??? D0～D7為傳感器與處理器之間的8位數(shù)據(jù)傳輸，AES2510的引腳IOSEL0和IOSEL1同時(shí)接地，選擇8位并行接口方式，VDD外接電源，VSSL和GND接地。主處理器通過CS對(duì)傳感器進(jìn)行片選，當(dāng)CS為低電平時(shí)選中AES2510，傳感器可以通過INT端口向處理器申請(qǐng)中斷。當(dāng)主處理器向傳感器發(fā)送采集指紋的命令后，傳感器開始自動(dòng)檢測手指。當(dāng)傳感器檢測到手指后，便對(duì)DSP產(chǎn)生一個(gè)中斷，同時(shí)開始采集手指圖像并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻SP的數(shù)據(jù)空間由DSP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理；一旦手指移開，傳感器便重新返回到低功耗的檢測模式；如果在200μs之內(nèi)檢測不到手指，陣列電壓被關(guān)閉，內(nèi)部時(shí)鐘不能工作。
2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)
??? AES2510傳感器有63個(gè)寄存器，處理器通過讀寫相關(guān)寄存器對(duì)AES2510進(jìn)行控制。主要用到的寄存器有：控制寄存器80H，它的D3位為模式控制位，置1時(shí)為采集模式，D1位和D0位分別為掃描復(fù)位和主復(fù)位；控制寄存器81H，通過對(duì)D0位的設(shè)置可以將采集掃描設(shè)置為單幀掃描或連續(xù)掃描，設(shè)置D1位為1可以讀寄存器的當(dāng)前狀態(tài)；檢測控制寄存器87H，用來設(shè)置在檢測手指模式時(shí)的檢測頻率，最大檢測頻率可達(dá)2MHz；通過設(shè)置88H寄存器的D3～D0可以設(shè)置采集模式的列掃描速度，最大掃描速度可達(dá)32μs，在設(shè)置掃描速度時(shí)需要考慮主處理器的處理速度；9AH為狀態(tài)寄存器，通過設(shè)置低四位來控制傳感器的掃描狀態(tài)，設(shè)置為0000H為等待手指狀態(tài)，0010H為上電延遲狀態(tài)，1010H為等待掃描開始，1011為等待掃描結(jié)束，1111為無操作等待128s；增益控制寄存器8EH，控制A/D" title="A/D">A/D Reference High的91H和A/D Reference Low的92H，以及控制采集起始列和結(jié)束列的95H和96H等，在采集時(shí)首先要初始化這些寄存器。
??? AES2510傳感器在采集圖像時(shí)采用列掃描方式，每列有16個(gè)像素。當(dāng)圖像的分辨率為500dpi時(shí)，每個(gè)像素的大小為半個(gè)字節(jié)。當(dāng)傳感器與主處理器采用8位并口連接方式時(shí)，每次向處理器傳送兩個(gè)像素的數(shù)據(jù)，低四位為第一個(gè)像素的灰度值，高四位為第二個(gè)像素的灰度值，這樣一幀圖像占據(jù)的數(shù)據(jù)空間為1 537B。所以在開始采集之前主處理器需要根據(jù)圖像的大小為圖像分配數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。一般來說指紋圖像采用256級(jí)灰度顯示，所以在指紋圖像輸出時(shí)需要將圖像的灰度等級(jí)擴(kuò)展為256級(jí)。
??? 傳感器接收到采集指紋的命令后，首先對(duì)傳感器進(jìn)行初始化，設(shè)置各寄存器的參數(shù)。包括：手指檢測頻率，掃描速率，采集開始列和結(jié)束列，A/D轉(zhuǎn)換增益，參考電壓，檢測手指狀態(tài)等。當(dāng)寄存器設(shè)置好后，傳感器進(jìn)入采集模式，開始自動(dòng)檢測是否有手指放在上面，檢測到手指以后便開始采集。由于各個(gè)用戶手指的干濕程度和破損情況不同，如果傳感器的寄存器都采用相同的參數(shù)設(shè)置，采集到的指紋圖像的質(zhì)量必定有很大的差別，而指紋圖像質(zhì)量的好壞對(duì)指紋圖像的后續(xù)處理和系統(tǒng)的性能有很大的影響，所以在開始連續(xù)采集指紋圖像之前，需要對(duì)手指的狀況進(jìn)行測評(píng)，然后根據(jù)手指的情況重新設(shè)置寄存器的相關(guān)參數(shù)，以提高后續(xù)指紋圖像的質(zhì)量，增強(qiáng)采集系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。首先，采集一幀指紋圖像來做檢測手指的情況。一般而言，剛放上的指紋不穩(wěn)定，所以采集第二幀圖像，根據(jù)圖像的灰度直方圖重新計(jì)算參數(shù)，并修改寄存器的設(shè)置。因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換增益直接影響圖像的灰度分布，所以重點(diǎn)是對(duì)增益的計(jì)算和修改，這些參數(shù)設(shè)置完成之后，傳感器進(jìn)入連續(xù)采集模式。當(dāng)傳感器采集完一幀圖像時(shí)，便向DSP發(fā)出準(zhǔn)備信號(hào)，說明數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好并等待DSP讀取，此時(shí)，DSP便可以將數(shù)據(jù)讀取到處理器內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。傳感器在采集圖像的同時(shí)檢測手指是否離開，如果在200μs之內(nèi)檢測不到手指，則判斷手指已經(jīng)離開，系統(tǒng)停止采集圖像，采集過程結(jié)束。采集到的指紋圖像如圖2所示。指紋采集流程圖如圖3所示。

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3 指紋圖像的重組
??? 傳感器直接采集到的指紋圖像(如圖2所示)是彼此交迭的條狀指紋圖像，這些指紋圖像需要通過圖像重組得到完整的沒有交迭的指紋圖像^[6]。首先對(duì)采集到的圖像進(jìn)行分析：在相鄰的兩幀圖像之間，如果沒有重疊的圖像，就意味著手指滑動(dòng)的速度過快，兩幀圖像之間有數(shù)據(jù)丟失不能進(jìn)行拼接。所以在圖像的采集過程中，對(duì)手指的滑動(dòng)速度有一定要求，必要時(shí)需要對(duì)指紋采集人員進(jìn)行培訓(xùn)以保證采集到的圖像的可用性。在保證了指紋圖像可用的情況下，分析相鄰兩幀圖像的重疊圖像。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，指紋圖像是從上往下滑動(dòng)的，也就是說前一幀圖像中第一列的像素在下一幀圖像中的位置就滑動(dòng)到第N列了。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，利用相鄰幀之間的重疊性對(duì)圖像進(jìn)行拼接。
??? 由于第一幀圖像是指紋的真實(shí)圖像，所以保留第一幀指紋圖像，將其視為已拼接好的圖像，這里將其設(shè)為圖像A，將下一幀要拼接過來的圖像設(shè)為圖像B。從圖像A中取出前四行中間128列的4×128個(gè)像素作為匹配模板，與圖像B中的每一個(gè)4×128的窗口進(jìn)行比較，找出與之匹配的窗口，確定模板在圖像B中的位置。設(shè)模板中第i行第j列像素的灰度值為P(i，j)，設(shè)圖像B中第m行第n列像素的灰度值為G(m，n)，求出模板與窗口中對(duì)應(yīng)像素的灰度差的總和，差值最小的即為匹配的窗口。設(shè)窗口左上角的像素坐標(biāo)為(m，n)，則窗口與模板對(duì)應(yīng)像素的灰度值之差為：

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??? 找到最小的S_min，確定匹配窗口左上角的坐標(biāo)(a，b)，然后將圖像B按位置對(duì)齊拼接到圖像A中。由于拼接圖像可能會(huì)左右移動(dòng)留有部分空白，為方便圖像的預(yù)處理，將空白部分補(bǔ)零，然后依次將剩余幀拼接過來組成一幅完整的無重疊的指紋圖像。
??? 考慮到系統(tǒng)的處理速度，圖像的數(shù)據(jù)不易過多，所以重組的圖像大小采用192×256。該重組算法方法簡單，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)，可以在一定的擦刮速度范圍內(nèi)有效地重組帶狀指紋圖像，得到精度較高的復(fù)原圖像，具有很高的實(shí)用價(jià)值^[7]。
??? 重組圖像如圖4所示。

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4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
??? 該系統(tǒng)采用RS232接口將采集到的指紋圖像傳輸?shù)絇C機(jī)，并在VC＋＋軟件中編程實(shí)現(xiàn)指紋圖像的重組算法，得到完整的指紋圖像^[8]。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)指紋圖像的效果影響最關(guān)鍵的參數(shù)就是A/D轉(zhuǎn)換增益的大小，本文做了幾組實(shí)驗(yàn)，以比較設(shè)置不同參數(shù)下的效果。
??? 如圖5所示，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換增益采用固定值時(shí)，手指的干濕程度不同，采集到的指紋圖像效果也不同。圖5(a)為手指較干的情況，指紋的紋理比較清晰，但是斷點(diǎn)比較多，不利于圖像的預(yù)處理；圖5(b)為較濕的情況，在圖像的上半部分指紋的紋理比較模糊，有的地方紋線連接在一起，圖像預(yù)處理時(shí)很難將連接部分處理得比較清晰。為了消除手指干濕程度不同所帶來的影響，在判斷手指的情況之后重新計(jì)算和設(shè)置增益的大小，這樣就消除了指紋圖像的差異。圖5(c)是手指較濕的情況，圖5(d)為手指較干的情況，但是采集的指紋圖像效果都比較好，圖像紋理清晰，斷點(diǎn)和模糊部分很少，灰度分布比較均勻，無背景噪聲，且有效面積大，在指紋圖像預(yù)處理中不用進(jìn)行背景提取，為圖像的后續(xù)處理提供方便。

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