本發(fā)明涉及指紋圖像處理硬件電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路。

背景技術(shù)：

隨著科技的飛速發(fā)展，身份識(shí)別技術(shù)在我們的生活和工作中扮演著舉足輕重的地位，而指紋識(shí)別因其獨(dú)特的優(yōu)勢從而被廣泛應(yīng)用于生物識(shí)別技術(shù)中。最開始的指紋識(shí)別系統(tǒng)都是采用軟件實(shí)現(xiàn)的方式去處理采集到的原始指紋圖像，這樣會(huì)消耗巨大的時(shí)間。隨著集成電路的發(fā)展，關(guān)于指紋識(shí)別技術(shù)硬件電路實(shí)現(xiàn)的研究也開始變得火熱，指紋識(shí)別技術(shù)硬件實(shí)現(xiàn)由利于滿足實(shí)時(shí)性的要求。

指紋識(shí)別中第一步就是對采集到的指紋圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理的作用就是將原始圖像進(jìn)行處理之后變成只有兩種像素值且棱角分明的黑白兩色圖像。預(yù)處理步驟作為提取指紋關(guān)鍵特征點(diǎn)的前一步，其處理效果的好壞直接關(guān)系到整個(gè)指紋認(rèn)證系統(tǒng)結(jié)果，所以合適的預(yù)處理算法至關(guān)重要。

一般常用的指紋預(yù)處理算法的流程為歸一化、圖像分割、圖像濾波增強(qiáng)、二值化和細(xì)化。但是歸一化步驟繁瑣不利用硬件實(shí)現(xiàn)，故而采用直方圖均衡化操作。待圖像進(jìn)行二值化操作之后，可能所得到的圖像中的脊線寬度偏大，故而影響細(xì)化操作的質(zhì)量。所以本發(fā)明在二值化之后提出了一種5*5的形態(tài)學(xué)腐蝕濾波方法。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的蓬勃發(fā)展，因?yàn)槠淠懿⑿袌?zhí)行，易于硬件實(shí)現(xiàn)。目前，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)已在計(jì)算機(jī)視覺、信號(hào)處理與圖像處理以及模式識(shí)別方面得到了極為廣泛的應(yīng)用。通過腐蝕處理之后的指紋圖像，不會(huì)影響原來的紋線走向，可以除掉無關(guān)緊要的粗細(xì)信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路。

一種用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路，其包括如下模塊：

有限狀態(tài)機(jī)fsm、第一寫數(shù)據(jù)模塊write_data1、第二寫數(shù)據(jù)模塊write_data2、第三寫數(shù)據(jù)模塊write_data3、第四寫數(shù)據(jù)模塊write_data4、操作模塊operator、內(nèi)存控制模塊memorycontrol、第一先進(jìn)先出隊(duì)列fifo1、第二先進(jìn)先出隊(duì)列fifo2、第三先進(jìn)先出隊(duì)列fifo3、第四先進(jìn)先出隊(duì)列fifo4、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器sram1；

所述fsm分別于write_data1、write_data2、write_data3、write_data4、operator電連接；memorycontrol同時(shí)與write_data1、write_data2、write_data3、write_data4、operator、fifo1、fifo2、fifo3、fifo4、sram1電連接；

所述fsm用于收到二值化模塊完成信號(hào)之后，開啟腐蝕模塊使能信號(hào)，開始進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波操作；

所述write_data1用于將sram1中第一行原始指紋圖像數(shù)據(jù)緩存進(jìn)fifo1中；

所述write_data2用于將sram1中第二行原始指紋圖像數(shù)據(jù)緩存進(jìn)fifo2中；

所述write_data3用于將sram1中第三行原始指紋圖像數(shù)據(jù)緩存進(jìn)fifo3中；

所述write_data4用于將sram1中第四行原始指紋圖像數(shù)據(jù)緩存進(jìn)fifo4中；

所述operator用于讀取sram1、fifo1、fifo2、fifo3、fifo4中緩存的原始指紋圖像數(shù)據(jù)，并與結(jié)構(gòu)算子相與進(jìn)行計(jì)算，完成原始指紋圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理操作。

在本發(fā)明所述的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路中，

所述sram1的位寬數(shù)據(jù)為64位；所述fifo1、fifo2、fifo3、fifo4的位寬數(shù)據(jù)均為8位，深度為256。

在本發(fā)明所述的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路中，

所述write_data1將sram1中第一行原始指紋圖像數(shù)據(jù)緩存進(jìn)fifo1中包括：

將sram1中的一個(gè)原始指紋圖像數(shù)據(jù)從高位到低位依次以8位位寬緩存進(jìn)入fifo1，讀取一行數(shù)據(jù)并寫入到fifo1之后，進(jìn)行地址加1操作，再次完成讀取sram1操作，重復(fù)進(jìn)行直到讀取完第一行原始指紋圖像數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明所述的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路中，

所述operator讀取的sram1、fifo1、fifo2、fifo3、fifo4中緩存的原始指紋圖像數(shù)據(jù)具體為：

所述operator將依次讀取的sram1、fifo1、fifo2、fifo3、fifo4中緩存的原始指紋圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在operator的5*5寄存器組中。

在本發(fā)明所述的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路中，

所述operator將5*5寄存器組中緩存的原始指紋圖像數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)算子相與進(jìn)行計(jì)算，完成原始指紋圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理操作包括：

所述operator將5*5寄存器組數(shù)據(jù)與5*5結(jié)構(gòu)算子相與進(jìn)行計(jì)算，若符合預(yù)設(shè)條件，則保留該中心點(diǎn)的進(jìn)行下一個(gè)窗口滑動(dòng)；若不符合條件，則將中心點(diǎn)數(shù)據(jù)改為0，即保留該地址值，待一整行指紋圖像數(shù)據(jù)完成操作之后，將要改變的點(diǎn)的值重新寫入sram1中。

在本發(fā)明所述的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路中，

待一整行指紋圖像數(shù)據(jù)完成操作之后，將要改變的點(diǎn)的值重新寫入sram1中之后還包括：

在完成一次5*5窗口計(jì)算之后，以菊花式鏈接的形式，將fifo1、fifo2、fifo3、fifo4以及讀取的sram1中的值中讀取1個(gè)8位位寬數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入5*5寄存器組，進(jìn)行下一次與算子相與操作；直到完成一行圖像數(shù)據(jù)操作之后，再又緩存一行數(shù)據(jù)進(jìn)入fifo4，此時(shí)將原來的fifo4的數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入fifo3，原來fifo3的數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入fifo2，原來fifo2的數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入fifo1，然后選取5*5數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以此重復(fù)執(zhí)行，直到完成整幅原始指紋圖像的操作。

實(shí)施本發(fā)明提供的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：提供sram1，作為內(nèi)部的sram1與外部的數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行連接，存儲(chǔ)采集來的原始指紋圖像數(shù)據(jù)；同時(shí)提供一個(gè)5*5的寄存器組用來對數(shù)據(jù)進(jìn)行算法要求的腐蝕運(yùn)算；提供一個(gè)control來控制自適應(yīng)濾波過程的開始、停止；本發(fā)明在控制模塊中采用有限狀態(tài)機(jī)的方式，減少了狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間，再加上硬件電路本身的特點(diǎn)，可以有效的減少圖像腐蝕操作的運(yùn)算時(shí)間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的形態(tài)學(xué)濾波的結(jié)構(gòu)算子；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路的總體模塊設(shè)計(jì)圖。

具體實(shí)施方式

如圖2，所示一種用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路，其包括如下模塊：

有限狀態(tài)機(jī)fsm、第一寫數(shù)據(jù)模塊write_data1、第二寫數(shù)據(jù)模塊write_data2、第三寫數(shù)據(jù)模塊write_data3、第四寫數(shù)據(jù)模塊write_data4、操作模塊operator、內(nèi)存控制模塊memorycontrol、第一先進(jìn)先出隊(duì)列fifo1、第二先進(jìn)先出隊(duì)列fifo2、第三先進(jìn)先出隊(duì)列fifo3、第四先進(jìn)先出隊(duì)列fifo4、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器sram1；

所述fsm分別于write_data1、write_data2、write_data3、write_data4、operator電連接；memorycontrol同時(shí)與write_data1、write_data2、write_data3、write_data4、operator、fifo1、fifo2、fifo3、fifo4、sram1電連接；

所述fsm用于收到二值化模塊完成信號(hào)之后，開啟腐蝕模塊使能信號(hào)，開始進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波操作；

所述write_data1用于將sram1中第一行原始指紋圖像數(shù)據(jù)緩存進(jìn)fifo1中；

所述write_data2用于將sram1中第二行原始指紋圖像數(shù)據(jù)緩存進(jìn)fifo2中；

所述write_data3用于將sram1中第三行原始指紋圖像數(shù)據(jù)緩存進(jìn)fifo3中；

所述write_data4用于將sram1中第四行原始指紋圖像數(shù)據(jù)緩存進(jìn)fifo4中；

所述operator用于讀取sram1、fifo1、fifo2、fifo3、fifo4中緩存的原始指紋圖像數(shù)據(jù)，并與結(jié)構(gòu)算子相與進(jìn)行計(jì)算，完成原始指紋圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理操作。

在本發(fā)明所述的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路中，

所述sram1的位寬數(shù)據(jù)為64位；所述fifo1、fifo2、fifo3、fifo4的位寬數(shù)據(jù)均為8位，深度為256。

在本發(fā)明所述的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路中，

所述write_data1將sram1中第一行原始指紋圖像數(shù)據(jù)緩存進(jìn)fifo1中包括：

將sram1中的一個(gè)原始指紋圖像數(shù)據(jù)從高位到低位依次以8位位寬緩存進(jìn)入fifo1，讀取一行數(shù)據(jù)并寫入到fifo1之后，進(jìn)行地址加1操作，再次完成讀取sram1操作，重復(fù)進(jìn)行直到讀取完第一行原始指紋圖像數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明所述的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路中，

所述operator讀取的sram1、fifo1、fifo2、fifo3、fifo4中緩存的原始指紋圖像數(shù)據(jù)具體為：

所述operator將依次讀取的sram1、fifo1、fifo2、fifo3、fifo4中緩存的原始指紋圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在operator的5*5寄存器組中。

在本發(fā)明所述的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路中，

所述operator將5*5寄存器組中緩存的原始指紋圖像數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)算子相與進(jìn)行計(jì)算，完成原始指紋圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理操作包括：

所述operator將5*5寄存器組數(shù)據(jù)與5*5結(jié)構(gòu)算子相與進(jìn)行計(jì)算，若符合預(yù)設(shè)條件，則保留該中心點(diǎn)的進(jìn)行下一個(gè)窗口滑動(dòng)；若不符合條件，則將中心點(diǎn)數(shù)據(jù)改為0，即保留該地址值，待一整行指紋圖像數(shù)據(jù)完成操作之后，將要改變的點(diǎn)的值重新寫入sram1中。

結(jié)構(gòu)算子的內(nèi)容如圖1所示。

在本發(fā)明所述的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路中，

待一整行指紋圖像數(shù)據(jù)完成操作之后，將要改變的點(diǎn)的值重新寫入sram1中之后還包括：

在完成一次5*5窗口計(jì)算之后，以菊花式鏈接的形式，將fifo1、fifo2、fifo3、fifo4以及讀取的sram1中的值中讀取1個(gè)8位位寬數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入5*5寄存器組，進(jìn)行下一次與算子相與操作；直到完成一行圖像數(shù)據(jù)操作之后，再又緩存一行數(shù)據(jù)進(jìn)入fifo4，此時(shí)將原來的fifo4的數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入fifo3，原來fifo3的數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入fifo2，原來fifo2的數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入fifo1，然后選取5*5數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以此重復(fù)執(zhí)行，直到完成整幅原始指紋圖像的操作。

實(shí)施本發(fā)明提供的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：提供sram1，作為內(nèi)部的sram1與外部的數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行連接，存儲(chǔ)采集來的原始指紋圖像數(shù)據(jù)；同時(shí)提供一個(gè)5*5的寄存器組用來對數(shù)據(jù)進(jìn)行算法要求的腐蝕運(yùn)算；提供一個(gè)control來控制自適應(yīng)濾波過程的開始、停止；本發(fā)明在控制模塊中采用有限狀態(tài)機(jī)的方式，減少了狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間，再加上硬件電路本身的特點(diǎn)，可以有效的減少圖像腐蝕操作的運(yùn)算時(shí)間。本發(fā)明的目的在于提供一種快速處理二值化之后的指紋圖像、為圖像細(xì)化步驟操作提供更高準(zhǔn)確性操作。

以下通過一具體實(shí)施例對本發(fā)明實(shí)施例原理進(jìn)行解釋：

針對于現(xiàn)有現(xiàn)有方法對指紋預(yù)處理中二值化步驟之后得到的指紋圖像一些缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種快速處理二值化之后的指紋圖像、為圖像細(xì)化步驟操作提供更高準(zhǔn)確性操作的用于形態(tài)學(xué)腐蝕濾波的硬件電路。

如圖1、2所示，當(dāng)預(yù)處理模塊中的頂層模塊狀態(tài)機(jī)中收到二值化模塊完成信號(hào)之后，開啟腐蝕模塊使能信號(hào)，開始進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波操作。

先將sram1中的第一行指紋原始圖像通過write_data1模塊緩存進(jìn)入fifo1中，因?yàn)閟ram中的位寬數(shù)據(jù)是64位，而fifo1的數(shù)據(jù)位寬為8位，所以sram1中的一個(gè)數(shù)據(jù)需要從高位到低位依次以8位位寬緩存進(jìn)入fifo1，讀取一行數(shù)據(jù)并寫入到fifo1之后，進(jìn)行地址加1操作，再次完成讀取sram操作，如此進(jìn)行，直到讀取完第一行原始指紋圖像數(shù)據(jù)。

如上操作相似，再將第二行第三行和第四行數(shù)據(jù)分別緩存進(jìn)入fifo2、fifo3和fifo4。與將write_data1模塊進(jìn)行復(fù)用相比，本發(fā)明直接采用功能與其類似的模板直接進(jìn)行存儲(chǔ)，盡管增加了面積開銷，但是可以在進(jìn)行第一行數(shù)據(jù)讀寫的時(shí)候同時(shí)并行執(zhí)行其他三行數(shù)據(jù)的寫入，這樣節(jié)約了不少時(shí)間。

讀取完四行數(shù)據(jù)之后，接著地址值再開始讀取sram的數(shù)據(jù)，依次數(shù)據(jù)一個(gè)數(shù)據(jù)，隨后分別將fifo1、fifo2、fifo3和fifo4讀取5個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)入operator模塊中的5*5寄存器組中，且將剛才讀取的sram中的高位依次以8位位寬數(shù)據(jù)緩存5個(gè)進(jìn)入剛才講述的寄存器組中，形成一個(gè)5*5的寄存器組數(shù)據(jù)。

將這5*5的寄存器組數(shù)據(jù)與圖1中的5*5結(jié)構(gòu)算子相與進(jìn)行計(jì)算，若符合條件，則保留該中心點(diǎn)的進(jìn)行下一個(gè)窗口滑動(dòng)，若不符合條件，則將該中心點(diǎn)數(shù)據(jù)改為0，即保留該地址值，待一整行指紋圖像數(shù)據(jù)完成操作之后，將要改變的點(diǎn)的值重新寫入sram1中。如前面所述，完成一次5*5窗口計(jì)算之后，以菊花式鏈接的形式，將fifo1、fifo2、fifo3、fifo4以及讀取的sram中的值中讀取1個(gè)8位位寬數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入5*5寄存器組，進(jìn)行下一次與算子相與操作；直到完成一行圖像數(shù)據(jù)操作之后，再又緩存一行數(shù)據(jù)進(jìn)入fifo4，此時(shí)將原來的fifo4的數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入fifo3，原來fifo3的數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入fifo2，原來fifo2的數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入fifo1，然后選取5*5數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以此類推，直到完成整幅圖像的操作。

待處理的指紋圖像采集進(jìn)入，然后直方圖均衡化、圖像增強(qiáng)、圖像二值化、形態(tài)學(xué)濾波和細(xì)化步驟。

本發(fā)明所采用的指紋是256*256像素的圖像，所以要包含一個(gè)相對位寬的sram用來存儲(chǔ)輸入進(jìn)來的數(shù)據(jù)，本發(fā)明采用8196×64的sram存儲(chǔ)模式。

本發(fā)明利用top_control控制各個(gè)步驟進(jìn)行。要利用狀態(tài)機(jī)的模式來控制，先完成直方圖均衡化步驟，隨后完成圖像增強(qiáng)步驟，依此類推完成最后的細(xì)化步驟。

利用5*5的正方形規(guī)格來進(jìn)行濾波功能，采用形態(tài)學(xué)濾波中的腐蝕算法，通過結(jié)構(gòu)元素滑動(dòng)平移與指紋圖像進(jìn)行與操作，將中間點(diǎn)的像素值保留或改變后，使前景圖像區(qū)域變小，前景圖像內(nèi)部的背景區(qū)域被放大。

可以理解的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做出其它各種相應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。