基于双目视角的嵌入式3D指纹识别系统设计

　　摘 要： 采用指纹信息作为身份识别手段的应用已经很广泛，但传统的指纹信息识别身份时存在容易被仿造的缺点。3D指纹信息不但可以进一步提高指纹识别率而且可以很好地克服该缺点。在此主要介绍利用双目视角技术采集3D指纹信息，提出了一种3D指纹信息采集的解决方案。详细介绍了以MTK平台作为控制平台，DSP芯片做算法处理的硬件设计。该设计的硬件成本低且安全性高。在C/S结构的系统设计中，通过测试该硬件方案可以直接在客户端上采集信息，便携性好。 

　　关键词： 双目视角； 嵌入式系统； 3D指纹识别； 3D指纹信息采集 

　　中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）18?0155?04 

　　Design of embedded 3?D fingerprint identification system based on binocular vision 

　　GE Ming?tao1， GUAN Jing?xin2， DONG Su?ge1 

　　（1. Sias International University， Zhengzhou 451150， China； 2. School of Zhuhai Polytechnic， Zhuhai 519000， China） 

　　Abstract： To take the fingerprint information as a means of identity recognition is very popular now， but the traditional means has a fault being easy to be copied. 3?D fingerprint information can further improve the recognition rate and overcome this fault. The 3?D fingerprint information acquisition realized by the aid of the binocular vision technology is introduced. A solution scheme to correct 3?D fingerprint information is proposed. The hardware design of using MTK as a control platform and DSP chip for algorithm processing is described. The testing results show that the system can directly correct information on the client?side. The system has low cost， high securety， high accuracy and good portability. 

　　Keyword： binocular vision； embedded system； 3?D fingerprint identification； 3?D fingerprint information acquisition 

　　0 引 言 

　　近代指纹识别系统就指纹的采集方式而言总体可分为接触式和非接触式。接触式的识别方式，如指纹锁，手续简化识别率较高，但由于模仿手指蘸墨压印的方式，得到的指纹图像容易被模仿，反侦查能力差，同时容易受手指的环境条件干扰；非接触式的指纹识别系统[1]，可以排除手指环境及压印等外部因素，进一步提高了识别率，却有脊纹不明显而失配率高的缺点。新近提出的基于双目视角的非接触式3D指纹识别系统[2]，解决了二维指纹图像脊纹不明显而失配率高的问题，但以计算机为处理中心，系统体积大，便携性差，硬件成本高。 

　　为了完成指纹信息库的建立及信息的网络化要求，一个完善的指纹采集系统按功能把系统划分为客户端和服务器两部分。以往的采集系统客户端大多仅仅完成信息采集任务，把采集的信息通过网络上传至服务器，由服务器完成对比算法任务后，再将信息识别的结果通过网络传递给客户端，这样的系统实时性不高，且便携性不好，客户端离开服务器后无法单独完成信息识别任务，独立性较差。 

　　本文提出了一种双目视角的非接触式3D指纹识别系统的方案，应用该方案能够很好地解决以下问题。 

　　（1） 指纹信息采集采用双目视角光学采集模块，具有识别率高，不易被模仿，反侦察能力强的特点。 

　　（2） 客户端采用联合MTK和DSP作为嵌入控制双核心，将传感器采集的指纹信息通过DSP器件做识别算法，并由MTK集成平台完成与服务器无线方式的信息传递。 

　　1 3D指纹信息采集原理 

　　1.1 3D指纹 

　　3D指纹[2]是一种新兴的技术手段，能深刻地呈现手指上的山脊和山谷般的纹线。通常，采用非接触的工作方式采集而成，具有以下优点： 

　　（1） 真实性高，排除了挤压带来的皮肤扭曲，获得的指纹自然舒展； 

　　（2） 环境容限率好，各种条件的手指皮肤条件，如干湿、肮脏等，都不影响正常采样； 

　　（3） 舒适程度高，非接触式模式下采样，可以实现隐秘采集指纹，抵抗反侦查的各种虚假手段成功率高； 

　　（4） 兼容性好，3D指纹展平后可以兼容现有二维指纹数据库。 

　　1.2 双目视角 

　　双目视角（Binocular Vision）成像技术[2]可以用于非接触3D指纹图像采集，结合现有的两种3D成像技术——多目视角（N?Views）和结构光（Structured?Light，SI）扫描，而形成的一种3D成像技术，其原理是：采用光投影的方式，在事物上投影出一定式样的结构光，形成一定角度的两台高清摄像头采集数据，经过后台处理该两组数据，还原出某一视觉范围内的3D图像。该技术采集设备数量少、结构简单、采集速度快。

　　1.3 双目视角3D指纹采集系统结构图 

　　如图1所示的双目视角3D指纹采集结构图，即为本系统的采集传感部分。为了获得高清图像，本系统中选择了OmniVision公司生产的800万像素手机摄像头模组OV8820和三星公司生产的、具有1 920×1 080高清分辨率的A600B投影仪。由于OV8820具有移动产业处理器接口（Mobile Industry Processor Interface，MIPI）以及A600B具有高清晰度多媒体接口（HDMI），方便了系统的集成。 

　　图1 双目视觉的3D指纹采集原理 

　　2 系统总体设计 

　　3D指纹识别系统采用了客户端/服务器（C/S）模式，如图2所示。服务器作为数据库管理中心，主要接收客户端的传输请求，解析指纹数据包的命令和建立数据库反馈识别结果。 

　　客户端主要包括控制单元、指纹算法实现单元和信息采集单元三部分。控制单元完成三大功能：论文发表与服务器交互进行结果反馈、控制光学采集系统获得数据、与指纹算法核心有效沟通处理数据；指纹算法单元则进行复杂的图像处理；信息采集单元接收控制核心的控制命令，瞬间实现指纹采集并传输数据。本设计以双核MTK和DSP为双控制核心取代以往的单一内核，功能分离、权责分明，系统的实时性、稳定性以及开放性得到大大的提高。如图2所示，MTK6577芯片内部的双核CPU可以完美地实现控制与传输功能分离，TMS320C5515型DSP分担复杂的图像处理事务。