一種嵌入式指紋采集儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種嵌入式指紋采集儀，包括指紋圖像采集器、嵌入式主控模塊、外部存儲器、LCD液晶顯示屏和指紋供電模塊。指紋圖像采集器采集到指紋通過USB接口連接至嵌入式主控模塊，在GUI圖像用戶界面上設(shè)置圖像尺寸選擇按鈕、圖像格式選擇按鈕、指紋采樣按鈕、指紋顯示按鈕、指紋保存按鈕和指紋圖像顯示區(qū)。本發(fā)明不依賴PC上位機即可工作；USB接口通信協(xié)議簡單，普適性好；可視化圖像操作直觀；后續(xù)開發(fā)便捷。
【專利說明】一種嵌入式指紋采集儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用電子【技術(shù)領(lǐng)域】和生物身份識別【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于嵌入式系統(tǒng)的指紋采集儀。
【背景技術(shù)】
[0002]普通的圖像可以直接用照相機等設(shè)備進行拍照取樣并隨時存儲，而指紋圖像不同于普通照片，它并不能夠很輕易得被采集和存儲，使得如何有效獲取指紋信息成為了一項重要課題。為解決這一問題，人們探索和設(shè)計了很多指紋采集方案和專門的指紋采集結(jié)構(gòu)。
[0003]目前市場上有很多傳統(tǒng)的指紋采集模塊，主要利用光學方式和電學等方式對指紋進行采集。這些采集模塊普遍問題在于:1、需要依賴PC上位機的控制，不能獨立的進行工作，不利于攜帶和進行現(xiàn)場指紋采集；2、部分指紋采集器輸出接口復雜、不易于通信連接和控制、沒有標準的通信接口協(xié)議，對于需要獲得原始指紋圖像信息的用戶來說比較困難；3、缺少獨立的可視化應(yīng)用界面，并且很少能夠顯示出指紋圖像供用戶進行質(zhì)量鑒別；4、指紋圖像的采樣格式和尺寸往往固定，不能夠按照用戶要求進行調(diào)整和設(shè)置。
[0004]在嵌入式技術(shù)迅速發(fā)展的今天，指紋識別領(lǐng)域?qū)τ谇度胧郊夹g(shù)的需求也在日益增長，特別在指紋采集方面，人們期待利用嵌入式技術(shù)，靈活方便的獲得指紋圖像信息，并支持指紋圖像的采集和后期處理，利于指紋算法應(yīng)用的拓展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種嵌入式指紋采集儀，解決現(xiàn)有技術(shù)中指紋采集必須依賴上位機工作、輸出口通信接口復雜和控制協(xié)議繁瑣的技術(shù)問題。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種嵌入式指紋采集儀，包括指紋圖像采集器、嵌入式主控模塊和外部存儲器；所述嵌入式主控模塊分別與指紋圖像采集器和外部存儲器相連；
[0008]所述指紋圖像采集器包括CMOS圖像傳感器、USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片和USB連接器，所述嵌入式主控模塊上連接有USB接口控制芯片，所述USB連接器與USB接口控制芯片相適配，所述CMOS圖像傳感器采集指紋并通過USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片和USB連接器與USB接口控制芯片相連進行相互通信。
[0009]進一步的，在本發(fā)明中，所述嵌入式主控模塊上設(shè)有圖像設(shè)置模塊。所述圖像設(shè)置模塊包括設(shè)置指紋圖像采集器輸出圖像格式和輸出圖像尺寸。
[0010]進一步的，在本發(fā)明中，所述外部存儲器為SD卡。存儲在SD卡中的圖像可以被PC讀取，便于做進一步處理。
[0011]進一步的，在本發(fā)明中，所述嵌入式主控模塊的主控制器為32位嵌入式微處理器，主頻在80Mhz以上。該微處理器能夠支持USB數(shù)據(jù)通信，支持IXD、SD卡等外設(shè)即可。
[0012]進一步的，在本發(fā)明中，所述嵌入式主控模塊還連接至IXD液晶顯示屏，所述液晶顯示屏上顯示⑶I圖形用戶界面，所述⑶I圖形用戶界面上設(shè)置有圖像尺寸選擇按鈕、圖像格式選擇按鈕、指紋采樣按鈕、指紋顯示按鈕、指紋保存按鈕和指紋圖像顯示區(qū)。
[0013]進一步的，在本發(fā)明中，所述嵌入式主控模塊還包括NAND FLASH存儲器，所述NANDFLASH存儲器為可編程ROM。NAND FLASH存儲器用于存儲和臨時保存采集到的指紋圖像，當用戶需要后續(xù)開發(fā)，只需將能實現(xiàn)相應(yīng)功能的應(yīng)用模塊寫入NANDFLASH存儲器中即可。
[0014]進一步的，在本發(fā)明中，所述⑶I圖形用戶界面還包括指紋名稱欄，所述嵌入式主控模塊上設(shè)有觸屏輸入模塊。在所述指紋名稱欄中填入8位數(shù)字序列給指紋命名，點擊“指紋保存”按鈕將指紋圖像和指紋名稱一起保存。
[0015]有益效果:
[0016]本發(fā)明提供了 一種USB接口的指紋圖像采集器，指紋圖像采集器可以通過USB接口方便地與嵌入式主控模塊進行硬件連接，避免了繁瑣的通信接口和控制協(xié)議，解決了市場上很多Camera接口指紋傳感器存在的與上位機通信困難的問題；所述USB接口的指紋圖像采集器支持熱插拔功能，不僅可以連接到一般的嵌入式平臺上，還能連接到PC上，具有很好的普適性。
[0017]另外根據(jù)所述指紋圖像采集器的特征設(shè)計了專門用于控制指紋采樣、顯示和存儲的嵌入式主控模塊，在不依賴PC上位機的情況下根據(jù)用戶需求靈活地調(diào)整指紋圖像輸出圖像尺寸和輸出圖像格式；在結(jié)合LCD液晶顯示屏、SD卡外部存儲器的基礎(chǔ)上，組建成能夠進行可視化GUI圖形用戶界面操作的嵌入式指紋采集儀。
[0018]同時NAND FLASH存儲器提供了應(yīng)用模塊擴展接口，可用于后續(xù)開發(fā)。
[0019]利用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以靈活的調(diào)整輸出指紋圖像的格式，方便的采集、顯示和存儲圖像，并快捷的利用SD卡導出指紋圖像數(shù)據(jù)。這一系列功能使得對于指紋圖像信息的后續(xù)研究更加方便，有助于提高指紋產(chǎn)品的用戶體驗度和系統(tǒng)靈活度，為指紋采錄人員、指紋算法研究人員和指紋產(chǎn)品開發(fā)商帶來了明顯效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明中指紋圖像采集器的電路連接結(jié)構(gòu)；
[0021]圖2為本發(fā)明的主要模塊之間結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3本發(fā)明的工作流程圖；
[0023]圖4為⑶I圖形用戶界面示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0025]一種嵌入式指紋采集儀，包括指紋圖像采集器1、嵌入式主控模塊2、外部存儲器4、IXD液晶顯示屏5和指紋供電模塊9。
[0026]所述嵌入式主控模塊2分別與指紋圖像采集器1、外部存儲器4以及IXD液晶顯示屏5連接，并由指紋供電模塊9進行供電，所述外部存儲器4為SD卡；所述嵌入式主控模塊2基于Linux操作系統(tǒng)和USB視頻設(shè)備驅(qū)動程序，包括主控制器、內(nèi)部存儲器、USB接口控制芯片USB3343以及外設(shè)接口等相關(guān)電路。
[0027]所述嵌入式主控模塊2的主控制器是嵌入式指紋采集儀的核心部件，有了它的支持才能完成指紋圖像的采集、顯示、存儲，以及后續(xù)一切可能的對指紋圖像的處理工作。這里的主控制器優(yōu)選為32位嵌入式微處理器，當然也可以是一種普通的微處理器，只需主頻在80Mhz以上，能夠支持USB數(shù)據(jù)通信，支持LCD、SD卡等外設(shè)即可。
[0028]所述內(nèi)部存儲器包括128M的NAND FLASH存儲器和128MB的DDR2內(nèi)存顆粒。該DDR2內(nèi)存顆粒用于完成操作系統(tǒng)的運行和內(nèi)存映射等相關(guān)工作。該NAND FLASH存儲器內(nèi)存儲有Linux操作系統(tǒng)與以下幾種基于Qt設(shè)計的應(yīng)用模塊:
[0029](I)圖像設(shè)置模塊:設(shè)置指紋圖像采集器I輸出圖像格式和輸出圖像尺寸；所述輸出圖像格式可選擇JPEG、YUV或者RGB格式中任意一種；所述輸出圖像尺寸可選為640*480像素或者320*240像素；
[0030](2)指紋采樣模塊:驅(qū)動指紋圖像采集器I采集指紋圖像并臨時保存在DDR2內(nèi)存顆粒中；
[0031](3)指紋顯示模塊:將臨時保存的圖像顯示到IXD液晶顯示屏5上；
[0032](4)指紋保存模塊:將臨時保存的指紋圖像保存到外部存儲器4中；
[0033]所述⑶I圖形用戶界面3基于Qt設(shè)計，設(shè)置有“圖像尺寸選擇”按鈕、“圖像格式選擇”按鈕、“指紋采樣”按鈕、“指紋顯示”按鈕、“指紋保存”按鈕和指紋圖像顯示區(qū)。這些按鈕與相應(yīng)的應(yīng)用模塊對應(yīng)，操作GUI圖形用戶界面3觸發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用模塊，實現(xiàn)用戶的GUI操作功能。
[0034]⑶I圖形用戶界面3還包括“指紋名稱”欄，所述嵌入式主控模塊2設(shè)有觸屏輸入模塊10。在所述“指紋名稱”欄中填入8位數(shù)字序列給指紋命名，點擊“指紋保存”按鈕驅(qū)動指紋保存模塊工作，將相應(yīng)的指紋圖像和指紋名稱保存。
[0035]所述NAND FLASH存儲器為可編程R0M，故用戶還可根據(jù)自身需求進一步拓展和定制應(yīng)用模塊的功能，即可以在原有應(yīng)用模塊的基礎(chǔ)上添加用于指紋圖像后續(xù)處理的功能模塊，比如指紋圖像預處理模塊、指紋特征提取模塊、指紋識別模塊等。修改后的應(yīng)用模塊只需重新燒寫到NAND FLASH存儲器中即可。
[0036]所述指紋圖像采集器I包含指紋采集窗口，該指紋采集窗口由光學棱鏡組、調(diào)焦透鏡、背光燈、外殼組裝而成，形成具有18mm*22mm大小的指紋采集窗口。在指紋采集窗口下方設(shè)置包括500dpi分辨率、支持多種采樣格式的CMOS圖像傳感器6、USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片7和USB連接器8的電路，所述CMOS圖像傳感器6的型號為HV7131R，所述USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片7的型號為VC0345。所述CMOS圖像傳感器6上的接口 DATAl: 9、HSYNC, VSYVC,SCK、SDA、MCLKJP EDB分別依次連接至USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片7上的CS_0: 8、HSYNC, VSYNC,SCL、SDA、CS_CLK和CS_EN接口，USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片7上的接口 DM和DP分別與USB連接器8上的DM和DP接口連接。
[0037]所述USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片7通過其上的SCL、SDA、CS_CLK、CS_EN四個控制信號來控制CMOS圖像傳感器6。其中，SCL和SDA為I2C協(xié)議信號，前者為時鐘信號，后者為數(shù)據(jù)信號，USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片7利用這兩路信號讀寫CMOS圖像傳感器6的寄存器，起到對CMOS圖像傳感器6的配置功能。CS_CLK為USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片7供給CMOS圖像傳感器6的像素時鐘信號，CS_EN為控制CMOS圖像傳感器6的使能信號。CMOS圖像傳感器6則通過9根數(shù)據(jù)信號DATAl: 9以及兩根幀同步觸發(fā)信號HSYNC和VSYNC向USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片7發(fā)送圖像數(shù)據(jù)。[0038]另一方面，所述指紋圖像采集器I通過USB連接器8和USB接口控制芯片3343配合后與嵌入式主控模塊2的主控制器進行連接通信，所述VC0345USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片7受主控制器控制。主控制器利用USB協(xié)議發(fā)送控制信號給VC0345USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片7，以此設(shè)置合適的輸出圖像格式和輸出圖像尺寸，最終CMOS圖像傳感器6采樣得到數(shù)據(jù)又經(jīng)USB協(xié)議分裝后傳送至主控制器。在光學棱鏡組以及調(diào)焦透鏡、背光燈等的配合下，即可采樣得到清晰的指紋圖像。
[0039]工作時,所述嵌入式主控模塊2由5V大小的供電模塊9供電,嵌入式主控模塊2通電后自動啟動固化在NAND FLASH存儲器中的Linux操作系統(tǒng)和應(yīng)用模塊，接著USB視頻設(shè)備驅(qū)動程序?qū)ν獠看鎯ζ?、LCD液晶顯示屏5和指紋圖像采集器I進行初始化，隨后在LCD液晶顯示屏5上導出GUI圖形用戶界面3供用戶操作使用。當用戶需要進行指紋圖像采集工作時，在⑶I圖形用戶界面3上分別點擊“圖像尺寸選擇”按鈕和“圖像格式選擇按”鈕對輸出圖像格式和輸出圖像尺寸進行選擇，然后將待采集的指紋放置于指紋采集窗口，點擊“指紋采樣”按鈕進行指紋圖像的采集，然后點擊“指紋圖像顯示”按鈕，就可以在指紋圖像顯示區(qū)看見所采集的指紋；此時，若采集的指紋符合要求，則可在“指紋名稱”欄中輸入8位數(shù)字序列給指紋命名，然后點擊“指紋保存”按鈕將采集到的指紋圖像和其名稱一并保存至外部存儲器4中，用外部存儲器4即SD卡可進一步將保存的指紋導出到PC中；若采集的指紋不符合要求，則可點擊“退出”按鈕，重新進行指紋圖像采集。在操作過程中，⑶I圖形用戶界面3上通過設(shè)至“信息提示區(qū)”，可判斷用戶當前的操作正確與否進而提供相應(yīng)的操作指導。
[0040]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種嵌入式指紋采集儀，其特征在于:包括指紋圖像采集器(I)、嵌入式主控模塊(2)和外部存儲器(4);所述嵌入式主控模塊(2)分別與指紋圖像采集器(I)和外部存儲器(4)相連； 所述指紋圖像采集器(I)包括CMOS圖像傳感器(6)、USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片(7)和USB連接器(8 )，所述嵌入式主控模塊(2 )上連接有USB接口控制芯片，所述USB連接器(8 )與USB接口控制芯片相適配，所述CMOS圖像傳感器(6)采集指紋并通過USB攝像頭轉(zhuǎn)換芯片(7)和USB連接器(8)與USB接口控制芯片相連進行相互通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式指紋采集儀，其特征在于:所述嵌入式主控模塊(2)上設(shè)有圖像設(shè)置模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式指紋采集儀，其特征在于:所述外部存儲器(4)為SD卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式指紋采集儀，其特征在于:所述嵌入式主控模塊(2)的主控制器為32位嵌入式微處理器，主頻在SOMhz以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種嵌入式指紋采集儀，其特征在于:所述嵌入式主控模塊(2)還連接至IXD液晶顯示屏(5),所述液晶顯示屏上顯示⑶I圖形用戶界面(3),所述⑶I圖形用戶界面(3)上設(shè)置有圖像尺寸選擇按鈕、圖像格式選擇按鈕、指紋采樣按鈕、指紋顯示按鈕、指紋保存按鈕和指紋圖像顯示區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種嵌入式指紋采集儀，其特征在于:所述圖像設(shè)置模塊包括設(shè)置指紋圖像采集器(I)輸出圖像格式和輸出圖像尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種嵌入式指紋采集儀，其特征在于:所述嵌入式主控模塊(2)包括NAND FLASH存儲器，所述NAND FLASH存儲器為可編程ROM。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種嵌入式指紋采集儀，其特征在于:所述GUI圖形用戶界面(3 )還包括指紋名稱欄，所述嵌入式主控模塊(2 )上設(shè)有觸屏輸入模塊(10 )。
【文檔編號】G06K9/00GK103500326SQ201310483509
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】齊志, 楊廉萍, 李志 , 凌明, 楊軍, 時龍興 申請人:東南大學