基于nios的指纹识别系统的设计

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1、基于Nios的指纹识别系统一.设计概述1.设计背景近年来，随着数字化、信息化、网络化等技术深入发展，人们的生活变得越来越快捷方便，同时对于各种电子系统的安全性要求也越来越高。电子商务、ATM、门禁控制及各种智能卡等都需要一种安全而且易用的个人身份识别技术。传统的“用户ID+密码”的认证方式存在密码遗忘、黑客攻击和被别人窃取等问题，已经渐渐无法适应社会的需要。基于人体生物特征的身份识别技术为我们提供了一种很好的解决方案。生物特征识别技术根据生理特征或行为特征对个人身份进行鉴别，因此它具有更高的安全性和可靠性，同时

2、使用方式也更富于人性化。常见的生物特征包括指纹、掌纹、虹膜、脸像、声音、笔迹、DNA等。综合考虑准确性、永久性、易用性和成本代价，指纹识别技术是一种费效比和安全性都很高的方案，同时技术上也比较成熟，因而在社会上有很广泛的应用。据统计，国内市场上基于生物特征识别的身份认证系统中，指纹识别产品占到90％以上。随着微电子技术的发展，可编程逻辑器件规模越来越大，越来越快，功能越来越强。目前已经有若干种FPGA器件支持嵌入式处理器软核，为基于FPGA的硬件开发提供了更多的选NiosII嵌入式处理器设计大赛2007—优秀作

3、品2择。Nios®II嵌入式处理器是Altera公司开发的一种采用流水线技术、单指令流的RISC嵌入式处理器软核，可以将它嵌入FPGA内部，与用户自定义逻辑结合构成一个基于FPGA的片上系统。与嵌入式硬核相比较，嵌入式软核具有更大的灵活性。而FPGA的高速度，恰恰满足了指纹识别系统对速度的要求。本设计考虑了工作在验证模式下的分散认证的身份识别系统，用户在终端经声明身份（这里简化为输入ID）、输入指纹后进行认证（或注册），由一个主机通过网络管理多个终端，管理员拥有系统管理权。2.针对用户群本系统可以在整合其它服务

4、功能模块后作为一个公共服务系统，其中指纹识别作为关键的身份认证手段；系统也可稍加修改后作为人员管理、安全保护等产品。具体的应用可能有：(1)电子商务：如信用卡消费、E购网络。(2)银行：ATM等。(3)企事业单位人事管理。(4)安全管理：如门禁系统。(5)资格认定：如考试。本系统的主从机网络模式可以有效的实现分散认证、集中管理的工作，因而比较适用与局部范围的认证系统，如果在通信效率和安全上加以改进，可以扩展为大系统。3.应用Nios的优势传统的指纹识别技术大多依靠PC或DSP实现，PC实现图像处理成本高、体积大

5、，速度无优势，DSP虽然处理速度快，但有功能和相关参数固定，灵活性不足的缺点。FPGA应用于指纹识别后，体现出越来越大的优势，它兼顾了处理速度和灵活性，同时有嵌入式系统固有的低成本、便携的优点，因而获得了广泛的应用。Nios作为一种高性能、可配置的软核，又有它独特的优势。它基本用C语言编程，开发周期短，代码可移植，结合用户自定义硬件逻辑，可以并行的完成复杂的图像处理任务，不失FPGA的优势。对本系统来说，相关组件可以很容易整合，图像处理过程中的相关参数可以很方便的调节，这对于实现不同的性能指标，满足不同条件下的

6、用户需求是很有利的。二.功能描述1.实现了可扩展的认证网络：系统为主机与终端模式，采用总线型局域网进行连接，便于集中化管理，并且具有良好的可扩展性。主机管理员只需在“终端管理”选项卡中新增终端，就可以方便地加入新的终端。2.良好的人机交互：采用液晶显示与键盘录入的方式，便于客户的使用。3.指纹采集：通过自制的指纹采集器采集用户的指纹，驱动程序访问SPI接口获取数据。程序设有基于Nios的指纹识别系统3手指自动检测功能，采集指纹时针对手指不同干湿度设置了三套参数，选出效果最好的一幅图像，另外，指纹采集器平时处于休

7、眠状态，采集指纹时才激活，降低了功耗。4.身份验证：终端采集器采集指纹信号，进行图像处理，并提取出指纹特征信息。在注册情况下，主机从终端获得指纹信息，及对应的ID，并存入指纹库中；在登陆情况下，主机返回ID对应的指纹信息，由从机进行比对，并且显示相应的登陆信息。5.信息管理：主机由功能较强的PC担任，运行一套管理程序，其功能包括：用户账户管理，查看或修改注册用户；终端管理，新增终端或修改终端权限；日志查看，浏览系统访问日志；密码修改，修改管理员登录密码。三.性能参数性能参数包括两个方面，指纹图像处理速度和指纹识

8、别正确率。1.指纹图像处理速度：下表列出了采用硬件加速前后指纹图像处理的主要过程耗时及总耗时（硬件加速的具体配置和原理见第五部分“设计方法”）。处理对象为256×300的8位灰度图像。未采用硬件加速耗时采用硬件加速后耗时图像滤波36.40s4.77s纹线细化13.54s2.67s总计54.93s11.57s可以看到，在采用了针对图像处理的硬件加速后，图像处理速度有了很大的提高。2.指纹