指纹特征作为最传统、最成熟的生物特征应用方案,被广泛用于身份验证和识别。随着集成电路产业的发展,便携式电子设备对指纹认证系统提出了低功耗、小体积、速度快的要求。当今,基于软件及嵌入式微处理器的传统指纹认证系统愈发难以解决复杂认证算法的执行速度要求。因此,本文以纯硬件算法电路在FPGA中实现指纹认证系统,利用FPGA的强大的并行运算能力及可定制性,对认证算法进行硬件加速,以该方案解决指纹认证系统性能瓶颈的问题。本文以基于FPGA的指纹认证系统为研究课题,展开的主要研究包括:1.基于当前指纹认证系统的基本结构和研究现状,以指纹认证系统中的算法处理流程为脉络,对指纹的预处理以及识别匹配算法的原理及作用进行研究。在MATLAB中建立其算法模型,用于预演部分算法及整体系统的执行效果。2.根据数字电路特性进行算法方案的选取,主要改进了整数量化的Gabor滤波增强算法、基于灰度直方图的OTSU二值化算法、基于查表法的OPTA细化以及特征点提取算法、基于矢量三角形且极坐标系下的特征点匹配算法。3.依据建立的算法模型,设计各部分算法电路模块,主要包括了各模块的外部接口、逻辑功能、状态控制以及内部运算电路的设计。在设计中采用并行运算、流水线、模块复用等方案设计运算电路,来保证资源消耗与时序约束要求。4.围绕着系统的主控状态机、算法模块包裹器及指纹传感器等外围控制电路完成了平台系统级设计。通过Quartus对该设计进行编译与综合,得到各部分模块及整体系统的逻辑资源消耗及时序分析报告,并根据测试平台搭载的FPGA器件进行设计优化。5.使用Modelsim对外围器件控制电路、各部分算法电路及整体认证系统的逻辑功能进行验证。同时,通过MATLAB将仿真数据与算法模型数据进行对比,来完成该系统的功能一致性验证。6.搭建了基于Altera EP4CE10F17C8 FPGA的指纹认证系统的实物测试平台,并进行了指纹预处理及识别匹配功能测试。通过指纹认证系统的性能评价方法,根据测试平台实验数据得到该系统识别率为91%、错误接受率为3%,并且录入模式运行时间约为34.08ms、匹配模式运行时间约为34.312ms。