?，F(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得我們可以生產(chǎn)出相當(dāng)小的指紋圖像讀取設(shè)備和指紋識別模塊。其成本下降得也很快,大大加快了指紋識別技術(shù)的推廣速度。同時(shí)人們對消費(fèi)類產(chǎn)品的要求越來越趨向于小型化，并且對可攜帶設(shè)備的安全性要求也與日俱增。傳統(tǒng)的PC、MCU、或者DSP的處理平臺移動性比較差，體積比較大，無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。所以，設(shè)計(jì)一套體積比較小、速度更快的嵌入式指紋識別系統(tǒng)是非常有意義的。而本設(shè)計(jì)正是為了這一目的，選用具有高集成度、低功耗、短開發(fā)周期的FPGA來完成此項(xiàng)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的ASIC為研究背景，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的市場空間。本系統(tǒng)采用xilinx公司Spartan 3E系列FPGA作為核心控制器件，這款器件采用90ns的先進(jìn)工藝，最大容量50萬門，可支持32位的RISC處理器，具有128 Mbit 并行Flash，足以滿足設(shè)計(jì)的要求。該項(xiàng)目利用嵌入式軟核實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理，利用硬件實(shí)現(xiàn)識別算法，保證了系統(tǒng)功能的完整性與識別的正確性。而識別算法我們采用美國FBI推薦的特征點(diǎn)匹配算法來實(shí)現(xiàn)指紋的識別，更保證了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 課題目標(biāo):以FPGA作為核心控制器件，實(shí)現(xiàn)指紋圖像的采集、存儲、處理和比對等，完成對指紋圖像的有效識別。 研究內(nèi)容：本系統(tǒng)采用xilinx公司Spartan 3E系列FPGA作為核心控制芯片，通過富士通公司的MBF200指紋傳感器實(shí)現(xiàn)對指紋圖象的采集，利用SPI接口傳輸?shù)紽PGA進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲，利用內(nèi)嵌的MicroBlaze處理器對指紋圖象進(jìn)行灰度濾波、二值化、二值去噪、細(xì)化等預(yù)處理，得到清晰的指紋圖象，再從清晰的指紋圖象中提取指紋特征點(diǎn)并存入指紋數(shù)據(jù)庫作為建檔模版。指紋比對時(shí)，采用同樣的方法，得到比對模版，然后將比對模版與建檔模版利用指紋識別算法進(jìn)行比對，得出比對結(jié)果。該項(xiàng)目利用嵌入式軟核實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理，利用硬件實(shí)現(xiàn)識別算法，保證了系統(tǒng)功能的完整性與識別的正確性。該識別系統(tǒng)可用于門禁、考勤、證件管理等很多方面，具有很廣泛的應(yīng)用前景。 研究意義生物識別技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于身份驗(yàn)證領(lǐng)域。指紋因其惟一性、終生不變性和較低的識別成本而成為目前使用最廣泛的生物識別技術(shù)，在罪犯識別、社會保險(xiǎn)、電子商務(wù)、信息安全等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。便攜式的指紋識別技術(shù)對我們的生活也具有深遠(yuǎn)的意義。例如，今后警察可在一個犯罪高發(fā)區(qū)截住一名嫌疑人，要求其提供指紋而不是身份證或汽車駕照。此人則將其右手的第一、二或第三個手指置于一個與無線PDA相連的傳感器上，可以迅速將嫌疑人與以前的犯罪記錄進(jìn)行對比確認(rèn)。 這種識別技術(shù)對于被盜的手機(jī)用戶也有好處。手機(jī)開機(jī)時(shí)要求用戶通過一個快速的認(rèn)證過程，用戶將其手指劃過傳感器，如果通過認(rèn)證則授權(quán)使用手機(jī)的各項(xiàng)功能。如果不是授權(quán)用戶，手機(jī)便繼續(xù)保持鎖住。如果連續(xù)幾次認(rèn)證無法通過，則手機(jī)會刪除存儲器中的關(guān)鍵信息然后關(guān)機(jī)。 在語音郵件的應(yīng)用中，當(dāng)撥出一個語音郵件號碼后，用戶只需將手指劃過傳感器便可令系統(tǒng)識別。有了指紋識別后，便無需使用郵箱密碼或個人識別號碼。 在今后的汽車應(yīng)用中，用戶可輸入家庭成員指紋樣本，經(jīng)鑒權(quán)才能駕駛。注冊過程十分簡單：每個授權(quán)駕駛的成員將其手指置于傳感器上，并將汽車的各種參數(shù)按個人愛好進(jìn)行設(shè)置，然后將這些設(shè)置存入車載的電腦存儲器中。 當(dāng)駕駛者進(jìn)入汽車時(shí)，他/她將手指置于傳感器上，啟動識別過程。不到一秒鐘，電腦將檢測到的指紋模板與存儲的模板進(jìn)行比較，并建立一個與駕駛者相符的相關(guān)設(shè)置。指紋模板和匹配軟件保存在汽車內(nèi)的一個嵌入式模塊中。當(dāng)指紋匹配成功時(shí)，汽車便按已編程設(shè)定的內(nèi)部參數(shù)來控制后視鏡、汽車座椅、無線基站以及車內(nèi)空氣環(huán)境。此外，還可控制駕駛速度，如果駕駛者僅為十來歲的孩子，則將速度限制在每小時(shí)55
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