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
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及應用電子【技術領域】和生物身份識別【技術領域】，特別是一種基于嵌入式系統(tǒng)的指紋采集儀。
【背景技術】
[0002]普通的圖像可以直接用照相機等設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，人們探索和設計了很多指紋采集方案和專門的指紋采集結構。
[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用界面，并且很少能夠顯示出指紋圖像供用戶進行質量鑒別；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整和設置。
[0004]在嵌入式技術迅速發(fā)展的今天，指紋識別領域對于嵌入式技術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，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，利于指紋算法應用的拓展。

【發(fā)明內容】

[0005]要解決的技術問題:針對現(xiàn)有技術的不足，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)議繁瑣的技術問題。
[0006]技術方案:為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案:
[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有圖像設置模塊。所述圖像設置模塊包括設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數據通信，支持IXD、SD卡等外設即可。
[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)相應功能的應用模塊寫入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有觸屏輸入模塊。在所述指紋名稱欄中填入8位數字序列給指紋命名，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]另外根據所述指紋圖像采集器的特征設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用戶需求靈活地調整指紋圖像輸出圖像尺寸和輸出圖像格式；在結合LCD液晶顯示屏、SD卡外部存儲器的基礎上，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)明的技術方案，可以靈活的調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卡導出指紋圖像數據。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構；
[0021]圖2為本發(fā)明的主要模塊之間結構示意圖；
[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視頻設備驅動程序，包括主控制器、內部存儲器、USB接口控制芯片USB3343以及外設接口等相關電路。
[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數據通信，支持LCD、SD卡等外設即可。
[0028]所述內部存儲器包括128M的NAND FLASH存儲器和128MB的DDR2內存顆粒。該DDR2內存顆粒用于完成操作系統(tǒng)的運行和內存映射等相關工作。該NAND FLASH存儲器內存儲有Linux操作系統(tǒng)與以下幾種基于Qt設計的應用模塊:
[0029](I)圖像設置模塊:設置指紋圖像采集器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:驅動指紋圖像采集器I采集指紋圖像并臨時保存在DDR2內存顆粒中；
[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設計，設置有“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)。這些按鈕與相應的應用模塊對應，操作GUI圖形用戶界面3觸發(fā)相應的應用模塊，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設有觸屏輸入模塊10。在所述“指紋名稱”欄中填入8位數字序列給指紋命名，點擊“指紋保存”按鈕驅動指紋保存模塊工作，將相應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，故用戶還可根據自身需求進一步拓展和定制應用模塊的功能，即可以在原有應用模塊的基礎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，后者為數據信號，USB攝像頭轉換芯片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根數據信號DATAl: 9以及兩根幀同步觸發(fā)信號HSYNC和VSYNC向USB攝像頭轉換芯片7發(fā)送圖像數據。[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攝像頭轉換芯片7，以此設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采樣得到數據又經USB協(xié)議分裝后傳送至主控制器。在光學棱鏡組以及調焦透鏡、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)和應用模塊，接著USB視頻設備驅動程序對外部存儲器4、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，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，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視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
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.根據權利要求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)上設有圖像設置模塊。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求2所述的一種嵌入式指紋采集儀，其特征在于:所述圖像設置模塊包括設置指紋圖像采集器(I)輸出圖像格式和輸出圖像尺寸。
7.根據權利要求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.根據權利要求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