基于OMAP架构的嵌入式指纹识别系统设计与应用

　　USB通信接口设计

　　为了使嵌入式系统能与多种类型的外设进行通信，设计中扩展了USB通信接口。OMAP5912微处理器内置了对应于USB1.1的USB主控制器，并且该设计支持主从双重USB通信模式，只需要利用一个USB接口适配器就可以方便地进行主从模式转换。需要注意的是当选择Client模式时，需要设置FUNC_MUX_CTRL_D ［5:3］ = 000。

　　软件设计流程

　　OMAP5912的软件架构

　　OMAP5912的软件结构建立在两个操作系统之上：基于ARM的Linux操作系统以及基于DSP的DSP/BIOS。连接两个操作系统的核心技术是DSP／BIOS桥。DSP／BIOS桥提供了一种使用DSP的无缝接口，允许开发者在 GPP（通用处理器）上使用标准应用编程接口访问并控制DSP的运行环境。利用TI公司的CCS（Code Composer Studio）集成开发环境，从开发者的角度来看，OMAP好像仅用GPP处理器就完成了所有处理功能。这样，开发者就不需要为两种处理器分别编程，从而使编程工作大为简化。在OMAP体系结构下，开发者可以像对待单个GPP那样对OMAP的双处理器平台进行编程。

　　系统软件流程图

　　为了防止有人盗取指纹并利用指纹膜对指纹识别系统进行欺骗性攻击，采取“个人身份码（PIN）+ 指纹识别”的双重认证措施是非常必要的。用户输入PIN信息引导系统找到指纹库中对应的一个模板，即可与采集到的用户指纹进行1对1的“最佳”匹配，这样既能防止欺骗性攻击，又不需要每次都进行1对N的逐次匹配，可以高效率、快速地完成指纹识别过程。系统软件的主要程序流程如图4所示。 

　　指纹识别过程

　　1） 图像预处理。图像预处理包括3个步骤，即图像分割、图像增强和二值化。分割器读取并剪切输入的指纹图，在基本不损失有用指纹信息的前提下减少以后各步骤中所要处理的数据量；图像增强用以对分割后的指纹图像进行平滑、锐化、滤波等加工，以提高图像质量；二值化即把8位的灰度指纹图像转化成0和255的二值图像，阈值的选取采用了局部阈值法。

　　2） 细化处理。为了进一步压缩数据，还需要对二值化图像进行细化处理。细化时应保持纹线的连接性、方向性不变，还应保持纹线的中心基本不变。细化后的纹线会出现搭桥及豁口，因此必须进行细化后的去噪工作。

　　3） 特征提取。指纹的特征点信息是从细化后的二值化图像中提取的。从细化后的二值化图像中找到分叉点或终结点，然后从这些点开始寻找纹路轨迹。通过这些点，纹路的形状被计算出来。这些形状数据、点的类型以及点的位置就作为该指纹图像的特征点被存储下来。

　　4） 特征匹配。在提取出指纹特征点后，便会得到一组矢量点。同样，在指纹库中存储的指纹模板也是一组矢量点，要判断两个指纹是否匹配也就转化成判断两组矢量点是否匹配。指纹图像的匹配是根据两幅图像特征点的最大匹配点支持数来确定的，如果最大匹配支持点数大于规定的值，则认为两幅指纹图像匹配。

　　FPS200的寄存器设置

　　在初始化过程中，要往指纹传感器FPS200相应的寄存器中写入控制字，设置采集指纹的参数。其中最关键的是DCR、DTR、PGC这3个寄存器的参数设置。本文通过反复试验进行了寄存器的参数最佳设置，图5说明了分别调整3个寄存器的参数值对图像质量的影响。 

　　结语

　　本文基于OMAP架构的嵌入式技术，设计了一个完整的、可独立运行的嵌入式指纹识别系统，该系统已在实验室成功通过测试，并正在申请立项。随着生物认证技术的快速发展，该系统的扩展空间会越来越广阔，系统设计也会越来越完美。车载多媒体网络的发展已经成为一个必然趋势，该系统可进一步开发GPS车载导航系统，OMAP开放式多媒体应用平台也为今后系统的拓展预留了足够的空间。相信该系统一定会有巨大的市场潜力。