指紋紋理除了具有穩(wěn)定的方向性特征外，還具有穩(wěn)定的頻率性特點(diǎn)。在指紋圖像的一個(gè)局部區(qū)域內(nèi)，脊線(xiàn)和谷線(xiàn)的紋理走向平行，同時(shí)沿脊谷方向的灰度分布近似于正弦包絡(luò)。

　　脊線(xiàn)頻率被定義為兩條脊線(xiàn)之間間距的倒數(shù)。通過(guò)定位該包絡(luò)中極大、極小值點(diǎn)，就能得到相應(yīng)的脊線(xiàn)間距和谷線(xiàn)間距，進(jìn)而計(jì)算出脊線(xiàn)頻率。

　　3.3 GABOR濾波器

　　GABOR變換由于具有最佳時(shí)域和頻域連接分辨率的特點(diǎn)，能夠同時(shí)對(duì)圖像局部結(jié)構(gòu)的方向和空域頻率進(jìn)行解析，可以很好地兼顧指紋圖像的脊線(xiàn)方向和脊線(xiàn)頻率信息。

　　本系統(tǒng)中采用GABOR濾波器函數(shù)的實(shí)部作為模板，以與子塊紋線(xiàn)方向垂直的方向作為濾波器方向，以脊線(xiàn)頻率作為濾波器頻率來(lái)構(gòu)建濾波器。濾波過(guò)程如下式所示：

　　其中， 為原始圖像灰度， 是GABOR濾波后的圖像灰度，W為濾波器模板大小，S為模板系數(shù)和，為子塊的域方向值。需要注意的是GABOR濾波器中的 與指紋文理方向垂直。對(duì) 和的取值需要進(jìn)行折衷，取值越大，則濾波器的抗噪性能越好，但也容易聲成假的脊線(xiàn)。這里取 和 。

　　3.4 指紋匹配

　　本系統(tǒng)中指紋匹配采用基于特征點(diǎn)集合匹配的校準(zhǔn)算法，該算法多為簡(jiǎn)單的比較邏輯和加減運(yùn)算，不需要用到DSP處理單元。

　　4 系統(tǒng)處理流程

　　整個(gè)系統(tǒng)的處理的過(guò)程分為四個(gè)步驟：

　　?⑴ 從圖像傳感器輸出的指紋圖像首先送到FPGA緩沖，同時(shí)運(yùn)用設(shè)計(jì)好的預(yù)處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到各像素點(diǎn)的梯度值以及子塊中極大值點(diǎn)的坐標(biāo)，所有這些數(shù)據(jù)連同原始數(shù)據(jù)以突發(fā)模式存入DDR SDRAM中;

　　⑵ DSP通過(guò)FPGA從DDR SDRAM中讀取所有相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出脊線(xiàn)方向和脊線(xiàn)頻率，然后利用GABOR對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，處理后的圖像數(shù)據(jù)再通過(guò)FPGA存入DDR SDRAM中，因此在DDR SDRAM的輸入輸出端都需要進(jìn)行緩沖;

　?、?根據(jù)DSP處理的指令要求，從DDR SDRAM中讀出濾波后的數(shù)據(jù)，由FPGA內(nèi)部的比較邏輯提取出指紋圖像中每行(每列)中的極大值點(diǎn)，送到DSP進(jìn)行進(jìn)一步處理，完成指紋圖像脊線(xiàn)提取;

　?、?由DSP完成匹配識(shí)別算法，并輸出處理結(jié)果。

　　5 結(jié)論

　　以上設(shè)計(jì)方案綜合考慮了各方面因素，兼顧了DSP處理器和FPGA協(xié)處理器的性能狀況和資源需求來(lái)分配任務(wù)，而且在數(shù)據(jù)采集的同時(shí)完成了指紋方向和頻率提取的部分運(yùn)算，減少了內(nèi)存操作的次數(shù)，采用的根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)優(yōu)化的基于GABOR的增強(qiáng)算法，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，滿(mǎn)足應(yīng)用要求。