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84 《 激光杂 志))200S 年第 26卷第 4 期LASER JOURNAL(Vo 1． 26． No． 4． 2005) 基于 USB 接 口的光学指纹采集模块设计 朱继华， 毛幼菊 (重庆邮 电学院， 重庆400065) 提要 ： 在分析指纹提取 技术的基础上 ， 结合通用串行总线架构 ， 设计 了一种基于 USB接 口的光学指纹 提取装置 ， 分析 了该装置 的硬件组成 原理和软件设计方法 ， 优点是提取快 速 ， 性能高 ， 具有 良好的实用化特征。 关键词 ： 指 纹提取 ： CCD； USB： TLC2543 中图分类号 ： T P274． 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： O 253 —2743(2~ s l04 一OO 84 —02 D esign of the op tical f i n gerpr in t collecting modu le based Oil U SB ZHU Ji —hua ，MAO Y ou—ju ( Chongqing University of Posts ＆Telecommunications。Chongqing 4OOO 65。China) A 缸 口 ct ： Based on analysis of the c ollect i ng technology of f i nge~ r i nt pattem and the cooperation of Uni versal Serial B us ．all optical collec ting t~ mgetprint set of hig h quality based Oil US B was designed ，then the pr i nc iple of hardware and method o f software designing were aI】 yzedt h e h i sh perfommm~ and t h e wel l prac ticability ． 1 words ： c ollec ti ng f i ngerp rint ；C C D ；USB ；TL C2543 指纹身份识别由于其方便可靠己成为生物识别领域快 速发展的重要技术? 在社会一些方面已有成熟应用， 比如指 纹门禁系统 、 犯罪嫌疑人指纹 比对等。但在金融商贸、 信息 安全等领域 ， 由于对指纹识别的准确度有极高要求， 目前还 未看到有成熟的商业化应用。 影响指纹识别准确度的因素， 除了指纹的比对识别算法 外， 一个极其重要的因素就在于指纹的提取技术。指纹必须 被提取成数字 图像后 ， 才能 通过 计算 机进行 处理 、 存 储 和识 别计算 ， 因此作为图像源， 指纹提取质量的优劣， 关系指纹特 征信息的完整程度， 它直接影响指纹识别的准确度。指纹识 别在金融商贸、 信息安全等领域没有得到商业化应用的一个 重要原因之一就是 目前 的指纹 提取装 置性 能 尚难 以达到 实 用化要求 。 光学指纹提取技术是应用最早 的一种指 纹提取技 术 ， 也 是应用最为普遍的一种技术。光学指纹提取技术通常是利 用光学系统采集， 然后由光电耦合器件(CCD)进行光电转换， 从而获取指纹图像 。 本文着重介绍一种基于 USVB 接 口的快速高性能光学指 纹提取装置， 分析了硬件组成原理 ， 进行 了系统设计， 并且给 出了相应 的软件系统。 l基于 USB 接 口的快速高效提取指 纹装置 ． T he advan魄g es al e t h e hish speed ， 从上述对 指纹 提取方法的分析 比较 ， 成熟的 CCD 光学指 纹提取技术具有稳定性高、 耐久性强 ， 并且图像提取质量较 好， 性价比优良等特点。因此我们采用 CCD 光学指纹提取技 术， 通过光路设计， 完成 了一种基于 USB 接 口的快速高性能 的小型光学指纹提取装 置。 1． 1总体设计 设计方案主要包括指纹图像提取模块和 USB 接 口模块 两个子系统。如图 1所示 ， 指纹图像提取模块由光学采集系 统和 CCD 图像采集器件组成， USB 接口模块由 A／ D 转换器、 M cU(微控制单元) 和 USB 接口电路组成。活体指纹通过光 学采集系统，由CCD 图像传感器将指纹光信号转换为电信 号，经 CCD传感器得到的是模拟信号， 需要将其送人 A／ D 转 电路进行模／ 数转换， 然后由MCU进行控制， 将转换后的 数字信号经UsB 接 口送人微机 。 ： 一 — ＆ ； i -： ： ? ? ； ? 一 ． 1 L ??一一一一一J L 一???一一?一一j 1． 2指纹 图像提取模块1 设计 图 总体设计方案 堂 图像提取模块主要包括设计的光学 采集系统和 收稿 日期 ： 2O O4—04—05 基金项 目： 重庆市信 息化 战略研 究项 目( 编号 ： 20021 6006) ， 重 庆邮 电学院青年教师基金项 目(编号 ： A2003 — 05) 作者简介： 朱继华 ， 男， 硕士研究生 ， 主要研究方向， 通信与信 息 系统 。 CCD 图像采集器件， 主要让活体指纹通过光学采集系统， 然 后由 CCD 图像传感器将指纹光信号转换为电信号。图像传 感器件采用稳定性高、 耐久性强、 图像提取质量较好 、 性价比 优良的成熟 CCD 图像传感器。光学采集系统的创新点主要 是通过独特的光路设计实现系统的小型化和提取图像 的最 小畸变。 作为高质量的光学图像采集系统 ， 并要实现小型化 ， 我 们提出了一种新的设计 ， 我们知道 由于焦距较小的 CCD， 需 要大物距， 无疑这会加大体积。为此 ， 我们采用平面镜反射 和凸透镜汇聚原理， 既可加大所需 的物距 ， 而又减小了体积。 光学采集 系统设 计如图 2所示 。 ． ／ L 聚 到 CCD 器 件 ， 得 刽 指 纹 图像 。 以 网 半 回锐 的顶 点 所 在 自 轴线为基准， 调整平面镜 M1、 M2 以及凸透镜 F 的位置， 使 s__经凸透镜 F 恰好能完全汇聚到 CCD 感光板， 并且不会 平面镜 M2 的遮挡。该设计不仅大大缩小 了装置的体积， 过试验也没有观察到可测试 的指纹失真 。 1． 3 USB 接 口模 块设计 计算机只能对数字信号? 0 ’ 、 ?1’进行处理 ， 经 CCD 传 器得到的是模拟信号， 不能直接送给计算机进行识别 ， 需j 对其进行接 口设计。我们设计的 USB 接口模块如图 3， 主暑 包括 A／ D 转换电路 、 MCU 和 USB 接 口电路。首先由 A／ D } 换电路进行模／ 数转换， 然后由 MCU 进行控制 ， 将转换后自 数字信号经 USB 接口送人计算机。 “3 V∞ 囊 皓 l m100 AINO 盹SET 舶 D 吉R l I ， o Cl PI． 0 PI 4 TI E IJ ~ ~o c —_ 一 k 矾 T^ I胛 l Jr n^住 O ‘『 r P I l PI． 2 P1 ． 3 lI It 2 P L 5 PI． 6 P1 ． 7 口 胁 ■n YI- ∞ + l I二 -h ： ’_罄 C2 厂 !帑I m 2E F- 厂 A I哪V ce ~o c n ^ L 图 3 USB接 口模块的设计 维普资讯 http://www.cqvip.com