基于MTK和DSP的双目视角非接触3D指纹识别系统

MTK）平台，是一款通用的嵌入式手机开发平台；系统方案内部采用开放式的软硬件接口，具有强大的技术支持，用户可以快速地定制无线通信的应用。在本系统中，MTK平台作为控制核心，其功能从硬件底层来看是实现数据流的输入/输出；从3D指纹识别系统上层来看是实现双目视角的照相机驱动、结构光的产生和控制、图像数据的采集、与服务器无线传输通信等。MTK芯片的选择主要考虑了以下三个因素：

　　（1）控制投影仪产生结构光投影，需要支持高清晰度多（HDMI）；

　　（2）控制双摄像头采集，需要高性能高速度的MTK芯片；

　　（3）为保证数据与服务器的实时无线传输，需快速的移动网络。

　　在MTK 公司的众多基带芯片中，MTK6577 是一款高性能的双核处理器。其主频只高达1.2 GHz，不仅芯片内核强大：采用Cortex A9构架，二级缓存高达1 MB，集成3G移动宽带连接，支持单模HSPA+网络，上传下载速度不低于5.6 Mb/s，集成了图像信号处理器、JPEG硬件编码和解码器，最高可以以15 f/s的速度进行800 万像素图像采集等；而且外围接口丰富，具有一个高清晰度多媒体接口（HDMI）和双摄像头接口。

　　2.2 DSP功能

　　数字信号处理器（DSP）在本系统中作为控制核心的附属机构，主要实现与MTK 芯片之间指纹数据的输入和输出、指纹算法运行处理这两大功能。前一个功能主要是依赖于硬件外部接口间实现，而后一个功能偏向于DSP芯片内部资源。因此，在选型方面主要考虑以下因素：

　　（1）与MTK 芯片之间实现数据通信，需要专用的外部存储器接口（External Memory Interface，EMIF）；

　　（2） 为了保证实时性，专用的快速傅立叶（FastFourier Transform，FFT）运算硬件器更有利于指纹图像算法的执行。

　　TI 公司的TMS320C5515是一款高性价比的DSP芯片，专为生物模式识别应用而开发的。芯片采用定点数的TMS320C55xDSP 处理器核，内部有一个紧耦合式的FFT硬件加速器，主频可高达120 MHz，320 KB片上RAM，外加一个EMIF 接口，利于指纹识别系统的设计与开发。

　　3 系统硬件设计

　　3.1 双目视角的硬件接口

　　MTK6577 采用标准的移动应用处理器接口（Mobile Industry Processor Interface，MIPI）协议，方便了用户开发影像方面的应用。本文所设计的系统运用了MTK6577芯片自带的高速照相机串行接口（Camera serial interface，CSI）与相机模块OV8820 进行数据通信，并采用了串行相机控制总线（Serial Camera ControlBus，SCCB）控制相机进行采集事务，如图3所示。

　　图3 双目视角的硬件接口

　　3.2 双控制核心协同接口设计

　　双目视角的3D 指纹识别系统采用了双核心的模式。考虑到指纹识别系统需要完成图像采集、处理、存储并与服务器进行传输等事务，本系统中采用了两片由Micron公司生产的SDRAM存储器MT48LC16M16A2，通过Altera公司的CPLD 芯片，形成大容量双动态的数据存取方式，协同双控制核心的工作事务，如图4所示。MT48LC16M16A2 存储器片是一款具有256 MB 的大容量，位宽为16 b，4 个大小为4 MB 大小的存储Bank，不但片内Bank间可以实现乒乓式数据存取，而且片间的乒乓式数据存取，极大方便指纹采集与处理、暂存与传输等事务交替运行。

　　图4 双控制核心协同接口

　　4 系统软件设计

　　整个基于双目视角的3D指纹采集系统软件的设计主要包括客户端模块、服务器端模块和C/S结构下的协同开发三部分，系统软件框架如图5所示。

　　图5 系统软件框架

　　4.1 客户端模块设计

　　客户端模块基于Android平台进行开发的。在Android平台的应用层、应用框架层、组件库层和虚拟机等应用框架的基础上，开发了3D 指纹采集系统的指纹算法、图像采集等应用层的程序；在Android平台的Linux内核层经过可裁剪处理，改进双摄像头、增加结构光协同事务等硬件驱动。

　　客户端模块工作时，会请求与服务器连接，然后开启多任务多线程，监测采集事务，进行存储，指纹数据处理后，启动通信线程，发送至服务器，等待服务器匹配响应命令。

　　4.2 服务器端模块设计

　　服务器端模块设计基于Java语言进行开发的，功能的实现采用报文侦听方式。如图5所示，当服务器启动时，首先加入到一个组播地址中，然后初始化 Socket，并对规定的端口进行侦听。在客户端与服务器端连接请求并双方握手成功后，即进入等待请求解析命令等状态，可以接收客户端面的指纹数据，响应客户端的指纹匹配任务，根据匹配结果反馈给客户端。

　　5 结语

本文基于双目视角的 3D 成像原理，采用MTK 和DSP相结合的方法构建了一套指纹识别系统。该方案采用的3D指纹识