应用于指纹识别之Cortex-M3 MCU方案
- 刘一婷
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生物识别(Biometrics)乃是利用人类生理(指纹、脸型、掌形、视虹膜、DNA等)或行为(声音、签名)等特性，来完成个人身份的识别行为。而指纹识别则是生物识别产业中技术最为成熟、目前已逐渐成为个人身份认证的标准方法。其应用范围十分广泛，小至门禁安全、电脑安全，大至福利金发放、全民指纹等领域，且其应用亦不再只局限于高安全度要求之场所，举凡电脑周边的应用如指纹鼠标、键盘等亦已十分普遍。
指纹在生物识别中具有以下优势：一、法律认可，具不可否认性。二、具与生不变之特性。三、相对成本较低及体积较小。四、发展最久，技术最成熟。五、十枚指头，使用方便。目前指纹之取像技术约可分为两大主流：光学式及芯片式。此两种技术之优缺点如「表一」所示。
随着技术不断地进步以及制程不断的改良，电子配备的小型化及低价化已是世界趋势。目前市面上之光学指纹识别系统，仍受限于以下两点：一、体积相对较大：光程相对较大，不易整合为可携式组件或其他小型系统如POS系统等；二、影像画质不佳：多有几何变形大、影像对比度不佳、影像分辨率不足及亮度不均匀等问题，造成使用上之不便或困扰。
现有市场指纹演算法常出现特徵点容量大、速度慢且正确性不高之缺点，研判原因有三个：一、特徵容量大：法律上认可之指纹特徵为特徵点(端点及三叉点)，但市面上之演算法为了弥补特徵点比对不良之缺点，加入许多不同参数，导致特徵容量较大。二、 速度慢：加入许多不同参数，除导致特徵容量较大外，也造成比对速度较慢。三、正确性不高：现有特徵点比对法常以找到四个最大相似点作为两组待比对之特徵点旋转及位移之依据，但常出现找错此四个最大相似点的问题，致使比对出现错误。
合泰半导体基于对于指纹技术的投入及市场信息的收集等条件下，为了保持技术领先及把握产品先期导入之时机，推出了适用于指纹识别之32-bit MCU HT32F2755，并结合策略夥伴金佶科技完成了超薄型光学式指纹识别系统，以迎合世界小型化及低价化的潮流，改良现有比对演算法之缺失，以及提高台湾技术的层次和竞争力。
合泰半导体是台湾第一家以ARM Cortex-M3内核来做32-bit MCU的公司，其HT32F2755产品有四大特点：一、操作速度可达72MHz，效能可到90DMIPS，即1秒可执行9,000万个指令，约是台湾其他竞业产品的2倍，符合指纹影像处理及指纹特徵抽取所需之高速运算能力。二、整合了CMOS Sensor界面(CSIF)并结合DMA，有效提升取像速度至最高30张？秒，提供光学式指纹系统最佳的应用环境。台湾MCU尚无相关功能，都使用一般IO读取影像，无法达到如此高速取像功能。三、具大块存储器(128KB Flash及64KB SRAM)，无需外挂存储器(RAM/NOR等)，有效减少外部元件，达到面积缩小、成本降低及耗电量减少之目的。四、提供弹性通讯界面如USB及UART等。
在光学式指纹机方面，金佶科技具有专利之光学式指纹机GT-5110，强调通过特殊材料及光学系统，可在极短光程内取得足够有效面积，有效改善传统光学式指纹机体积过大及芯片式指纹机价格过高之缺点，兼具二者的价格低、取像面积大及体积小之优点。指纹识别机光学成像方式如下方「图二」；传统光学式指纹机与金佶科技具有专利之光学式指纹机，其外观比较如「图三」。
盛群结合HT32F2755与GT-5110，提供了一独立运算模块，无须借助电脑进行运算，并可通过UART或USB与其沟通。因成本低、尺寸小且速度快，可应用领域范围迅速扩大。此指纹识别模块(GTM-5110)相关系统架构及规格如「图四」说明。 (本图文由合泰半导体32位元产品开发处麦哲鸣经理提供，刘一婷整理)
