嵌入式指纹检索系统设计

　　3.嵌入式应用平台设计

　　为了使所设计的指纹检索算法得到实现和验证，根据嵌入式指纹检索系统的要求，还需要设计嵌入式应用平台。该平台的设计主要分为硬件系统和软件环境两部分。

　　3.1嵌入式硬件系统设计

　　本文所设计的用于指纹检索算法实现与验证的嵌入式硬件平台以东南大学自主研发的高性能微处理器SEP6200为核心控制单元。SEP6200是一颗32位的高性能应用处理器，主频达到800Mhz，有着高效的运算和控制能力，能够较好的执行指纹检索程序。主控制器配合DDR、Nand Flash、LCD、USB指纹采集器等外围设备，搭建成了完整的嵌入式指纹检索硬件平台，图6是所设计的嵌入式指纹检索系统的硬件框架结构图。系统中主控制器SEP6200用于控制指纹采样和进行任务调度;DDR模块用来临时存储指纹图像数据和执行软件程序;Nand Flash用以存放算法软件代码和指纹数据库;LCD显示屏在执行算法时用于提供良好的GUI用户界面;USB指纹采集器则是用来采集原始指纹图像，并将图像数据经USB接口传送至核心控制单元。

　　图6嵌入式指纹检索系统硬件平台架构图

　　3.2嵌入式软件系统配置

　　嵌入式软件系统主要涉及到操作系统和设备驱动配置两个方面。

　　3.2.1.嵌入式Linux操作系统

　　本设计采用Linux2.6内核操作系统作为嵌入式底层软件基础平台。Linux操作系统作为一个开源软件系统，有着良好的可配置、可裁剪特性，同时其开发周期短、成本低、安全性高，非常适用于嵌入式系统下指纹检索应用软件的开发和测试。

　　3.2.2.驱动程序配置

　　为了使操作系统能够控制USB指纹采集器和LCD等外设工作，必须为Linux内核配置相关的设备驱动程序。对于USB指纹采集器，本设计采用V4L2驱动框架对图像数据进行控制管理，V4L2是Linux下开发视频设备驱动的一套新框架，该框架为驱动程序定义了一系列对应的回调函数，同时为应用程序定义了一套标准的API调用，便于用户在应用层通过URB获得指纹图像数据。此外，对于LCD液晶显示屏也需要提供相应的驱动支持，LCD通常由微处理器的LCDC(LCD Controller，LCD控制器)进行控制。

　　4.系统测试与分析

　　在系统设计完成之后，笔者对系统的性能和效率等指标做了相应的测试。实验中采用了两个指纹数据库进行系统验证，分别是国际标准指纹测试库FVC2000-DB3和本系统采集自建的指纹数据库库OWN-DB.FVC2000-DB3包含800张指纹图像，OWN-DB包了含500张指纹图像，两库中的图像都以8位灰度的BMP格式保存，图7和图8分别为两个指纹数据库的示例图像。

　　图7&8 FVC2000-DB3指纹图 OWN-DB指纹图

　　指纹检索算法的性能采用检索穿透率(Penetration Rate， PR)和检索错误率(Error Rate， ER)衡量。检索穿透率(PR)定义为检索得出的待匹配指纹数量占整个数据库的比重，该比重可以由算法程序员自行设定;检索错误率(ER)则定义为在某一穿透率的限制下，在待匹配指纹中未检测到目标指纹的概率，即检索失败率。在实验中利用所述的两个指纹数据库对系统进行测试，得到一系列的实验数据，将这些实验数据进行曲线拟合，绘制出如图9所示的曲线图。

　　图9指纹检索系统的性能试验数据

　　从实验数据图可知，在FVC2000-DB3数据库上，当检索穿透率为10%时，系统检索错误率在6%左右。而在OWN-DB数据库上，当穿透率为10%时，系统错误率则可降低至4.6%以内，充分验证了本设计的可靠性。此外作为嵌入式系统，软件程序的执行效率也是一项重要指标。在实验中，当系统进行1：800检索时总耗时1.63秒;当进行1：500检索时总耗时0.99秒。总体来看，系统的实时性也达到了比较良好的指标。

　　结语

　　指纹检索算法是一种应用于大容量指纹数据库的快速指纹搜索方案。本文在对传统自动指纹识别系统研究的基础上，设计了基于多维向量指纹索引因子的快速指纹检索算法，同时利用国产SOC芯片SEP6200，搭建了嵌入式应用平台，并最终将所设计的算法以应用程序的形式在嵌入式目标平台上进行映射与实现。系统经过实验测试与分析，得到了良好的性能指标，进一步论证了本设计的可行性。