由于具有其持久性和唯一性，指紋被廣泛應(yīng)用在個人身份識別系統(tǒng)。指紋識別在全世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用，不僅為防范犯罪，同時也作為處理個人事務(wù)和信息安全的一個關(guān)鍵技術(shù)。
　　在指紋識別技術(shù)領(lǐng)域，歐美國家在研究和開發(fā)中處于領(lǐng)先地位。美國ZK Software在1992年就發(fā)布了ZKFinger 1.0版，2008年發(fā)布了ZKTime7.0、ADMS解決方案、指紋鎖、集成具有美國聯(lián)邦政府推出的FIPS201認(rèn)證的Lumidign和Secugen指紋儀；法國Segam公司，是安全解決方案的市場領(lǐng)導(dǎo)者之一，有遍布5大洲超過85個分公司和分支機構(gòu)，其生產(chǎn)的集成系統(tǒng)部署在100多個國家和地區(qū)。亞洲在指紋識別技術(shù)上較為先進的公司有：韓國現(xiàn)代、朝鮮的培富士、日本的NEC等。
　　中國雖然在指紋識別技術(shù)方面發(fā)展較晚，但目前也已有具備指紋識別專用芯片研發(fā)生產(chǎn)和應(yīng)用能力的企業(yè)，如杭州晟元芯片技術(shù)有限公司、國民技術(shù)股份有限公司等。
　　在指紋圖像評估算法研究領(lǐng)域，Tabassi等人通過提取指紋圖像各子塊的對比度和曲率特征評估指紋圖像質(zhì)量，但這種方法只是從指紋圖像局部紋理進行分析，不足以反映指紋圖像全局信息；Hong等人通過計算指紋圖像每一圖塊指紋紋線垂直方向上的灰度方差評估指紋圖像質(zhì)量，它在圖像噪聲較大時并不能很好獲得指紋圖像的方向圖，從而影響最后的評估效果。
　　文中采用一種指紋圖像綜合評估算法，設(shè)計具有信息提示功能的指紋識別系統(tǒng)，并將評估結(jié)果輸出到顯示屏，實現(xiàn)了提高指紋識別成功率，讓用戶直觀了解指紋采集的某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，以及如何進行修正的目的。
　　1指紋識別系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　1.1嵌入式指紋采集系統(tǒng)組成
　　具有提示信息的指紋識別裝置包括處理器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。處理器以不同的接口分別連接LCD漢字顯示屏、指紋傳感器、JTAG調(diào)試接口、復(fù)位電路、外部SRAM數(shù)據(jù)存儲器、串口及USB接口；電源管理模塊為上述各部分中的芯片和電路提供電源管理。其中，漢字顯示屏用來顯示指紋圖像初始評估的結(jié)果，提示用戶手指的放置是否正確、若不正確如何修正；指紋傳感器用來獲取手指的指紋圖像信息；JTAG調(diào)試接口用來與上位機連接進行調(diào)試；復(fù)位電路用來初始化指紋識別裝置；FLASH程序存儲器用來存儲指紋識別裝置運行的程序；外部SRAM數(shù)據(jù)存儲器用來存儲指紋識別裝置運行過程中產(chǎn)生的臨時數(shù)據(jù)；串口和USB接口用于與上位機的連接通信；安全控制器是指紋識別裝置的核心，控制指紋識別裝置的運行。
　　
　　圖1指紋采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　指紋專用芯片，是指內(nèi)嵌指紋識別技術(shù)的芯片產(chǎn)品，能夠片上實現(xiàn)指紋的圖像采集、特征提取、特征比對的芯片，使開發(fā)過程變得簡單，開發(fā)者可以方便的實現(xiàn)指紋識別的功能，同時芯片價格適中，利于普及使用。
　　指紋專用芯片采用杭州晟元芯片技術(shù)有限公司生產(chǎn)的AS602芯片，采用哈佛結(jié)構(gòu)32位RISC處理器內(nèi)核，內(nèi)置專用DSP指令集和加速器。其主要特點是具有SEA/RSA加速引擎、內(nèi)置存儲器（Flash/OTP）、指紋處理加速器和專用算法軟件。AS602芯片主頻高達(dá)128 MHz，內(nèi)置128 KB高速靜態(tài)隨機存儲器（SRAM），嵌入了1 MB大容量FLASH，64 kB ROM和4 kB OTP ROM，并具備豐富的對外接口：除了USB2.0全速接口外，還具備3組USART接口、4通道PWM接口、ISO7816智能卡接口、APC主接口、片上實時鐘、對稱算法引擎（SEA）加速器、RSA加解密引擎、真隨機數(shù)產(chǎn)生器（TRNG），以及51路GPIO.
　　1.3指紋采集傳感器
　　FPC1011F指紋傳感器由152×200個傳感器陣列組成，每一個陣列是一個金屬電極。放在傳感面上的手指的對應(yīng)點則作為另外一極，其工作原理是改變極板間距的電容式傳感器，整個傳感器（或其中的一部分）是通過讀取感應(yīng)器的指令來讀取的，采集區(qū)域的大小是由寄存器XSHIFT和YSHIFT值的決定的。
　　FPC1011F與處理器芯片的接口原理圖如圖2所示。將AS602的USART0配置為SPI模式。AS602的61腳作為時鐘輸出，60腳作為數(shù)據(jù)主輸出，連接FPC1011F的6號腳；59腳作為數(shù)據(jù)主輸入，連接FPC1011F的1號腳。FPC1011F 4號引腳SPI_CK與AS602的61腳連接得到系統(tǒng)時鐘。
　　
　　圖2 AS602與FPC1011F的接口原理圖
　　將FPC1011F的CPHA和CPOL分別置為0，此時FPC1011F為從設(shè)備。指紋圖像數(shù)據(jù)通過傳感器輸入FIFO.指紋采集通過查詢方式，用rd_spidtat指令不停地查詢SPI_STATUS寄存器的DA狀態(tài)是否為1.當(dāng)SPI_STATUS的DA狀態(tài)為1時，用rd_spidata指令來讀取FPC1011F的FIFO中的數(shù)據(jù)。