近jin代dai指zhi紋wen識shi別bie係xi統tong就jiu指zhi紋wen的de采cai集ji方fang式shi而er言yan總zong體ti可ke分fen為wei接jie觸chu式shi和he非fei接jie觸chu式shi。接jie觸chu式shi的de識shi別bie方fang式shi

，如ru指zhi紋wen鎖suo

，手shou續xu簡jian化hua識shi別bie率lv較jiao高gao，但dan由you於yu模mo仿fang手shou指zhi蘸zhan墨mo壓ya印yin的de方fang式shi，得de到dao的de指zhi紋wen圖tu像xiang容rong易yi被bei模mo仿fang，反fan偵zhen查zha能neng力li差cha，同tong時shi容rong易yi受shou手shou指zhi的de環huan境jing條tiao件jian幹gan擾rao；非(fei)接(jie)觸(chu)式(shi)的(de)指(zhi)紋(wen)識(shi)別(bie)係(xi)統(tong)
，可(ke)以(yi)排(pai)除(chu)手(shou)指(zhi)環(huan)境(jing)及(ji)壓(ya)印(yin)等(deng)外(wai)部(bu)因(yin)素(su)
，進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)了(le)識(shi)別(bie)率(lv)
，卻(que)有(you)脊(ji)紋(wen)不(bu)明(ming)顯(xian)而(er)失(shi)配(pei)率(lv)高(gao)的(de)缺(que)點(dian)。新(xin)近(jin)提(ti)出(chu)的(de)基(ji)於(yu)雙(shuang)目(mu)視(shi)角(jiao)的(de)非(fei)接(jie)觸(chu)式(shi)3D指紋識別係統
，解決了二維指紋圖像脊紋不明顯而失配率高的問題

，但以計算機為處理中心
，係統體積大，便攜性差，硬件成本高。

為(wei)了(le)完(wan)成(cheng)指(zhi)紋(wen)信(xin)息(xi)庫(ku)的(de)建(jian)立(li)及(ji)信(xin)息(xi)的(de)網(wang)絡(luo)化(hua)要(yao)求(qiu)，一(yi)個(ge)完(wan)善(shan)的(de)指(zhi)紋(wen)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)按(an)功(gong)能(neng)把(ba)係(xi)統(tong)劃(hua)分(fen)為(wei)客(ke)戶(hu)端(duan)和(he)服(fu)務(wu)器(qi)兩(liang)部(bu)分(fen)。以(yi)往(wang)的(de)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)客(ke)戶(hu)端(duan)大(da)多(duo)僅(jin)僅(jin)完(wan)成(cheng)信(xin)息(xi)采(cai)集(ji)任(ren)務(wu)
，把(ba)采(cai)集(ji)的(de)信(xin)息(xi)通(tong)過(guo)網(wang)絡(luo)上(shang)傳(chuan)至(zhi)服(fu)務(wu)器(qi)，由(you)服(fu)務(wu)器(qi)完(wan)成(cheng)對(dui)比(bi)算(suan)法(fa)任(ren)務(wu)後(hou)，再(zai)將(jiang)信(xin)息(xi)識(shi)別(bie)的(de)結(jie)果(guo)通(tong)過(guo)網(wang)絡(luo)傳(chuan)遞(di)給(gei)客(ke)戶(hu)端(duan)
，這(zhe)樣(yang)的(de)係(xi)統(tong)實(shi)時(shi)性(xing)不(bu)高(gao)，且(qie)便(bian)攜(xie)性(xing)不(bu)好(hao)，客(ke)戶(hu)端(duan)離(li)開(kai)服(fu)務(wu)器(qi)後(hou)無(wu)法(fa)單(dan)獨(du)完(wan)成(cheng)信(xin)息(xi)識(shi)別(bie)任(ren)務(wu)，獨(du)立(li)性(xing)較(jiao)差(cha)。

本文提出了一種雙目視角的非接觸式3D指紋識別係統的方案，應用該方案能夠很好地解決以下問題。

（1）指紋信息采集采用雙目視角光學采集模塊，具有識別率高，不易被模仿
，反偵察能力強的特點。

（2）客戶端采用聯合MTK 和DSP作為嵌入控製雙核心
，將傳感器采集的指紋信息通過DSP器件做識別算法，並由MTK 集成平台完成與服務器無線方式的信息傳遞。

1 3D指紋信息采集原理

1.1 3D指紋

3D指紋是一種新興的技術手段
，能深刻地呈現手指上的山脊和山穀般的紋線。通常，采用非接觸的工作方式采集而成，具有以下優點：

（1）真實性高，排除了擠壓帶來的皮膚扭曲，獲得的指紋自然舒展；
（2）環境容限率好，各種條件的手指皮膚條件
，如幹濕、肮髒等
，都不影響正常采樣
；
（3）舒適程度高
，非接觸式模式下采樣，可以實現隱秘采集指紋，抵抗反偵查的各種虛假手段成功率高

；
（4）兼容性好，3D 指紋展平後可以兼容現有二維指紋數據庫。

1.2 雙目視角

雙目視角（Binocular Vision）成像技術可以用於非接觸3D 指紋圖像采集
，結合現有的兩種3D 成像技術——多目視角（N-Views）和結構光（Structured-Light，SI）掃描，而形成的一種3D成像技術，其原理是：caiyongguangtouyingdefangshi，zaishiwushangtouyingchuyidingshiyangdejiegouguang，xingchengyidingjiaodudeliangtaigaoqingshexiangtoucaijishuju
，jingguohoutaichuligailiangzushuju
，haiyuanchumouyishijiaofanweineide3D 圖像。該技術采集設備數量少、結構簡單、采集速度快。

1.3 雙目視角3D指紋采集係統結構圖

如圖1 所示的雙目視角3D 指紋采集結構圖，即為本係統的采集傳感部分。為了獲得高清圖像，本係統中選擇了OmniVision 公司生產的800 萬像素手機攝像頭模組OV8820和三星公司生產的、具有1 920×1 080高清分辨率的A600B 投影儀。由於OV8820 具有移動產業處理器接口（Mobile Industry Processor Interface，MIPI）以及A600B具有高清晰度多媒體接口（HDMI），方便了係統的集成。

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2 係統總體設計

3D指紋識別係統采用了客戶端/服務器（C/S）模式，如圖2所示。服務器作為數據庫管理中心，主要接收客戶端的傳輸請求，解析指紋數據包的命令和建立數據庫反饋識別結果。

客戶端主要包括控製單元、指紋算法實現單元和信息采集單元三部分。控製單元完成三大功能：與服務器交互進行結果反饋、控製光學采集係統獲得數據、與指紋算法核心有效溝通處理數據；指紋算法單元則進行複雜的圖像處理；信息采集單元接收控製核心的控製命令，瞬間實現指紋采集並傳輸數據。本設計以雙核MTK 和DSP 為雙控製核心取代以往的單一內核

，功能分離、權責分明，係統的實時性
、穩定性以及開放性得到大大的提高。如圖2 所示，MTK6577 芯片內部的雙核CPU可以完美地實現控製與傳輸功能分離
，TMS320C5515型DSP分擔複雜的圖像處理事務。

2.1 MTK平台

聯發科技（Media Tek，MTK）平台，是一款通用的嵌入式手機開發平台
；係統方案內部采用開放式的軟硬件接口
，具有強大的技術支持，用戶可以快速地定製無線通信的應用。在本係統中，MTK平台作為控製核心，其功能從硬件底層來看是實現數據流的輸入/輸出
；從3D指紋識別係統上層來看是實現雙目視角的照相機驅動
、結構光的產生和控製
、圖像數據的采集
、與服務器無線傳輸通信等。MTK芯片的選擇主要考慮了以下三個因素：

（1）控製投影儀產生結構光投影，需要支持高清晰度多（HDMI）
；
（2）控製雙攝像頭采集，需要高性能高速度的MTK芯片；
（3）為保證數據與服務器的實時無線傳輸
，需快速的移動網絡。

在MTK 公司的眾多基帶芯片中，MTK6577 是一款高性能的雙核處理器。其主頻隻高達1.2 GHz，不僅芯片內核強大：采用Cortex A9構架，二級緩存高達1 MB，集成3G移動寬帶連接，支持單模HSPA+網絡，上傳下載速度不低於5.6 Mb/s，集成了圖像信號處理器
、JPEG硬件編碼和解碼器

，最高可以以15 f/s的速度進行800 萬像素圖像采集等

；而且外圍接口豐富，具有一個高清晰度多媒體接口（HDMI）和雙攝像頭接口。

2.2 DSP功能

數字信號處理器（DSP）在本係統中作為控製核心的附屬機構，主要實現與MTK 芯片之間指紋數據的輸入和輸出

、指紋算法運行處理這兩大功能。前一個功能主要是依賴於硬件外部接口間實現，而後一個功能偏向於DSP芯片內部資源。因此

，在選型方麵主要考慮以下因素：

（1）與MTK 芯片之間實現數據通信，需要專用的外部存儲器接口（External Memory Interface，EMIF）；
（2） 為了保證實時性

，專用的快速傅立葉（FastFourier Transform，FFT）運算硬件器更有利於指紋圖像算法的執行。

TI 公司的TMS320C5515是一款高性價比的DSP芯片，專為生物模式識別應用而開發的。芯片采用定點數的TMS320C55xDSP 處理器核，內部有一個緊耦合式的FFT硬件加速器，主頻可高達120 MHz，320 KB片上RAM，外加一個EMIF 接口，利於指紋識別係統的設計與開發。
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3 係統硬件設計

3.1 雙目視角的硬件接口

MTK6577 采用標準的移動應用處理器接口（Mobile Industry Processor Interface，MIPI）協議，方便了用戶開發影像方麵的應用。本文所設計的係統運用了MTK6577芯片自帶的高速照相機串行接口（Camera serial interface，CSI）與相機模塊OV8820 進行數據通信，並采用了串行相機控製總線（Serial Camera ControlBus，SCCB）控製相機進行采集事務
，如圖3所示。

3.2 雙控製核心協同接口設計

雙目視角的3D 指紋識別係統采用了雙核心的模式。考慮到指紋識別係統需要完成圖像采集
、處理、存儲並與服務器進行傳輸等事務
，本係統中采用了兩片由Micron公司生產的SDRAM存儲器MT48LC16M16A2
，通過Altera公司的CPLD 芯片
，形成大容量雙動態的數據存取方式
，協同雙控製核心的工作事務
，如圖4所示。MT48LC16M16A2 存儲器片是一款具有256 MB 的大容量，位寬為16 b，4 個大小為4 MB 大小的存儲Bank
，不但片內Bank間可以實現乒乓式數據存取
，而且片間的乒乓式數據存取
，極大方便指紋采集與處理、暫存與傳輸等事務交替運行。

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4 係統軟件設計

整個基於雙目視角的3D指紋采集係統軟件的設計主要包括客戶端模塊
、服務器端模塊和C/S結構下的協同開發三部分，係統軟件框架如圖5所示。

4.1 客戶端模塊設計

客戶端模塊基於Android平台進行開發的。在Android平台的應用層、應用框架層、組件庫層和虛擬機等應用框架的基礎上，開發了3D 指紋采集係統的指紋算法、圖像采集等應用層的程序；在Android平台的Linux內核層經過可裁剪處理，改進雙攝像頭、增加結構光協同事務等硬件驅動。

客(ke)戶(hu)端(duan)模(mo)塊(kuai)工(gong)作(zuo)時(shi)，會(hui)請(qing)求(qiu)與(yu)服(fu)務(wu)器(qi)連(lian)接(jie)
，然(ran)後(hou)開(kai)啟(qi)多(duo)任(ren)務(wu)多(duo)線(xian)程(cheng)，監(jian)測(ce)采(cai)集(ji)事(shi)務(wu)，進(jin)行(xing)存(cun)儲(chu)

，指(zhi)紋(wen)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)後(hou)，啟(qi)動(dong)通(tong)信(xin)線(xian)程(cheng)，發(fa)送(song)至(zhi)服(fu)務(wu)器(qi)，等(deng)待(dai)服(fu)務(wu)器(qi)匹(pi)配(pei)響(xiang)應(ying)命(ming)令(ling)。

4.2 服務器端模塊設計

服務器端模塊設計基於Java語言進行開發的，功能的實現采用報文偵聽方式。如圖5所示
，當服務器啟動時，首先加入到一個組播地址中，然後初始化Socket
，並bing對dui規gui定ding的de端duan口kou進jin行xing偵zhen聽ting。在zai客ke戶hu端duan與yu服fu務wu器qi端duan連lian接jie請qing求qiu並bing雙shuang方fang握wo手shou成cheng功gong後hou，即ji進jin入ru等deng待dai請qing求qiu解jie析xi命ming令ling等deng狀zhuang態tai，可ke以yi接jie收shou客ke戶hu端duan麵mian的de指zhi紋wen數shu據ju，響xiang應ying客ke戶hu端duan的de指zhi紋wen匹pi配pei任ren務wu，根gen據ju匹pi配pei結jie果guo反fan饋kui給gei客ke戶hu端duan。

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