因为高科技东西成为抓捕罪犯的兵器中越来越要害的部分，因而法律组织和安全专业人员不断寻求更快更便利的数据搜集和解读办法就家常便饭了。针对这一范畴的运用越来越杂乱，有必要习惯不断演化的要求，并把本钱操控在组织的有限预算规模之内。鉴于此，具有高功用、灵敏性和高本钱效益等优势的可编程逻辑(PLD)解决方案无疑是一种抱负的解决方案。
两个大学生团队运用FPGA和嵌入式软核处理器开发了两个抓捕罪犯体系的原型，一个是带无线主动追寻摄像机的警车支撑体系，一个是避免安全体系被打破的指纹辨认体系。
盯住可疑方针不放-即使是高速情况下
当追寻举动发动时，警官只要很短的时刻用来激活警笛、向操控中心作报告并与其他巡逻队通讯。因为这些作业的发生几乎是一起的，因而警官还依赖于车辆追寻体系把逃跑的犯罪分子锁定在视距内。但是，当疑犯在拥堵的交通中急速穿越时，选用固定方位摄像机的传统追寻体系很简略失掉他们的踪影。因而将需求这样一种车载体系：它能时刻盯住可疑车辆，一起让警官与现场及总部的搭档同享和接纳信息。
图1：规划理念
韩国仁荷/弘益航空航天大学的学生开宣布的板载警用车辆支撑体系原型，该集成解决方案包括以下几个组件：
• 无线主动追寻体系：可继续追寻可疑车辆，将车辆的图画显现在显现器中心。一部全方向移动的摄像机运用FPGA操控的步进电机完结上下左右的移动，能够经过快速反应捕获快速跋涉的车辆。
• 主动语音告警体系：运用嵌入式处理器来完结MPEG音频解码，用于向逃跑疑犯宣布正告。
• HSDPA功用：供给实时数据和图画同享。
• 依据FPGA的衔接板载确诊体系(OBD-II)的接口：用于监督警用车辆的发动机功用参数。
FPGA和嵌入式处理器的有机结合使该体系很简略完结图画、语音、图画和数据处理。
在单体系中完结语音、视频和数据
在技能渠道方面，规划团队运用了Altera的DE2开发和教育板，这种板包括了Cyclone II FPGA、Quartus II规划软件和Nios II嵌入式处理器。
单个Cyclone II FPGA支撑整个体系的运转，能够完结图画处理、紧缩、数据传送、MPEG音频解码、电机操控和OBD通讯等功用。一切必要的组件都运用SOPC Builder体系规划东西安装在一起，然后答应规划团队规划一个模块，并能够经过修正用于或直接复用于其他运用。
图2：主动追寻体系的架构
主动追寻摄像机
摄像机的图画处理模块将全方位移动指令传送给FPGA上的体系步进电机操控器。依据这样的指令，步进电机操控器能够发生操作信号脉冲，然后将这些信号发送给每个电机。
摄像机的图画捕捉模块将模仿图画信息转换成DE2板上的ITU656规范数字流，并运用该数据流：操控主动追寻摄像机的左、右、上、下操作；支撑视像同享体系和JPEG紧缩的无线传送；供给车载显现。
当警官需求发动摄像机的追寻形式时，只需将摄像机对准方针车辆，并按下DE2板上的一个按键。接着由同样在FPGA上运转的图画处理模块从方针车辆中提取均匀色彩，并估量其方位。一旦车辆开端移动，全方位移动摄像机就开端对它进行追寻。该体系每隔30分之一秒就向电机操控器传送一次操控指令，速度是它的要害优势之一。捕获到的图画被存储在USB存储设备中，一起传送给警局指令中心。当然，追寻形式只适用于白日。
实时JPEG紧缩一般要求高功用DSP芯片或ASSP。在这个情况下，规划团队运用Nios II C到硬件的加快编译器(C2H)履行libjpeg前向离散余弦改换(DCT)函数来满意功用方针要求，而不需求外部处理器或DSP芯片。C2H编译器能够将时刻要害的ANSI C函数转换成FPGA中的硬件加快器，然后进步它们的功用。
图3：完结主动追寻体系的原理框图
主动语音正告
当车辆的主动追寻摄像机开端作业在追寻形式时，会触发主动语音正告功用翻开，并向逃跑疑犯宣布正告。在DE2板上100MHz的嵌入式处理器用于播映MPEG音频数据的定制指令集。开端回放功用是个问题，但经过在Nios II软核处理器中添加6?位乘法定制指令，规划团队将功用进步了2.5倍。
定制的OBD-II接口
衔接OBD-II的接口不只贯通了轿车电子设备之间的通讯，并且也将确诊东西衔接到发动机操控单元(ECU)，完结轿车维护和监督。SOPC Builder UART组件衔接到OBD-II接口，用于搜集车辆行进速度、燃油状况和车辆毛病状况等信息。
因而，规划团队能够运用Nios II定制指令的功用优势和C到硬件的加快功用创立一个高功用体系，为现场??供给协助。因为运用了FPGA，团队能够灵敏地依据需求进步功用，不需求添加时钟频率和下降功耗，也无需选用高速规划。当团队遇到要求修正硬件规划的功用问题时，他们只需从头编程FPGA就能应对这些改变。
将指纹转换成招认依据
指纹辨认技能具有很高的性价比和安全性，支撑用于维护敏感数据和避免未授权进入体系的各种运用。传统的指纹辨认体系依据PC或DSP芯片。但是，在PC上处理图画很慢，DSP芯片短少支撑悉数所需功用的灵敏性。FPGA则有用填补了高功用处理和体系灵敏性之间的空白。来自我国华中科技大学的一个学生团队运用包括有Cyclone II FPGA和Nios II处理器的DE2板创立出了原型化的指纹辨认体系，该体系充分运用了FPGA技能的高功用和灵敏性优势。
快速而灵敏的体系增强功用
选用体系级可编程芯片(SOPC)办法，该团队成功开宣布具有认证和会集办理功用的网络指纹辨认体系。作为主机的PC运转着供给各种办理功用的软件。嵌入在Cyclone II FPGA上的50MHz Nios II/f内核运转相关算法以完结包括体系初始化、指纹搜集、图画处理、主从通讯和用户接口在内的各种功用。在SOPC Builder的支撑下，该团队不只能以高效的办法将各个组件集成到单个体系中，还能依据需求对各个部件进行装备。
图4：指纹处理的次第
以下是指纹辨认体系的作业原理：当指纹搜集器检测到手指存在时，它将从睡觉形式中苏醒过来收集图画，并提交最高质量的图画。DE2板上的12.5MHz SPI内核将图画数据传送给嵌入式处理器，由该处理器履行相应图画处理算法以完结对指纹的以下一些处理：
• 形式发现：体系首要依据方针点周围的点的灰度等级值核算单点的方向，然后运用计算办法得到5×5的块形式，并在没有关于布景的明晰条件下对块进行符号。
• 图画滤波：体系将沿着脊线增强图画连续性，一起进步与脊线笔直的图画对比度，以切割相邻脊线。
• 二进制化：图画脊线在滤波后将非常明晰，因而一个固定门限的二进制化功用能够将固定灰度值作为规范而将图画切割成是非版别。
• 脊线细化：在这个阶段，图画将经过并行的细化进程，这个进程会逐步调整脊线，直到脊线薄成单个像素的宽度，然后为图画进行细节定位做好预备。
• 定位细节：在这最终一步，体系对图画进行扫描以定位指纹的中心点。从细化的脊线图画开端，体系将定位指尖点，并切割这些点来评价指纹的唯一性。
经过定制指令和定制外设，该团队极大地进步了图画处理算法的功用。因为要求52次乘法累加操作，规划团队规划了一条定制指令，该指令可在三个时钟周期内完结单次乘法累加操作，然后将没有定制指令时的36.4s时刻缩短到用定制指令时的4.77s,使图画滤波功用进步了7倍；脊线细化要求对方针像素进行16次比较，该团队规划了两个定制外设，可在6个时钟周期内完结16次比较，然后将没有定制外设时的13.5s缩短到有定制外设时的2.67s，使其功用进步了5倍。
当有人在终端供给他们的指纹和其他辨认信息时，该体系会先在数据库中寻觅匹配信息，以判别是否答应拜访。体系的过错承受率(将不共同的指纹过错判别为共同的可能性)小于5%。它的过错回绝率(将共同的指纹判别为不共同的可能性)小于20%。
运用PLD深度发掘罪犯
就像警车支撑运用相同，DSP器材或ASSP也能够用于指纹辨认体系。但是规划团队发现，经过简略地完结Nios II定制指令和定制外设能够极大地进步处理速度。在优质的FPGA基础上，规划团队还集成了多个组件，然后削减了解决方案的杂乱性、本钱和功耗。
大多数运用都需求必定程度的灵敏性来满意功用和本钱要求。这些团队展现了怎么运用硬件来加快算法，然后答应以较低时钟频率运转，因而有用下降功耗和简化了总体规划。一起，他们还运用体系生成东西来协助自己便利地复用和修正组件以用于其他运用。
