指纹识别系统的一种低功耗实现方法与应用

2024年6月2日发(作者：)

ｌ　Ｖｉｄｅｏ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ＆ｐｒｏｊｅｃｔ　

ｌ顽频应用与工程　

文章编号：１００２—８６９２（２０１１）１７—０１１８－０４　

指纹识别系统的一种低功耗实现方法与应用　

张金刚　，林喜荣　，戴晓清　，李建荣　

（１．清华大学深圳研究生院，广东深圳５１８０５５；２．广东省阳江市纳安科技有限公司，广东阳江５２９５００）　

【摘要】提出了一种指纹识别系统的低功耗设计方法，采用基于双控制核心的系统构架，将指纹识别功能和外设控制功能独　

立分开的设计，以ＡＲＭ核心的ＭＬ６７Ｑ５２５０实现指纹的采集、处理、识别和匹配，以１６位的超低功耗单片机ＭＳＰ４３０Ｆ１４９控制外　

围设备实现指纹识别系统的具体应用，解决了指纹识别系统的高效率和低功耗的问题。　

【关键词】指纹识别；指纹传感器；生物特征识别；ＭＳＰ４３０；低功耗　

【中图分类号】ＴＰ３９１．４；ＴＮ９１９．８　【文献标识码】Ａ　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　

Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｎｇａｎｇ　，ＬＩＮ　Ｘｉｒｏｎｇ　，ＤＡＩ　Ｘｉａｏｑｉｎｇ　，ＬＩ　Ｊｉａｎｗｎ￣　

（』．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｓｃｈｏｏｌ　ａｔ　Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎ＃ｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５１８０５５，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｙａｎｇｆｉａｎｇ　ＮＡＡＮ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｙａｎｇｆｉａｎｇ　５２９５００，Ｃｈｉｎａ　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｄｕｏ—ｃｏｎｔｒｏｌ—ｃｏｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　

ｓ￣ｔｅｍ．Ｏｎｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｏｒｅ，ＭＬ６７Ｑ５２５０，ｒｅａｌｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｒｅｃｏｇｎｉｚｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　

ｉｆｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｉｍａｇｅ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｏｒｅ，ＭＳＰ４３０Ｆ１４９，ｒｅａｌｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ａｌｌ　ｔｈｅ　ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　ｕｎｉｔｓ．　

Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｓｏｌｖｅｄ　ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ．　

【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ；ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｓｅｎｓｏｒ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ；ＭＳＰ４３０；ｌｏｗ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　

０　引言　

随着半导体工艺的进步，指纹图像的采集变得越来　

越容易，这就加快了指纹识别系统的应用和推广。目前　

指纹识别系统主要采用具有高速数据运算能力的ＤＳＰ或　

能。它的主要性能特点及优势如下：　

１）３２位ＲＩＳＣ　ＣＰＵ（ＡＲＭ７ＴＤＭＩ），时钟频率可编程　

为１　ＭＨｚ，６　ＭＨｚ，１６　ＭＨｚ，３２　ＭＨｚ。　

２）具有１６　ｋｂｙｔｅ片内ＲＡＭ供ＣＰＵ运行使用，内部　

集成６４　ｋｂｙｔｅ程序ＲＯＭ。　

者基于ＡＲＭ核的处理器芯片来完成算法处理和识别，高　

性能芯片的应用不可避免地将系统的整体功耗限制在了　

一

３）内部集成指纹识别加速器，在３２　ＭＨｚ时钟下，１：　

１认证时间小于０．８　ｓ。　

定的水平上，影响了系统在需要电池供电的便携式设　

备中的应用。因此，在保证指纹识别系统高效、准确的基　

础上，大幅降低系统功耗将会大大增加系统的应用范围　

４）内置ＪＴＡＧ接口，方便在线调试。　

５）供电电压３．３　Ｖ，内核工作电压２：５　Ｖ，工作电流　

１００　ｍＡ，待机电流３０　Ａ。　

６）支持多种接口，具有２个全速ＳＰＩ通道，１个全双　

工通用异步收发器ＳＩＯ（ＵＡＲＴ），一个８位同步串行接口　

及在电池供电下的连续使用时间，解决指纹识别系统推　

广和普及的一个技术瓶颈ｎ　。　

本文提出一种双控制核心的系统架构来实现指纹识　

别系统的高性能和低功耗之间的矛盾，以基于ＡＲＭ核的　

ＭＬ６７Ｑ５２５０实现指纹采集、图像处理以及识别算法，以　

超低功耗的ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的单片机　１控制外围设备，保　

证系统在待机状态下的低功耗。　

ＳＳＩＯ，１个ＵＳＢ２．０全速设备控制器，可以连接多种划擦式　

和面接触式指纹传感器。　

１．２外设主控芯片ＭＳＰ４３０Ｆ１４９　

ＭＳＰ４３０Ｆ１４９ｔＳｊ是ＴＩ公司开发的一款具备超低功耗　

的１６位微控制器，具有５级节能模式。它的主要性能特　

点及优势如下：　

１　系统硬件结构设计　

１．１指纹处理与认证芯片ＭＬ６７Ｑ５２５０　

１）强大的处理能力。ｌ６位ＲＩＳｅ单片机，在８　ＭＨｚ　

ＭＬ６７Ｑ５２５０是日本冲电气（ＯＫＩ）公司开发的一款指　

纹处理与认证专用芯片。该芯片采用ＡＲＭ７ＴＤＭＩ核心，　

晶体驱动下，实现１２５　ａｓ的指令周期。　

２）灵活的时钟系统。Ｉ／Ｏ和ＣＰＵ采用不用的时钟系　

既具有强大的运算能力，也具备ＡＲＭ系列丰富的控制功　

统，高速时钟（ＭＣＬＫ）满足ＣＰＵ高速运行，低速时钟　

¨ｏ　

１　电视投硝　，一　…，　一…　

Ｖ１ｄｅｏ　ａｐｐｌｚｃａｔ］ｏｎ　ｐｒｏｔｅｃｔ　Ｉ　

鲤　瘗疆量　壁ｌ　

（ＡＣＬＫ，ＳＭＣＬＫ）满足低速外设及低功耗需求。　

３）超低功耗。供电范围１．８～３．６　Ｖ，在活动模式下　

功耗为２００　Ａ＠ｌ　ＭＨｚ，２．２　Ｖ，待机模式下功耗为０．６　Ａ。　

ＡＥＳ３４００和ＡＦＳ８６００，以及瑞典ＦｉｎｇｅｒＰｒｉｎｔｓ公司推出的　

面接触式电容传感器ＦＰＣ１０１　１Ｃ。　

ＡＦｓ８６Ｏ【Ｊ，ＡＥｓ３４ｏ０焊盘ＡＥｓ２５ｌ０焊盘

ＦＰｃｌＯｌ１焊盘　

４）丰富的片上外围模块。包括看门狗（ＷＤＴ）、定时　

器Ａ、定时器Ｂ、基本定时器、２个通用异步串口收发器、１　

个１２位Ａ／Ｄ、１６个可实现方向控制及中断功能的并行输　

人输出端口等，可以满足对多种外设的支持。　

１．３系统结构设计　

系统结构如图１所示，分成指纹识别模块和外设主　

控系统这２个独立的模块。指纹识别模块以ＭＬ６７Ｑ５２５０　

为主控中心可以实现指纹图像的采集、预处理、特征提　

取和匹配等指纹识别的全部功能；ＭＳＰ４３０Ｆ１４９作为外　

设主控中心负责系统的输入、输出、存储及执行机构。２　

个功能模块通过改进的ＳＰＩ协议进行通信，ＭＬ６７Ｑ５２５０　

将指纹识别的结果发送给ＭＳＰ４３０Ｆ１４９，ＭＳＰ４３０Ｆ１４９再　

将指纹识别结果转化为对执行机构的控制，不同的执行　

机构接口可以实现多种应用。如果将电机作为执行机　

构可以实现指纹锁、指纹保险箱等，如果将指纹识别结　

果作为加密密钥，则可以实现指纹文档加密的功能等。　

主控系统　

指纹识别模块

指纹识别模块　

　　：Ｉ［圃！竺　ｌ　：　

厂］　ｌ　

、　

．．　．　．

．＿／　

ｆ蜂鸣器、’

ｌ指示灯等　矩阵键盘　

　一　

ｌＩ　

图１　系统功能结构示意图　

２　系统主要功能模块设计　

２．１指纹识别模块　

ＭＬ６７Ｑ５２５０具有多种接口，可以兼容多种指纹传感　

器，在程序设计上，针对不同类型的传感器，需要开发相　

应的不同驱动程序。驱动程序的主要工作包括初始化　

传感器、控制传感器采集指纹图像、将图像转化为　

ＭＬ６７Ｑ５２５０要求的标准格式，最后将数据传送给　

ＭＬ６７Ｑ５２５０。　

实验中，为了兼容多种传感器，系统设计了一个集　

成接口，如图２所示，可以在不更改硬件结构的基础上同　

时兼容４种传感器，分别是美国ＡｕｔｈｅｎＴｅｃ公司生产的划　

擦式电容传感器ＡＥＳ２５１０，面接触式电容传感器　

～一……一

里！　寸　

ｌ　

＇　

。　

８　

［　］　

ｇ　

２　

主　

兽　ｇ　ｇ　８　Ｈ　

８　

图２传感器集成接口电路图　

为了方便开发不同传感器驱动及系统扩展的需求，　

指纹识别模块硬件结构及程序架构采用了分层及模组　

化设计，如图３所示。　

｝　指纹认证应片ｊ程序（ＦＩ）ｓＪ，）　ｌ

｛

｛｝　：　介　介　

｝　｛　

软　

件　

层　

毒　驱ＳＰ　ｒ动Ｍ　Ｕ　ＳＢ驱动　

ｌ　ｌ　ｉ指纹加速器！ｌ　ｒ　ａｓ　闪存ｌ　ｌ　ＳＰＩ／ＧＰＩＯ　ｌ　ｕｓＢ　ｌ　

硬　

件　

一　…　…　———

曼￡～　

｛指纹图像；　ＭＳＰ４３０　ＰＣ　ｉ　

层　

ｌ传感器｝　微控制器　

图３　指纹识别模块硬件结构及程序架构　

图３中，传感器驱动是指纹图像传感器的驱动，需要　

根据不同的传感器编写；指纹硬件加速驱动主要实现从　

指纹图像生成模板及指纹特征模板匹配的功能；指纹认　

证引擎提供了指纹认证的方案，实现指纹的注册、认证　

和删除等功能。具体实现功能包括：　

１）初始化必要的硬件设备、初始化指纹模块驱动库。　

２）进入主状态机循环，如图４所示。　

３）响应ＭＳＰ４３０的控制信号，完成主状态机循环的　

状态切换。　

４）输出指示状态及结果给ＭＳＰ４３０。　

２０１１年第３５卷第１７期（总第３６７期）　铲　ｄｉ　　ｃ　Ｈｏ　口　ｅｉ　ｅ　ｉ　ｒ　ｎ　　１　１　１

ｌ　Ｖｉｄｅｏ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ　

ｌ霾鳗堕围氢　壁　

序号，Ａｃｔｉｖｅ＿Ｉｎｄｅｘ指示当前指向的菜单项，即当前活动　

的菜单项序号，Ｔｅｍｐ＿Ｉｎｄｅｘ是一个中间变量，作用在于　

当菜单项过多，超出一屏能显示的范围时，能滚动显示　

多出菜单项。　

多级菜单的实现采用了一种层标设计法，设置了层　

标志量Ｆｌｏｏｒ，初始值为０，根据菜单的级数加１或减１，再　

结合Ａｃｔｉｖｅ—Ｉｎｄｅｘ标志量便可以准确进入相应的子菜单　

图４　ＭＬ６７Ｑ５２５０主状态机循环　

２．２显示功能模块　

２．２．１液晶基础驱动程序　

显示功能的实现采用一块１２８ｘ６４的点阵液晶屏　

（ＬＣＤ）与ＭＳＰ４３０Ｆ１４９通过６８００总线连接。液晶的驱动　

及显示控制采用分层设计思想，如图５所示。　

匝　

ｌ　

ｆ　　

ＧＢ．ｃ　ｌ

］　，

　ｌ里竺　：

　－・＿　＿

　＿、，

ｊ　Ｌ！

　‘

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ｊ　

ｌ【Ｂ　ｍｐｌｉｂ．ｃＪｌ　。嗍　匝　固　

Ｌ＿———］　

ｆ　

ＩＬＣＤ＿Ｐ。ｒｔＣ。ｎｉｆｇ．ｈ｝－￣ＬＣＤ＿Ｄｒｉｖｅｒ　

图５　ＬＣＤ基础驱动程序架构　

ＬＣＤ基础驱动程序由３个功能层组成，其中驱动层　

的任务在于根据实际的硬件连接对使用到的端口进行　

定义及配置，并负责ＭＳＰ４３０Ｆ１４９与液晶模块进行数据　

传输的任务，包括初始化模块、读写控制指令、写数据、　

读数据、ＬＣＤ复位等子函数功能；功能函数层提供了供用　

户应用程序中调用的液晶显示驱动的ＡＰＩ接口函数，如　

写ＡＳＣＩＩ字符、写汉字字符、删除字符、画特殊符号等功　

能函数；应用层可以根据具体的应用环境调用ＡＰＩ接口　

函数编写相应的用户程序，如本系统的人机交互多级菜　

单界面就在该层中编写。　

２．２．２人机交互多级菜单界面　

人机交互设计的重点在于界面的多级显示、滚屏、　

光标的管理以及参数的交互设置及保存等，这些功能主　

要通过３个控制按键（向上、向下、确定）来实现。　

滚屏功能的实现采用了一种“序标设计法”，设置了　

３个序号标志量Ｆｉｒｓｔ＿Ｉｎｄｅｘ，Ａｃｔｉｖｅ

＿

Ｉｎｄｅｘ，Ｔｅｍｐ

—

Ｉｎｄｅｘ，　

其中Ｆｉｍｔ＿Ｉｎｄｅｘ指示当前处在显示屏中最前面的菜单项　

２ｎ　粤　攀冀　２０１１年第３５卷第１７期（总第３６７期）　

项，从而能够实现多级显示。　

参数的交互设置及保存方法是系统在内存中的特　

定区域开辟了一块缓冲区，用来存放参量数据。当更改　

参量值时，ＬＣＤ从此缓冲区读取数据到ＬＣＤ的显示ＲＡＭ　

中，同时ＭＣＵ将参量值保存到存储系统Ｅ　

应用层　功能函数层　驱动层　

ＰＲＯＭ对应的　

地址中去；当需要显示参量值时，ＭＣＵ将Ｅ２ＰＲＯＭ中的数　

据读出到缓冲区中，再被ＬＣＤ读取并显示出来。　

２．２．３小结　

基于分层设计思想的液晶基础驱动架构只须更改　

底层驱动的配置文件，功能函数层和应用层不用任何改　

动，就可以移植到不同的ＬＣＤ上；基于序标和层标设计　

法的多级菜单可以轻松扩展到任意级，便可满足不同实　

际应用系统的使用。　

２．３键盘输入模块　

为满足不同应用场合的需求及系统扩展的要求，键　

盘输入系统要求能输人　

阿拉伯数字、２６个英文字　

母及简单符号等功能，为　

节省按键数量，系统模拟　

手机键盘的输入方式，采　

用数字和字母复合输入，　

如图６所示，右下角的“木’’　

号键为输入法切换键，可　

以切换数字或字母输入　

图６复合键盘结构　

方式。　

数字输入方式下每个按键代表一个数字。字母输　

人方式下，每个按键代表３￣４个字母，需要切换显示，具　

体的功能分析如下：　

１）首次按下按键，显示该按键对应的第１个字母。　

２）在一定时间内连续第２次按下按键，切换成该按　

键对应的第２个字母。　

３）在一定时间内连续第３次按下按键，切换成该按　

键对应的第３个字母，直到该按键对应字母全部切换完，　

然后从头开始。　

４）超出一定的时间间隔再按下相同按键，则保持　

当前字母显示，光标切换到下一个位置开始新一个字母　

Ｖｉｄｅｏ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ＆ｐｒｏｊｅｃｔｌ　

顽频应用与工程ｌ　

显不。　

５）２次分别按下不同按键，则保持第１次按键字母　

显示，光标切换到下一个位置，开始第２次按键所代表字　

母的显示。　

对比项　

６）长按功能，当一个按键按住不放超过一定时间则　

显示该按键对应的数字。　

通过分析按键按下所产生的电平图如图７所示，设　

置相应的标志量及定时器可以实现上述功能。完成一次　

第１次　

第２次　

第３次　

第４次　

第５次　

第６次　

第７次　

第８次　

均值　

下，根据耗电量的不同，将验证环节分成系统休眠环节、　

按键操作的电平变化是由高到低，再由低到高，可设置标　

志量ＫＥＹＥＶＥＮＴ标志此事件，完成上述的第１项功能；　

在按键按下的瞬间，电平由高变低，此时启动定时器ＴＩＭ．　

ＥＲＯ，并设置标志量Ｋｅｙ＿Ｄｏｗｎ记录此事件，定时器ＴＩＭ—　

ＥＲ０每隔２０　Ｉｎｓ监测一次按键值。若超过１　ｓ（ＴＩＭＥＲ—　

ＯＵＴ０）按键还处于按下状态，则判断按键为“长按”，完成　

上述的第６项功能；若１　Ｓ的时间内按键抬起，则此时停　

止定时器ＴＩＭＥＲ０，开启定时器ＴＩＭＥＲ１，等待下一次按　

键的按下。若超过０．７５　ｓ（ＴＩＭＥＲＯＵＴ１）元按键按下，则　

按上述第４项功能实现输入及显示；若在Ｏ．７５　ｓ内监测到　

有第２次按键按下，若２次按键值不同，则按上述第５项　

功能实现输人及显示，若２次按键值相同，则按上述第２、　

第３项功能实现输入及显示。至此完成按键字母输入方　

式的全部功能，且ＴＩＭＥＲＯＵＴ０和ＴＩＭＥＲＯＵＴ１值可以根　

据具体应用情况具体设置，满足实际应用情况，实验测试　

该方法实现的按键输入稳定准确，符合多数用户的使用　

习惯　

一　

一　舛　舛　

—Ｂ　ｍ　∞　

图７按键电平分析图　

３　系统实例应用及测试总结　

采用分层及分模块设计的程序结构使得本系统方便　

针对不同应用环境扩展相应功能，在实例中，写人指纹门　

锁控制程序，执行机构配备为微型减速直流电机，即可　

模拟指纹门锁的工作状况，并可进行相应的功耗测试。　

在用户注册的过程中，在不开启液晶屏背光的情况　

下，根据耗电量的不同，将注册过程分成系统休眠环节、启　

动等待注册环节、采集指纹环节和注册成功环节，分别用　

Ⅲ，　，ｃ，，．ｓ，代表各环节的电流值，测试数据如表１所示。　

在用户验证过程中，在不开启液晶屏背光的情况　

启动等待验证环节、采集指纹环节、验证成功电机转动环　

节，分别用１１１２，ＷＩ２，Ｃ１２，ＳＩ２代表各环节的电流值，测试　

数据如表２所示。　

表２用户验证各环节电流值　

对比项ＨＩ２１１ｘＡ　Ｗ１２／ｉｎＡ　ＣＤ／ｍＡ　Ｓ１２／ｍＡ　

第１次　１４．３１　９１．４５　１２１．０６　１４５－３３　

第２次　１４．５４　９１．６２　１２０．６８　１４６．５１　

第３次　１４．Ｏ８　９１．３３　１２１．１８　１４６．Ｏ３　

第４次　１４．１７　９１．２１　１２０．１３　１４５．７８　

第５次　】４．２１　９１．７９　１２】－３２　１４６＿３６　

第６次　１４－４２　９１．８３　１２１．４７　１４５．２８　

第７次　１４．０２　９１．０８　１２１．６１　１４６．１７　

第８次　１４．１８　９】．５３　１２０．７３　】４６．５８　

均值　１４．２４　９１．４８　１２１．０２　１４６．０１　

在上述过程中若开启液晶屏背光，则电流值会增加　

５５～６０　ＩＴＩＡ。　

在不开启液晶背光的情况下，以每次开锁耗时６　ｓ，每　

天开锁６次计算，该指纹识别门锁系统一天的耗电量约为　

１．６６９　ｍＡ・ｈ。用普通５号干电池供电，１节电量以１　５００　ｍＡ・ｈ　

计算，１节干电池可支持指纹系统运行８９８天，近两年半　

的时间。　

若开锁时开启液晶背光，还是以每次开锁耗时６　ｓ，　

每天开锁６次计算，该指纹识别门锁系统一天的耗电量　

约为２．２４４　ｍＡ・ｈ。用普通５号干电池供电，１节电量以　

ｌ　５００　ｍＡ・ｈ计算，１节干电池可支持指纹系统运行６６８　

天，近２２个月的时间。　

从实验结果可以看出，双控制核心的系统架构极大　

降低了系统在待机状态下的电流消耗，同时在指纹采集、　

处理和识别的过程中，减少了ＭＬ６７Ｑ５２５０对外设的控　

制，而将控制功能转移到功耗更低的ＭＳＰ４３０中，使得指　

纹认证处理的电流消耗进一步降低，从而极大延长了电　

池供电指纹识别系统的使用时间。　

参考文献：　

［１］ＫＵＣＨＥＮ　Ｍ．Ｍｏｄｅｌｓ　ｆｏｒ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｏｒｅｎｓｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ１．２００７（１７１）：８５—９６．　

【２】林喜荣，潘鹏，于政涛，等．一种基于ＤＳＰ技术的指纹鉴别系统的　

实验研究［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１０－０１—１５］．ｈｔｔｐ：／／ｃａｃｐ．ｉｌｉｂ．ｃｎ／ｐ—ｈ０４４０８５￣　

（下转第１２８页）　

２０１１年第３５卷第１７期（总第３６７期）　矿　ｌ　ｄ　ｅ　，０　ｎ１５　ｉ　ｎ　　ｒｅ　ｉ　　ｎ　●１　２　－　

ｌ　Ｖｉｄｅｏ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ＆ｐｒｏｉｅｃｔ　

ｌ塑鳗堕厘氢　垂　

ｔｉｏｎＣａｍｅｒａ２（）函数获取摄像机的内外部参数和畸变系　

数，并保存到相应的文档中。调用摄像机的内外部参　

数、畸变系数文档，采用ｃｖＲｅｍａｐ（）函数矫正需要检测的　

————●

■—————●■一

一．　

——■●一

—■—●—■——●

—■—＿　

目标图像。　

对于矫正后的图像，采用３ｘ３中值滤波去除图像噪　

■—■●————●　

ａ矫正后的图像　ｂ中值滤波后的图像ｃ亚像素角点检测　

后的图像　

声。采用ｃｖＧｏｏｄＦｅａｔｕｒｅＴｏＴｒａｃｋｆ）函数寻找像素级的角　

点位置，确定像素级角点位置后，实现亚像素级角点位　

置确认，获取亚像素角点坐标，根据采集的标准棋盘图　

图４零件角点获取　

如图４ｃ，获取零件角点坐标分别为（６３．８８３　３，２５３．９４３　４）　

和（２９９．３３４　７，２５８．９１０　６），根据相机拍摄的标定板图像　

可得每３３．６个像素为０．２　ｃｍ，由此可得零件角点距离为　

１．４０１　８０８　ｃｍ，偏差为０．００１　８０８　ｃｍ。　

像，计算像素点间的实际距离值，获取角点的距离。　

５实验和结果分析　

依据本文阐述的角点间距测量原理和算法，在Ｖｉｓｕ—　

ａｌ　Ｓｔｕｄｉｏ　２００５环境下，调用　

６　小结　

通过实验和检测结果的分析比较，这种基于　

ＯｐｅｎＣＶ的高精度零件角点间距测量方法有效地提高了　

测量精度，在ＯｐｅｎＣＶ中采用该角点检测方法而编写的　

ＯｐｅｎＣＶ２．０库函数，开发了　

基于ＭＦＣ对话框结构的亚　

像素级的角点间距测量程序，　

程序经过严格测试，运行稳　

检测程序具有运算效率高、标定结果精度高、角点定位　

精度高、跨平台移植性好等特性，可以有效地应用于其　

他计算机视觉系统中。　

图３操作界面　

参考文献：　

２０１１，１８（２）：９３—９６．　

定，没有出现内存泄露的情　

况。操作界面如图３所示。　

选取４ｘ２９的标准棋盘为标定目标，棋盘格子的宽度　

１】高俊钗，雷志勇，王泽民．高精度测量的相机标定［Ｊ］．电光与控制，　

为０．１　ｃａ。从不同的距离和角度，选取２１幅６５６ｘ４９２像　

［

素的图像作为标定用图。标定得到的内参数矩阵、镜头　

畸变系数如表１所示。　

表１标定得到的内参数矩阵和镜头畸变系数　

【２Ｊ邱茂林，马颂德，李毅．机器视觉中摄像机标定综述叨．自动化学　

报，２０００，２６（１）：４３—５５．　

【３】ＳＣＨＭＩＤ　Ｃ，ＭＯＨＲ　Ｒ，ＢＡＵＣＫＨＡＧＥ　Ｃ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｅｓｔ　ｐｏｉｎｔ　

＿　糨机内章｝Ｉ参数　７　９　。４　舛，　

（　。　．Ｄ．．ｐ２）　－ｏ．ｏｏｏ　８０９９９００　＋Ｏ．００ｏ　３４４４７６　５　

ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ［ＪＪ．ｈｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｖｉｓｉｏｎ，２０００，３７（２）：　

１５１—１７２．　

［４Ｊ刘瑞祯，于仕琪．ＯｐｅｎＣＶ教程：基础篇【Ｍ】．北京：北京航空航天大　

学出版社，２００７．　

根据公式Ｅ＝　１∑　—　）。＋（ｙ　一Ｙｉ）　］Ｊ／２可知跚，　

¨　

＝

ｉ　

【５］于仕琪，刘瑞祯．学习ＯｐｅｎＣＶ［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００９．　

，

‰）为用图像处理得到的标定点像素坐标经过一系　

［６】张云辉，谭庆昌，田原螈．图像测量系统精度影响因素的研究Ｕ】．　

微计算机信息，２００８，２４（８）：２７１—２７３．　

列变换得到的图像物理坐标的理想坐标，（　Ｙ　）为世界　

坐标的点经过投影得到的理想状况下图像物理坐标系　

下的坐标。　

【７】王占全，徐慧．Ｖｉｓｕａｌ　ｃ＋＋数字图像处理技术与工程案例【Ｍ】．北京：　

人民邮电出版社，２００９．　

［８］李明金，熊显名，张绍兵．一种基于ＯｐｅｎＣＶ的摄像机标定新方法　

【Ｊ】．激光与光电子学进展，２００９。１２：９９—１０２．　

◇　

选取合适的零件图像，实现图像矫正、图像预处理、　

亚像素级角点检测、角点间距测量。如图４所示，选取角　

责任编辑：孙卓　

点的实际距离为１．４　ｃｍ的零件。　

（上接第１２１页）　

２６３５４９～１．ｈｔｍ１．　

收稿日期：２０１１．－０５－３０　

北京：北京航空航天大学出版社，２００８．　

◇　

【３】祝军生．基于ＡＲＭ的自动指纹识别系统的设计［Ｊ】．电子设计应用，　

２ｏｏ８（１ｏ）：８１—８４．　

作者简介：　

张金刚（１９８４一）。硕士生，主研指纹特征识别及其应用：　

林喜荣【１９４５一），教授，从事生物特征识别方向的研究：　

戴晓清（１９８４一）。博士生。主研掌纹特征识别及其应用：　

李建荣｛１９８２一），工程师．从事机电产品设计。　

责任编辑：任健男　收稿日期：２０１１－－０４－１８　

【４】王新升，林喜荣，戴晓清，等．新型指纹识别芯片的原理及应用ｆＪ］．电　

视技术，２００９，３３（ｓ２）：２１７—２１９．　

【５】费文坤，陶维青．基于ＭＳＰ４３０Ｆ１４９单片机的人机界面设计【ＪＪ．微计　

算机信息，２００９，２５（１—２）：１１６—１１８．　

【６】沈建华，杨艳琴．ＭＳＰ４３０系列超低功耗单片机原理与系统设计【Ｍ】．　

１２８　攀爨　２０１１年第３５卷第１７期（总第３６７期）