以ARM9處理器為平臺(tái)的嵌入式門禁系統(tǒng)詳解

指紋門禁系統(tǒng)是基于生物特征識(shí)別技術(shù)的一項(xiàng)高科技安全設(shè)施，近年來在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，并已成為現(xiàn)代化建筑智能化的標(biāo)志之一。對(duì)于一些核心機(jī)密部門，如重要機(jī)關(guān)、科研實(shí)驗(yàn)室、檔案館、民航機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所，指紋門禁系統(tǒng)可以提供高效、智能、便捷的授權(quán)控制。由于指紋具有攜帶方便、人人各異、終生不變的特點(diǎn)，因此利用指紋識(shí)別作為身份認(rèn)證的手段，與傳統(tǒng)的鑰匙、密碼相比，大大提高了安全性與可信性。

該系統(tǒng)基于ARM9芯片Samsung S3C2440AL，以Veridicom公司指紋采集芯片F(xiàn)PS200作為硬件平臺(tái)，以嵌入式Linux為軟件平臺(tái)。在該研究領(lǐng)域中，基于PC平臺(tái)的識(shí)別系統(tǒng)一直是研究的重點(diǎn)，本文實(shí)現(xiàn)的基于ARM平臺(tái)的系統(tǒng)具有輕便，易安裝，成本低的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的發(fā)展前景。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

S3C2440AL主頻為400 MHz，最高為533 MHz；FPS200指紋傳感器由256×300個(gè)電容傳感陣列組成，其分辨率高達(dá)500 dpi，工作電壓范圍為3．3～5 V，傳感器內(nèi)部有8位ADC，并具有2組采樣保持電路。整個(gè)系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

2 操作系統(tǒng)

由于嵌入式Linux具有內(nèi)核小、效率高、開放源碼、平臺(tái)工具多等優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)采用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)平臺(tái)。構(gòu)建該平臺(tái)的主要步驟如：

（1）通過JTAG下載U-boot；

（2）配置Linux Kernel并通過串口下載；

（3）開發(fā)FPS200驅(qū)動(dòng)并進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載。

3 指紋識(shí)別的算法流程

指紋識(shí)別系統(tǒng)按識(shí)別過程中的主要功能，可劃分為指紋圖像采集算法、圖像預(yù)處理算法、特征提取算法、特征匹配算法。

（1）指紋圖像采集算法流程如圖2所示。

（2）指紋圖像預(yù)處理算法流程如圖3所示。

（3）指紋特征提取算法流程

提取之前首先需要進(jìn)行偽指紋特征點(diǎn)的去除，然后提取指紋的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

（4）指紋特征匹配算法流程如圖4所示。

4 指紋分割算法原理

設(shè)一幅指紋圖像的像素點(diǎn)數(shù)為N，其有L個(gè)灰度級(jí)（0，1，2，…，L-1），灰度級(jí)為i的像素點(diǎn)數(shù)為ni，那么，對(duì)圖像直方圖歸一化，且有概率密度分布：

假設(shè)閾值t將圖像分成C0和C1兩類（即物體和背景），C0和C1分別對(duì)應(yīng)具有灰度級(jí){0，1，2，…，t）和{t+1，t+2，…，L-1}的像素。C0類和C1類的發(fā)生概率分別為：

由圖5可以看到利用該方法得到的效果圖，其分割結(jié)果良好。

5 結(jié)語

本文以ARM9處理器為平臺(tái)，系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)了一個(gè)識(shí)別結(jié)果良好的嵌入式門禁系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)算法流程，并重點(diǎn)介紹了圖像分割算法，較前人的研究成果，該系統(tǒng)具有平臺(tái)簡(jiǎn)單，識(shí)別率高，識(shí)別快速的優(yōu)點(diǎn)。但該系統(tǒng)對(duì)畸變圖像的處理效果并不十分理想，需要在以后的研究中進(jìn)一步加強(qiáng)。