基于USB传输及CMOS图像传感器的指纹识别仪的实现
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:443
严家喜，李 昂，史延东
摘要： 介绍了基于cmos图像传感器ov762m和ez—usb an2131qc usb数据传输的指纹识别仪硬件实现，为匹配时序使用了cpld技术实现了高速缓冲区，并重点对usb批量快速传输和cpld缓冲控制的实现进行了讨论。由此方法实现的指纹识别系统反应灵敏，稳定可靠。
关键词： cmos图像传感器；指纹识别仪；ov7620；an2131qc；cpld
引 言
cmos图像传感器是近年来得到快速发展的一种新型固态图像传感器。它将图像传感部分和控制电路高度集成在同一芯片里，体积明显减小、功耗也大大降低，满足了对高度小型化、低功耗成像系统的要求。与传统的ccd图像传感器相比，cmos图像传感器还具有集成度高、控制简单、价格低廉等诸多优点。因此随着cmos集成电路工艺的不断进步和完善，cmos图像传感器已经广泛应用于各种通用图像采集系统中。同时作为一种pc机与外围设备间的高速通信接口，usb具有许多突出的有点： 连接简便，可热插拔，无需定位及运行安装程序，无需连接外设时关机及重启系统，实现真正的即插即用；高传输速率，usb1.1协议支持12mb/s；不占用系统硬件资源，能够自动检测和配置外围设备，不存在硬件冲突问题。
因此，利用cmos数字图像传感器与usb接口数据传输来实现的指纹识别仪具有结构简单，体积小，便携化等优点。现将介绍利用omnivision公司的cmos彩色数字图像传感器ov762m和cypress公司的ez—usb an2131qc usb控制传输芯片(内部集成了增强形51内核)来实现指纹信息的采集和usb传输，同时由于指纹传感器输出数据的速率(27mb/s)与usb控制器(an2131qc)数据传输速率(12mb/s)的不匹配，故系统采用了sram和cpld构成中间高速缓冲区。
系统结构
应用an2131qc、cpld和ov762m设计的指纹识别系统硬件框图如图1所示：
图1 指纹识别硬件系统简略框架图
首先，an2131qc通过i2c对指纹识别传感器(ov7620)的窗口设置等参数进行配置，光学透镜把像成在ov762m的像面上后，cmos图像传感器(ov7620)对其进行空间采样，并按照一定的帧频连续输出8位的数字图像数据y[7∶m](输出数字图像数据的帧同步信号为vsync，水平有效信号为href，输出时钟信号为pclk)。为了实现指纹传感器输出数据与usb控制器(an2131qc)读取数据速度与时序的匹配，使用了sram(is61c1024)和cpld构成高速缓冲区，利用此高速缓冲区将ov762m采集的指纹数据缓存。最后an2131qc实现与上位机的usb通信，将高速缓冲区中数据的传输到pc机进行相应图像处理。
cmos数字图像传感器ov7620
cmos数字图像传感器ov762m集成了一个664×492 的感光阵列、帧(行)控制电路、视频时序产生电路、模拟信号处理电路、a/d转换电路、数字信号输出电路及寄存器i2c编程接口。感光阵列得到原始的彩色图像信号后，模拟处理电路完成诸如颜色分离与均衡、增益控制、gamma校正、白电平调整等主要的信号处理工作，最后可根据需要输出多种标准的视频信号。视频时序产生电路用于产生行同步、场同步、混合视频同步等多种同步信号和像素时钟等多种内部时钟信号，外部控制器可通过i2c总线接口设置或读取ov762m的工作状态、工作方式以及数据的输出格式等。
an2131qc通过i2c总线接口设定ov762m的寄存器来控制输出帧率在0.5帧/s～3m帧/s之间变化，输出窗口在4×2～664×492 之间可调(默认输出640×48m的标准vga格式)，设置黑白平衡等。根据指纹采集的需要，窗口输出设置为： 320×288，经过设定后的ov762m输出时序如图2 所示：
图2 0v762m输出时序
vsync是垂直场同步信号(也是每帧同步信号，cmos是按列采集图像的)，其下降沿表示一帧图像的开始，href 提供了一种有效的控制方式，当输出像素行列分别处于设定窗口之间时href 为有效高电平，此时输出有效的视频数据，pclk是输出数据同步信号，上升沿输出一个有效的像素y[7∶m]。
基于cpld技术的高速数据缓冲区的实现
在由cpld和sram构成的高速数据缓冲区中，cpld充当了sram的控制器，其内部电路实现框图如图3所示：
图3 sram高速缓冲区控制器的cpld实现
图3中ram_rd，ram_wr为输出到sram的读写信号线，ram_data，ram_addr为sram的数据地址总线；latch_f为sram的读写允许信号，当为高电平时允许对sram写操作，为低电平时允许对sram读操作；两个8路三态门用于隔离总线，当对sram写时，输出cpu_data为高阻态，当对sram读时，将采集数据信号y [7∶m]隔离；cpu_rds，vsync为开始读写信号，单个正脉冲将sram地址置0；cpu_rd作为sram快速读脉冲，pclk为sram写脉冲；irq为写满标志，用于向
关键词： cmos图像传感器；指纹识别仪；ov7620；an2131qc；cpld
引 言
cmos图像传感器是近年来得到快速发展的一种新型固态图像传感器。它将图像传感部分和控制电路高度集成在同一芯片里，体积明显减小、功耗也大大降低，满足了对高度小型化、低功耗成像系统的要求。与传统的ccd图像传感器相比，cmos图像传感器还具有集成度高、控制简单、价格低廉等诸多优点。因此随着cmos集成电路工艺的不断进步和完善，cmos图像传感器已经广泛应用于各种通用图像采集系统中。同时作为一种pc机与外围设备间的高速通信接口，usb具有许多突出的有点： 连接简便，可热插拔，无需定位及运行安装程序，无需连接外设时关机及重启系统，实现真正的即插即用；高传输速率，usb1.1协议支持12mb/s；不占用系统硬件资源，能够自动检测和配置外围设备，不存在硬件冲突问题。
因此，利用cmos数字图像传感器与usb接口数据传输来实现的指纹识别仪具有结构简单，体积小，便携化等优点。现将介绍利用omnivision公司的cmos彩色数字图像传感器ov762m和cypress公司的ez—usb an2131qc usb控制传输芯片(内部集成了增强形51内核)来实现指纹信息的采集和usb传输，同时由于指纹传感器输出数据的速率(27mb/s)与usb控制器(an2131qc)数据传输速率(12mb/s)的不匹配，故系统采用了sram和cpld构成中间高速缓冲区。
系统结构
应用an2131qc、cpld和ov762m设计的指纹识别系统硬件框图如图1所示：
图1 指纹识别硬件系统简略框架图
首先，an2131qc通过i2c对指纹识别传感器(ov7620)的窗口设置等参数进行配置，光学透镜把像成在ov762m的像面上后，cmos图像传感器(ov7620)对其进行空间采样，并按照一定的帧频连续输出8位的数字图像数据y[7∶m](输出数字图像数据的帧同步信号为vsync，水平有效信号为href，输出时钟信号为pclk)。为了实现指纹传感器输出数据与usb控制器(an2131qc)读取数据速度与时序的匹配，使用了sram(is61c1024)和cpld构成高速缓冲区，利用此高速缓冲区将ov762m采集的指纹数据缓存。最后an2131qc实现与上位机的usb通信，将高速缓冲区中数据的传输到pc机进行相应图像处理。
cmos数字图像传感器ov7620
cmos数字图像传感器ov762m集成了一个664×492 的感光阵列、帧(行)控制电路、视频时序产生电路、模拟信号处理电路、a/d转换电路、数字信号输出电路及寄存器i2c编程接口。感光阵列得到原始的彩色图像信号后，模拟处理电路完成诸如颜色分离与均衡、增益控制、gamma校正、白电平调整等主要的信号处理工作，最后可根据需要输出多种标准的视频信号。视频时序产生电路用于产生行同步、场同步、混合视频同步等多种同步信号和像素时钟等多种内部时钟信号，外部控制器可通过i2c总线接口设置或读取ov762m的工作状态、工作方式以及数据的输出格式等。
an2131qc通过i2c总线接口设定ov762m的寄存器来控制输出帧率在0.5帧/s～3m帧/s之间变化，输出窗口在4×2～664×492 之间可调(默认输出640×48m的标准vga格式)，设置黑白平衡等。根据指纹采集的需要，窗口输出设置为： 320×288，经过设定后的ov762m输出时序如图2 所示：
图2 0v762m输出时序
vsync是垂直场同步信号(也是每帧同步信号，cmos是按列采集图像的)，其下降沿表示一帧图像的开始，href 提供了一种有效的控制方式，当输出像素行列分别处于设定窗口之间时href 为有效高电平，此时输出有效的视频数据，pclk是输出数据同步信号，上升沿输出一个有效的像素y[7∶m]。
基于cpld技术的高速数据缓冲区的实现
在由cpld和sram构成的高速数据缓冲区中，cpld充当了sram的控制器，其内部电路实现框图如图3所示：
图3 sram高速缓冲区控制器的cpld实现
图3中ram_rd，ram_wr为输出到sram的读写信号线，ram_data，ram_addr为sram的数据地址总线；latch_f为sram的读写允许信号，当为高电平时允许对sram写操作，为低电平时允许对sram读操作；两个8路三态门用于隔离总线，当对sram写时，输出cpu_data为高阻态，当对sram读时，将采集数据信号y [7∶m]隔离；cpu_rds，vsync为开始读写信号，单个正脉冲将sram地址置0；cpu_rd作为sram快速读脉冲，pclk为sram写脉冲；irq为写满标志，用于向
严家喜，李 昂，史延东
摘要： 介绍了基于cmos图像传感器ov762m和ez—usb an2131qc usb数据传输的指纹识别仪硬件实现，为匹配时序使用了cpld技术实现了高速缓冲区，并重点对usb批量快速传输和cpld缓冲控制的实现进行了讨论。由此方法实现的指纹识别系统反应灵敏，稳定可靠。
关键词： cmos图像传感器；指纹识别仪；ov7620；an2131qc；cpld
引 言
cmos图像传感器是近年来得到快速发展的一种新型固态图像传感器。它将图像传感部分和控制电路高度集成在同一芯片里，体积明显减小、功耗也大大降低，满足了对高度小型化、低功耗成像系统的要求。与传统的ccd图像传感器相比，cmos图像传感器还具有集成度高、控制简单、价格低廉等诸多优点。因此随着cmos集成电路工艺的不断进步和完善，cmos图像传感器已经广泛应用于各种通用图像采集系统中。同时作为一种pc机与外围设备间的高速通信接口，usb具有许多突出的有点： 连接简便，可热插拔，无需定位及运行安装程序，无需连接外设时关机及重启系统，实现真正的即插即用；高传输速率，usb1.1协议支持12mb/s；不占用系统硬件资源，能够自动检测和配置外围设备，不存在硬件冲突问题。
因此，利用cmos数字图像传感器与usb接口数据传输来实现的指纹识别仪具有结构简单，体积小，便携化等优点。现将介绍利用omnivision公司的cmos彩色数字图像传感器ov762m和cypress公司的ez—usb an2131qc usb控制传输芯片(内部集成了增强形51内核)来实现指纹信息的采集和usb传输，同时由于指纹传感器输出数据的速率(27mb/s)与usb控制器(an2131qc)数据传输速率(12mb/s)的不匹配，故系统采用了sram和cpld构成中间高速缓冲区。
系统结构
应用an2131qc、cpld和ov762m设计的指纹识别系统硬件框图如图1所示：
图1 指纹识别硬件系统简略框架图
首先，an2131qc通过i2c对指纹识别传感器(ov7620)的窗口设置等参数进行配置，光学透镜把像成在ov762m的像面上后，cmos图像传感器(ov7620)对其进行空间采样，并按照一定的帧频连续输出8位的数字图像数据y[7∶m](输出数字图像数据的帧同步信号为vsync，水平有效信号为href，输出时钟信号为pclk)。为了实现指纹传感器输出数据与usb控制器(an2131qc)读取数据速度与时序的匹配，使用了sram(is61c1024)和cpld构成高速缓冲区，利用此高速缓冲区将ov762m采集的指纹数据缓存。最后an2131qc实现与上位机的usb通信，将高速缓冲区中数据的传输到pc机进行相应图像处理。
cmos数字图像传感器ov7620
cmos数字图像传感器ov762m集成了一个664×492 的感光阵列、帧(行)控制电路、视频时序产生电路、模拟信号处理电路、a/d转换电路、数字信号输出电路及寄存器i2c编程接口。感光阵列得到原始的彩色图像信号后，模拟处理电路完成诸如颜色分离与均衡、增益控制、gamma校正、白电平调整等主要的信号处理工作，最后可根据需要输出多种标准的视频信号。视频时序产生电路用于产生行同步、场同步、混合视频同步等多种同步信号和像素时钟等多种内部时钟信号，外部控制器可通过i2c总线接口设置或读取ov762m的工作状态、工作方式以及数据的输出格式等。
an2131qc通过i2c总线接口设定ov762m的寄存器来控制输出帧率在0.5帧/s～3m帧/s之间变化，输出窗口在4×2～664×492 之间可调(默认输出640×48m的标准vga格式)，设置黑白平衡等。根据指纹采集的需要，窗口输出设置为： 320×288，经过设定后的ov762m输出时序如图2 所示：
图2 0v762m输出时序
vsync是垂直场同步信号(也是每帧同步信号，cmos是按列采集图像的)，其下降沿表示一帧图像的开始，href 提供了一种有效的控制方式，当输出像素行列分别处于设定窗口之间时href 为有效高电平，此时输出有效的视频数据，pclk是输出数据同步信号，上升沿输出一个有效的像素y[7∶m]。
基于cpld技术的高速数据缓冲区的实现
在由cpld和sram构成的高速数据缓冲区中，cpld充当了sram的控制器，其内部电路实现框图如图3所示：
图3 sram高速缓冲区控制器的cpld实现
图3中ram_rd，ram_wr为输出到sram的读写信号线，ram_data，ram_addr为sram的数据地址总线；latch_f为sram的读写允许信号，当为高电平时允许对sram写操作，为低电平时允许对sram读操作；两个8路三态门用于隔离总线，当对sram写时，输出cpu_data为高阻态，当对sram读时，将采集数据信号y [7∶m]隔离；cpu_rds，vsync为开始读写信号，单个正脉冲将sram地址置0；cpu_rd作为sram快速读脉冲，pclk为sram写脉冲；irq为写满标志，用于向
关键词： cmos图像传感器；指纹识别仪；ov7620；an2131qc；cpld
引 言
cmos图像传感器是近年来得到快速发展的一种新型固态图像传感器。它将图像传感部分和控制电路高度集成在同一芯片里，体积明显减小、功耗也大大降低，满足了对高度小型化、低功耗成像系统的要求。与传统的ccd图像传感器相比，cmos图像传感器还具有集成度高、控制简单、价格低廉等诸多优点。因此随着cmos集成电路工艺的不断进步和完善，cmos图像传感器已经广泛应用于各种通用图像采集系统中。同时作为一种pc机与外围设备间的高速通信接口，usb具有许多突出的有点： 连接简便，可热插拔，无需定位及运行安装程序，无需连接外设时关机及重启系统，实现真正的即插即用；高传输速率，usb1.1协议支持12mb/s；不占用系统硬件资源，能够自动检测和配置外围设备，不存在硬件冲突问题。
因此，利用cmos数字图像传感器与usb接口数据传输来实现的指纹识别仪具有结构简单，体积小，便携化等优点。现将介绍利用omnivision公司的cmos彩色数字图像传感器ov762m和cypress公司的ez—usb an2131qc usb控制传输芯片(内部集成了增强形51内核)来实现指纹信息的采集和usb传输，同时由于指纹传感器输出数据的速率(27mb/s)与usb控制器(an2131qc)数据传输速率(12mb/s)的不匹配，故系统采用了sram和cpld构成中间高速缓冲区。
系统结构
应用an2131qc、cpld和ov762m设计的指纹识别系统硬件框图如图1所示：
图1 指纹识别硬件系统简略框架图
首先，an2131qc通过i2c对指纹识别传感器(ov7620)的窗口设置等参数进行配置，光学透镜把像成在ov762m的像面上后，cmos图像传感器(ov7620)对其进行空间采样，并按照一定的帧频连续输出8位的数字图像数据y[7∶m](输出数字图像数据的帧同步信号为vsync，水平有效信号为href，输出时钟信号为pclk)。为了实现指纹传感器输出数据与usb控制器(an2131qc)读取数据速度与时序的匹配，使用了sram(is61c1024)和cpld构成高速缓冲区，利用此高速缓冲区将ov762m采集的指纹数据缓存。最后an2131qc实现与上位机的usb通信，将高速缓冲区中数据的传输到pc机进行相应图像处理。
cmos数字图像传感器ov7620
cmos数字图像传感器ov762m集成了一个664×492 的感光阵列、帧(行)控制电路、视频时序产生电路、模拟信号处理电路、a/d转换电路、数字信号输出电路及寄存器i2c编程接口。感光阵列得到原始的彩色图像信号后，模拟处理电路完成诸如颜色分离与均衡、增益控制、gamma校正、白电平调整等主要的信号处理工作，最后可根据需要输出多种标准的视频信号。视频时序产生电路用于产生行同步、场同步、混合视频同步等多种同步信号和像素时钟等多种内部时钟信号，外部控制器可通过i2c总线接口设置或读取ov762m的工作状态、工作方式以及数据的输出格式等。
an2131qc通过i2c总线接口设定ov762m的寄存器来控制输出帧率在0.5帧/s～3m帧/s之间变化，输出窗口在4×2～664×492 之间可调(默认输出640×48m的标准vga格式)，设置黑白平衡等。根据指纹采集的需要，窗口输出设置为： 320×288，经过设定后的ov762m输出时序如图2 所示：
图2 0v762m输出时序
vsync是垂直场同步信号(也是每帧同步信号，cmos是按列采集图像的)，其下降沿表示一帧图像的开始，href 提供了一种有效的控制方式，当输出像素行列分别处于设定窗口之间时href 为有效高电平，此时输出有效的视频数据，pclk是输出数据同步信号，上升沿输出一个有效的像素y[7∶m]。
基于cpld技术的高速数据缓冲区的实现
在由cpld和sram构成的高速数据缓冲区中，cpld充当了sram的控制器，其内部电路实现框图如图3所示：
图3 sram高速缓冲区控制器的cpld实现
图3中ram_rd，ram_wr为输出到sram的读写信号线，ram_data，ram_addr为sram的数据地址总线；latch_f为sram的读写允许信号，当为高电平时允许对sram写操作，为低电平时允许对sram读操作；两个8路三态门用于隔离总线，当对sram写时，输出cpu_data为高阻态，当对sram读时，将采集数据信号y [7∶m]隔离；cpu_rds，vsync为开始读写信号，单个正脉冲将sram地址置0；cpu_rd作为sram快速读脉冲，pclk为sram写脉冲；irq为写满标志，用于向
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