光學(xué)指紋識別系統(tǒng)的設(shè)計方案原理探究

本文介紹了一種基于ARM的光學(xué)指紋識別系統(tǒng)的設(shè)計方案。本方案采用ARM處理器作為控制核心，構(gòu)建指紋識別算法的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法及過程。該系統(tǒng)采用光學(xué)指紋傳感器（內(nèi)建格科微電子有限公司的光學(xué)GC0307 CMOS圖像采集芯片）與ARM Cortex M3內(nèi)核的意法半導(dǎo)體公司32位高性能單片機(jī)STM32F205RE組成功能主體，采用Sobel邊緣檢測算子、Gabor濾波、圖像二值化等圖像采集與處理算法對指紋圖像進(jìn)行識別。經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐證明，該方案適合嵌入式組件開發(fā)中需要進(jìn)行生物指紋特征提取、識別，指紋身份認(rèn)證、比對等場合。系統(tǒng)具有高性價比且交互簡易、識別率高、擴(kuò)展性強(qiáng)，便于嵌入式應(yīng)用。
　　0引言
　　隨著電子信息技術(shù)應(yīng)用面日益拓展，不少場合需要對特定用戶群體進(jìn)行身份識別或身份記錄，如門禁系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、安全認(rèn)證系統(tǒng)等，在各種系統(tǒng)中運(yùn)用的技術(shù)形式多樣，如視網(wǎng)膜識別、面相識別、指紋識別、RFID射頻識別應(yīng)用等。其中，生物特征識別方式以其方便性強(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)得到了越來越多人的認(rèn)可和接受，特別是指紋識別技術(shù)方式，現(xiàn)已發(fā)展成為應(yīng)用最廣泛的生物識別技術(shù)之一。因此，研究基于嵌入式架構(gòu)的指紋識別系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。
　　1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)采用光學(xué)指紋傳感器（內(nèi)建格科微電子有限公司的光學(xué)GC0307 CMOS圖像采集芯片）與ARM Cortex M3內(nèi)核意法半導(dǎo)體公司的32位高性能單片機(jī)STM32F205RE組成功能主體，采用Sobel邊緣檢測算子、Gabor濾波、圖像二值化等圖像采集與處理算法對指紋圖像進(jìn)行識別，構(gòu)建了小體積的嵌入式指紋識別模塊，具有積木式嵌入、微功耗、程序接口簡單易用、便于二次開發(fā)、識別準(zhǔn)確度高、高性價比等特點(diǎn)。
　　2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
　　整個系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)成了一體化光學(xué)指紋識別模塊。模塊設(shè)計采用光學(xué)暗背景成像原理，加入特有活體檢測芯片，在解決干手指效應(yīng)的同時解決殘留指紋誤識別、橡膠假指紋等問題。
　　圖1所示為格科微電子有限公司的光學(xué)GC0307 CMOS圖像采集芯片應(yīng)用電路原理圖。該款CMOS圖像采集芯片是高精度、低功耗、微體積的高性能相機(jī)的內(nèi)置式組件，它把實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)VGA影像的CMOS影像傳感器與高度集成的影像處理器、嵌入式電源和高質(zhì)量的透鏡組結(jié)合在一起，輸出JPEG圖像或圖像視頻流，支持8/10位數(shù)字傳輸JPEG圖像和YCbCr接口，提供了完整的影像解決方案。
　　
　　圖1 GC0307 CMOS圖像采集芯片電路原理圖
　　CMOS圖像采集芯功能輸出串行數(shù)據(jù)引腳、時鐘信號引腳、復(fù)位引腳、串行總線引腳等都接入到STM32F205RE的GPIO口，通過GPIO口模擬時序讀取CMOS芯片采集到的圖像信息。由于STM32F205RE的GPIO口工作頻率可達(dá)120 MHz，因而可以非常準(zhǔn)確高效地模擬時序，實(shí)測640×480的原始圖像能以10幀/s的速度采集到主處理器STM32F205RE中進(jìn)行圖像處理。