一种嵌入式指纹采集仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种嵌入式指纹采集仪，包括指纹图像采集器、嵌入式主控模块、外部存储器、LCD液晶显示屏和指纹供电模块。指纹图像采集器采集到指纹通过USB接口连接至嵌入式主控模块，在GUI图像用户界面上设置图像尺寸选择按钮、图像格式选择按钮、指纹采样按钮、指纹显示按钮、指纹保存按钮和指纹图像显示区。本发明不依赖PC上位机即可工作；USB接口通信协议简单，普适性好；可视化图像操作直观；后续开发便捷。
【专利说明】一种嵌入式指纹采集仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及应用电子【技术领域】和生物身份识别【技术领域】，特别是一种基于嵌入式系统的指纹采集仪。
【背景技术】
[0002]普通的图像可以直接用照相机等设备进行拍照取样并随时存储，而指纹图像不同于普通照片，它并不能够很轻易得被采集和存储，使得如何有效获取指纹信息成为了一项重要课题。为解决这一问题，人们探索和设计了很多指纹采集方案和专门的指纹采集结构。
[0003]目前市场上有很多传统的指纹采集模块，主要利用光学方式和电学等方式对指纹进行采集。这些采集模块普遍问题在于:1、需要依赖PC上位机的控制，不能独立的进行工作，不利于携带和进行现场指纹采集；2、部分指纹采集器输出接口复杂、不易于通信连接和控制、没有标准的通信接口协议，对于需要获得原始指纹图像信息的用户来说比较困难；3、缺少独立的可视化应用界面，并且很少能够显示出指纹图像供用户进行质量鉴别；4、指纹图像的采样格式和尺寸往往固定，不能够按照用户要求进行调整和设置。
[0004]在嵌入式技术迅速发展的今天，指纹识别领域对于嵌入式技术的需求也在日益增长，特别在指纹采集方面，人们期待利用嵌入式技术，灵活方便的获得指纹图像信息，并支持指纹图像的采集和后期处理，利于指纹算法应用的拓展。
【发明内容】
[0005]要解决的技术问题:针对现有技术的不足，本发明提供一种嵌入式指纹采集仪，解决现有技术中指纹采集必须依赖上位机工作、输出口通信接口复杂和控制协议繁琐的技术问题。
[0006]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种嵌入式指纹采集仪，包括指纹图像采集器、嵌入式主控模块和外部存储器；所述嵌入式主控模块分别与指纹图像采集器和外部存储器相连；
[0008]所述指纹图像采集器包括CMOS图像传感器、USB摄像头转换芯片和USB连接器，所述嵌入式主控模块上连接有USB接口控制芯片，所述USB连接器与USB接口控制芯片相适配，所述CMOS图像传感器采集指纹并通过USB摄像头转换芯片和USB连接器与USB接口控制芯片相连进行相互通信。
[0009]进一步的，在本发明中，所述嵌入式主控模块上设有图像设置模块。所述图像设置模块包括设置指纹图像采集器输出图像格式和输出图像尺寸。
[0010]进一步的，在本发明中，所述外部存储器为SD卡。存储在SD卡中的图像可以被PC读取，便于做进一步处理。
[0011]进一步的，在本发明中，所述嵌入式主控模块的主控制器为32位嵌入式微处理器，主频在80Mhz以上。该微处理器能够支持USB数据通信，支持IXD、SD卡等外设即可。
[0012]进一步的，在本发明中，所述嵌入式主控模块还连接至IXD液晶显示屏，所述液晶显示屏上显示⑶I图形用户界面，所述⑶I图形用户界面上设置有图像尺寸选择按钮、图像格式选择按钮、指纹采样按钮、指纹显示按钮、指纹保存按钮和指纹图像显示区。
[0013]进一步的，在本发明中，所述嵌入式主控模块还包括NAND FLASH存储器，所述NANDFLASH存储器为可编程ROM。NAND FLASH存储器用于存储和临时保存采集到的指纹图像，当用户需要后续开发，只需将能实现相应功能的应用模块写入NANDFLASH存储器中即可。
[0014]进一步的，在本发明中，所述⑶I图形用户界面还包括指纹名称栏，所述嵌入式主控模块上设有触屏输入模块。在所述指纹名称栏中填入8位数字序列给指纹命名，点击“指纹保存”按钮将指纹图像和指纹名称一起保存。
[0015]有益效果:
[0016]本发明提供了 一种USB接口的指纹图像采集器，指纹图像采集器可以通过USB接口方便地与嵌入式主控模块进行硬件连接，避免了繁琐的通信接口和控制协议，解决了市场上很多Camera接口指纹传感器存在的与上位机通信困难的问题；所述USB接口的指纹图像采集器支持热插拔功能，不仅可以连接到一般的嵌入式平台上，还能连接到PC上，具有很好的普适性。
[0017]另外根据所述指纹图像采集器的特征设计了专门用于控制指纹采样、显示和存储的嵌入式主控模块，在不依赖PC上位机的情况下根据用户需求灵活地调整指纹图像输出图像尺寸和输出图像格式；在结合LCD液晶显示屏、SD卡外部存储器的基础上，组建成能够进行可视化GUI图形用户界面操作的嵌入式指纹采集仪。
[0018]同时NAND FLASH存储器提供了应用模块扩展接口，可用于后续开发。
[0019]利用本发明的技术方案，可以灵活的调整输出指纹图像的格式，方便的采集、显示和存储图像，并快捷的利用SD卡导出指纹图像数据。这一系列功能使得对于指纹图像信息的后续研究更加方便，有助于提高指纹产品的用户体验度和系统灵活度，为指纹采录人员、指纹算法研究人员和指纹产品开发商带来了明显效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明中指纹图像采集器的电路连接结构；
[0021]图2为本发明的主要模块之间结构示意图；
[0022]图3本发明的工作流程图；
[0023]图4为⑶I图形用户界面示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0025]一种嵌入式指纹采集仪，包括指纹图像采集器1、嵌入式主控模块2、外部存储器4、IXD液晶显示屏5和指纹供电模块9。
[0026]所述嵌入式主控模块2分别与指纹图像采集器1、外部存储器4以及IXD液晶显示屏5连接，并由指纹供电模块9进行供电，所述外部存储器4为SD卡；所述嵌入式主控模块2基于Linux操作系统和USB视频设备驱动程序，包括主控制器、内部存储器、USB接口控制芯片USB3343以及外设接口等相关电路。
[0027]所述嵌入式主控模块2的主控制器是嵌入式指纹采集仪的核心部件，有了它的支持才能完成指纹图像的采集、显示、存储，以及后续一切可能的对指纹图像的处理工作。这里的主控制器优选为32位嵌入式微处理器，当然也可以是一种普通的微处理器，只需主频在80Mhz以上，能够支持USB数据通信，支持LCD、SD卡等外设即可。
[0028]所述内部存储器包括128M的NAND FLASH存储器和128MB的DDR2内存颗粒。该DDR2内存颗粒用于完成操作系统的运行和内存映射等相关工作。该NAND FLASH存储器内存储有Linux操作系统与以下几种基于Qt设计的应用模块:
[0029](I)图像设置模块:设置指纹图像采集器I输出图像格式和输出图像尺寸；所述输出图像格式可选择JPEG、YUV或者RGB格式中任意一种；所述输出图像尺寸可选为640*480像素或者320*240像素；
[0030](2)指纹采样模块:驱动指纹图像采集器I采集指纹图像并临时保存在DDR2内存颗粒中；
[0031](3)指纹显示模块:将临时保存的图像显示到IXD液晶显示屏5上；
[0032](4)指纹保存模块:将临时保存的指纹图像保存到外部存储器4中；
[0033]所述⑶I图形用户界面3基于Qt设计，设置有“图像尺寸选择”按钮、“图像格式选择”按钮、“指纹采样”按钮、“指纹显示”按钮、“指纹保存”按钮和指纹图像显示区。这些按钮与相应的应用模块对应，操作GUI图形用户界面3触发相应的应用模块，实现用户的GUI操作功能。
[0034]⑶I图形用户界面3还包括“指纹名称”栏，所述嵌入式主控模块2设有触屏输入模块10。在所述“指纹名称”栏中填入8位数字序列给指纹命名，点击“指纹保存”按钮驱动指纹保存模块工作，将相应的指纹图像和指纹名称保存。
[0035]所述NAND FLASH存储器为可编程R0M，故用户还可根据自身需求进一步拓展和定制应用模块的功能，即可以在原有应用模块的基础上添加用于指纹图像后续处理的功能模块，比如指纹图像预处理模块、指纹特征提取模块、指纹识别模块等。修改后的应用模块只需重新烧写到NAND FLASH存储器中即可。
[0036]所述指纹图像采集器I包含指纹采集窗口，该指纹采集窗口由光学棱镜组、调焦透镜、背光灯、外壳组装而成，形成具有18mm*22mm大小的指纹采集窗口。在指纹采集窗口下方设置包括500dpi分辨率、支持多种采样格式的CMOS图像传感器6、USB摄像头转换芯片7和USB连接器8的电路，所述CMOS图像传感器6的型号为HV7131R，所述USB摄像头转换芯片7的型号为VC0345。所述CMOS图像传感器6上的接口 DATAl: 9、HSYNC, VSYVC,SCK、SDA、MCLKJP EDB分别依次连接至USB摄像头转换芯片7上的CS_0: 8、HSYNC, VSYNC,SCL、SDA、CS_CLK和CS_EN接口，USB摄像头转换芯片7上的接口 DM和DP分别与USB连接器8上的DM和DP接口连接。
[0037]所述USB摄像头转换芯片7通过其上的SCL、SDA、CS_CLK、CS_EN四个控制信号来控制CMOS图像传感器6。其中，SCL和SDA为I2C协议信号，前者为时钟信号，后者为数据信号，USB摄像头转换芯片7利用这两路信号读写CMOS图像传感器6的寄存器，起到对CMOS图像传感器6的配置功能。CS_CLK为USB摄像头转换芯片7供给CMOS图像传感器6的像素时钟信号，CS_EN为控制CMOS图像传感器6的使能信号。CMOS图像传感器6则通过9根数据信号DATAl: 9以及两根帧同步触发信号HSYNC和VSYNC向USB摄像头转换芯片7发送图像数据。[0038]另一方面，所述指纹图像采集器I通过USB连接器8和USB接口控制芯片3343配合后与嵌入式主控模块2的主控制器进行连接通信，所述VC0345USB摄像头转换芯片7受主控制器控制。主控制器利用USB协议发送控制信号给VC0345USB摄像头转换芯片7，以此设置合适的输出图像格式和输出图像尺寸，最终CMOS图像传感器6采样得到数据又经USB协议分装后传送至主控制器。在光学棱镜组以及调焦透镜、背光灯等的配合下，即可采样得到清晰的指纹图像。
[0039]工作时,所述嵌入式主控模块2由5V大小的供电模块9供电,嵌入式主控模块2通电后自动启动固化在NAND FLASH存储器中的Linux操作系统和应用模块，接着USB视频设备驱动程序对外部存储器4、LCD液晶显示屏5和指纹图像采集器I进行初始化，随后在LCD液晶显示屏5上导出GUI图形用户界面3供用户操作使用。当用户需要进行指纹图像采集工作时，在⑶I图形用户界面3上分别点击“图像尺寸选择”按钮和“图像格式选择按”钮对输出图像格式和输出图像尺寸进行选择，然后将待采集的指纹放置于指纹采集窗口，点击“指纹采样”按钮进行指纹图像的采集，然后点击“指纹图像显示”按钮，就可以在指纹图像显示区看见所采集的指纹；此时，若采集的指纹符合要求，则可在“指纹名称”栏中输入8位数字序列给指纹命名，然后点击“指纹保存”按钮将采集到的指纹图像和其名称一并保存至外部存储器4中，用外部存储器4即SD卡可进一步将保存的指纹导出到PC中；若采集的指纹不符合要求，则可点击“退出”按钮，重新进行指纹图像采集。在操作过程中，⑶I图形用户界面3上通过设至“信息提示区”，可判断用户当前的操作正确与否进而提供相应的操作指导。
[0040]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种嵌入式指纹采集仪，其特征在于:包括指纹图像采集器(I)、嵌入式主控模块(2)和外部存储器(4);所述嵌入式主控模块(2)分别与指纹图像采集器(I)和外部存储器(4)相连； 所述指纹图像采集器(I)包括CMOS图像传感器(6)、USB摄像头转换芯片(7)和USB连接器(8 )，所述嵌入式主控模块(2 )上连接有USB接口控制芯片，所述USB连接器(8 )与USB接口控制芯片相适配，所述CMOS图像传感器(6)采集指纹并通过USB摄像头转换芯片(7)和USB连接器(8)与USB接口控制芯片相连进行相互通信。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式指纹采集仪，其特征在于:所述嵌入式主控模块(2)上设有图像设置模块。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式指纹采集仪，其特征在于:所述外部存储器(4)为SD卡。
4.根据权利要求1所述的一种嵌入式指纹采集仪，其特征在于:所述嵌入式主控模块(2)的主控制器为32位嵌入式微处理器，主频在SOMhz以上。
5.根据权利要求2所述的一种嵌入式指纹采集仪，其特征在于:所述嵌入式主控模块(2)还连接至IXD液晶显示屏(5),所述液晶显示屏上显示⑶I图形用户界面(3),所述⑶I图形用户界面(3)上设置有图像尺寸选择按钮、图像格式选择按钮、指纹采样按钮、指纹显示按钮、指纹保存按钮和指纹图像显示区。
6.根据权利要求2所述的一种嵌入式指纹采集仪，其特征在于:所述图像设置模块包括设置指纹图像采集器(I)输出图像格式和输出图像尺寸。
7.根据权利要求2所述的一种嵌入式指纹采集仪，其特征在于:所述嵌入式主控模块(2)包括NAND FLASH存储器，所述NAND FLASH存储器为可编程ROM。
8.根据权利要求5所述的一种嵌入式指纹采集仪，其特征在于:所述GUI图形用户界面(3 )还包括指纹名称栏，所述嵌入式主控模块(2 )上设有触屏输入模块(10 )。
【文档编号】G06K9/00GK103500326SQ201310483509
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】齐志, 杨廉萍, 李志 , 凌明, 杨军, 时龙兴 申请人:东南大学