基于FPGA嵌入式指纹识别技术的研究与实现

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指纹识别技术是生物特征识别技术中的一种,指纹的唯一性和稳定性使其有其他手段无法比拟的优越性。随着科技的进步和社会的发展,采集仪和芯片性价比不断提高,指纹识别算法的日趋成熟,人们对移动设备的安全性要求不断提高,指纹识别技术应用于各行各业:从最初的司法、金融等专业领域到现在的PC机、手机等个人电子消费产品。目前电子产品上的指纹识别器多采用DSP (Digital Signal Processor)技术,而DSP只能顺序执行,识别系统速度受限,而FPGA (Field Programmable Gate Array)具有并行处理的特点,基于FPGA设计指纹识别IP核有着重要的实际意义。本文针对嵌入式平台研究了指纹识别的算法,并提出了一种指纹分类算法;进行了基于FPGA的指纹识别算法的硬件电路设计,并将设计成果应用到SOPC(System On Programmable Chip)嵌入式平台中,在FPGA下完成嵌入式指纹识别系统,并得到较好的实验结果。本文主要针对以下方面进行了研究:1.研究指纹分类算法,提出基于融合隶属度的指纹分类方法。该方法以LBP为特征,对指纹模式区进行分块,统计直方图向量,融合隶属度构造分类器,对指纹进行分类,达到较好的分类效果。2.研究基于Verilog HDL(硬件描述语言)的指纹识别算法IP核。搭建以Matlab和System Generator为基础的仿真平台;采用自顶向下的设计方法,按功能划分为预处理、特征提取和指纹匹配等专用硬件电路模块,并进行优化设计,最终实现指纹识别算法IP软核;相比采用软件实现的算法,各模块性能都有了很大的提升。3.设计采集仪接口硬件电路,在FPGA上控制指纹采集仪。将指纹图像质量评测方法加入到采集仪控制模块,初步保证了指纹图像输入的质量,提高指纹识别的性能。4.将指纹识别算法IP核和指纹分类算法融合到嵌入式系统中。基于MacroBlaze软核CPU和Standalone软件平台构建的嵌入式平台,实现了基于IP核的FPGA嵌入式指纹识别系统。实验结果表明,本文实现的指纹识别算法IP核高效、稳定。同时,模块化的设计便于升级和二次开发,可快速应用于不同应用环境。另外,基于IP核的FPGA(?)嵌入式指纹识别系统在速度、功耗、扩展性等方面有独特的优势,拥有广阔的发展前景。
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