【正文】 理特征提取和特征匹配 計算量很大提高系統(tǒng)實時的快速計算能力是達(dá)到系統(tǒng) 特定性能要求的關(guān)鍵為此一方面開發(fā)高效快速的識別算法另一方面開發(fā) 通用化和兼容性強(qiáng)的虹膜識別芯片即軟硬件兩方面共同努力 3 將信息融合技 術(shù)應(yīng)用于虹膜識別技術(shù)中即將虹膜特征信息與非生物特征識別信息相結(jié)合 如 與智能卡相結(jié)合 將虹膜特征信息與其他生物信息相結(jié)合 如與指紋掌紋的結(jié) 合 是克服自身系統(tǒng)局限性提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和魯棒性切實可行的方案是虹 膜識別技術(shù)的發(fā)展方向 4 現(xiàn)在的虹膜特征識別的研究還局限于單機(jī)系統(tǒng)建 立虹膜特征識別的網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證系統(tǒng)是其研究的重要方向具有廣闊的應(yīng)用前 景目前的虹膜識別技術(shù)還不是很成熟識別系統(tǒng)的應(yīng)用也不夠廣泛世界上 現(xiàn)只有少數(shù)國家將這一技術(shù)應(yīng)用于金融刑偵等對安全有嚴(yán)格要求的場合但 是由于該技術(shù)具有許多其他生物識別技術(shù)不可比擬的優(yōu)點因而吸引人們的廣 泛關(guān)注隨著識別技術(shù)的不斷成熟性能的不斷完善價格的不斷降低必將 廣泛地應(yīng)用于金融公安人事管理醫(yī)療電子貿(mào)易智能化門禁系統(tǒng)通道 控制等諸多領(lǐng)域?qū)砣搜鄣暮缒た赡艹蔀槿藗兘K身的唯一的不變的可 靠的且不用記憶的密碼用它便可以不費吹灰之力地在銀行取錢出入下榻賓 館房間打開保險箱通過出入境海關(guān)檢查等虹膜特征識別是一項科技含量 7 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 高應(yīng)用范圍廣涉及多學(xué)科多領(lǐng)域的高新技術(shù)只要能很好地解決取像 特征識別等關(guān)鍵技術(shù)該技術(shù)的研究必會蒸蒸日上具有很好的應(yīng)用前景 1． 3 論文主要工作及內(nèi)容安排 1． 3． 1 本文的主要工作 本文對虹膜識別系統(tǒng)進(jìn)行了深入地研究和分析具體開展的工作如下 1 了解了虹膜識別技術(shù)的背景和現(xiàn)階段國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 現(xiàn)了解了 1MS320DM642 芯片的結(jié)構(gòu)特點和工作原理尤其對虹膜圖像的采 集裝置和采集原理進(jìn)行了詳細(xì)地分析 3 研究和掌握了虹膜圖像識別系統(tǒng)的核心算法并完成代碼編寫實現(xiàn)虹 膜圖像的識別過程 4 通過多次試驗和對實驗結(jié)果的比較根據(jù)實際情況選擇參數(shù)并對現(xiàn)有 算法進(jìn)行了改進(jìn)獲得較好的識別結(jié)果 1． 3． 2 內(nèi)容安捧 本文共分為五章具體安排如下 第 l 章緒論介紹了課題研究的目的與意義虹膜識別系統(tǒng)的發(fā)展歷史和 現(xiàn)在國內(nèi)外的發(fā)展情況及面臨的問題 第 2 章虹膜識別系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要論述虹膜識別系統(tǒng)的硬件組成部分 對虹膜圖像的獲取采集設(shè)備和虹膜圖像的處理及存儲過程進(jìn) 行了介紹 第 3 章虹膜識別的核心算法設(shè)計詳細(xì)介紹了虹膜圖像預(yù)處理特征提取 和編碼匹配三個過程的原理并分別給出可行的設(shè)計方法 第 4 章算法的改進(jìn)根據(jù)實驗結(jié)果和實際情況對現(xiàn)有算法進(jìn)行改進(jìn)并對參 數(shù)進(jìn)行合理化選擇使最終由Hamming距離算出的匹配結(jié)果更好并對結(jié)果進(jìn) 行總結(jié)分析 第 5章工作總結(jié) 與 展 望 對 全 文 研 究 工 作 進(jìn) 行 了 總 結(jié) 并 對 未 來 做 了 研 究 展望 8 武漢理工大學(xué)碩士 學(xué)位論文 第2 章虹膜識別的系統(tǒng)設(shè)計 從模塊化的角度而言完整的虹膜識別系統(tǒng)可分為兩個模塊虹膜圖像采 集系統(tǒng)和上位機(jī)識別系統(tǒng)虹膜識別系統(tǒng)的原理框圖如圖 2． 1 所示其中虹膜 圖像采集系統(tǒng)包括虹膜圖像采集裝置虹膜圖像存儲及傳輸裝置兩部分這部 分主要是靠 CCD 或 CMOS 攝象機(jī)和基于 DSP 的采集和處理電路來實現(xiàn)上位 PC 機(jī)識別系統(tǒng)由計算機(jī)和虹膜識別軟件組成由虹膜圖像采集系統(tǒng)獲取的虹膜 圖 像 上 傳 到 上 位 PC 計 算 機(jī) 進(jìn) 行 軟 件 識 別 處 理 圖 2． 1 虹膜識別系統(tǒng)原理框圖 2． 1 虹膜識別系統(tǒng)的硬件設(shè)計 虹膜識別系統(tǒng)的硬件平臺由五部分組成分別是圖像采集圖像處理數(shù) 據(jù)存儲圖像顯示和電源部分其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2． 2 所示系統(tǒng)由 DSPCCD 芯片都是虹膜采集系統(tǒng)不可或缺的載體和平臺 CCD攝像機(jī)負(fù)責(zé)虹膜圖像的采集用分辨率高于 600線的普通攝像機(jī)配以 能進(jìn)行高倍放大的鏡頭就可以滿足后繼處理對虹膜圖像分辨率的要求光源 的輔助是必須的因人眼對光線的反射較強(qiáng)則需要調(diào)節(jié)光源的入射角度以 便獲得高質(zhì)量的虹膜圖像 A／ D 轉(zhuǎn)換器完成模擬視頻信號的 數(shù)字化轉(zhuǎn)換成數(shù) 字信號 YUV422 SDRAM 同步動態(tài)存儲器用于程序執(zhí)行和虹膜數(shù) 9 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 據(jù)暫存 FIFO 芯片主要視頻信號的緩沖 CPLD 實現(xiàn) CCD 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的配置 虹膜圖像存儲空間的地址生成 DSP尋址片外存儲器的頁地址管理和 DSP與外 圍器件之間通信的仲裁等功能 RS232用于數(shù)據(jù)傳輸 PC可以通過該接口得到 虹膜特征數(shù)據(jù) FLASH存儲器用于存儲程序初始化數(shù)據(jù)和虹 膜特征數(shù)據(jù)庫 圖 2． 2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2． 1． 1 虹膜圖像的采集 虹膜識別的首要任務(wù)是獲取高質(zhì)量的虹膜圖像這是虹膜識別最難解決的 關(guān)鍵技術(shù)之～由于虹膜面積小虹膜的區(qū)分主要在于紋理細(xì)節(jié)的不同而且 虹膜的紋理不是很清晰不同人種的虹膜顏色有著很大差別這使得用普通的 攝像頭和在正常的光照條件下很難獲得清晰的虹膜圖像在實際應(yīng)用中虹膜 識別系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)能夠可靠的鑒別出采集到的圖像是否來自有生命的個體即系 統(tǒng)應(yīng)具有活體虹膜檢測的功能從而徹底排除利用他人虹 膜圖像進(jìn)行非法活動 的可能 圖像采集是將 CCD 或 CMOS 攝像機(jī)采集到的虹膜圖像經(jīng)高精度的 A／ D 轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字虹膜圖像 A／ D轉(zhuǎn)換器采用1rI 公司的 TVP5145 芯片其采樣精 度達(dá)到 10bit 輸出支持 CCIR656 和 BT656等格式 1． CCD 傳感器與 CMOS 傳感器的比較 現(xiàn)在非接觸的虹膜圖像采 集 設(shè) 備 大 多 采 用 CCD 和 CMOS 兩 種 攝 像 方 式 下 10 武漢理工大學(xué) 碩士學(xué)位論文 面就從結(jié)構(gòu)技術(shù)和性能等幾個方面對這兩種傳感器進(jìn)行一下綜合比較 1 CCD 與 CMOS 傳感器的結(jié)構(gòu)比較 Device 即電荷耦合器件是一種感光半導(dǎo)體芯 CCD ChargeCoupled 片用于捕捉圖形但 CCD 沒有能力記錄圖形數(shù)據(jù)也沒有能力永久保存所 有圖形數(shù)據(jù)都會不停留地送入一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADc 一個信號處理器以及一 個存儲設(shè)備 1970 美國貝爾實驗室發(fā)明了 CCD 二十年后人們利用這一技術(shù) MetalOxide 一 種重要的芯片保存了系統(tǒng)引導(dǎo)所需的大量資料有人發(fā)現(xiàn)將 CMOS 加工 也可以作為數(shù)碼相機(jī)中的感光傳感器其便于大規(guī)模生產(chǎn)和成本低廉的特性是 商家們夢寐以求的 CCD 和 CM0s 在制造上的主要區(qū)別主要是 CCD 是集成在 半導(dǎo)體單晶材料上而 CMOS 是集成在被稱為金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上工 作原理沒有本質(zhì)的區(qū)別都是利用感光二極管 photodiode 進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換這 種轉(zhuǎn)換的原理與太陽能電子計算機(jī)的太陽能電池效應(yīng)相近光線越強(qiáng)電力越 強(qiáng)反之光線越弱電力也越弱根據(jù)此原理將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而其 主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送 的方式不同比較 CCD 和 CMOS 的結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器 的位置和數(shù)量是最大的不同 CCD 每曝光一次在快門關(guān)閉后進(jìn)行像素轉(zhuǎn)移處 理將每一行中每一個像素的電荷信號依序傳入緩沖器中由底端的線路引導(dǎo) 輸出至 CCD 邊緣的放大器進(jìn)行放大再串聯(lián) ADC 輸出而 CMOS 的設(shè)計中每 個像素旁邊都直接連著 ADC 電荷信號直接放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號造成這種 差異的原因在于 CCD 的特殊工藝可保證數(shù)據(jù)在傳送時不會失真因此各個像素 的數(shù)據(jù)可匯聚至邊緣再進(jìn)行放大處理而 CMOS 工藝的數(shù)據(jù)在傳送距離較長時 會產(chǎn)生噪聲因此必須先放大再整合各個像素 的數(shù)據(jù) 2 CCD 與 CMOS 傳感器的技術(shù)比較 存儲的電荷信息需在同步信號控制下一位一位地實施轉(zhuǎn)移后讀取電荷 信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合整個電路 較為復(fù)雜而且速度較慢而 CMOS 傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流 或電壓 信號信號讀取十分簡單還能同時處理各單元的圖像信息速度也比 CCD快 很多 CCD制作技術(shù)起步早技術(shù)成熟采用 PN 結(jié)或二氧化硅 Si02 隔離層 隔離噪聲成像質(zhì)量相對CMOS有一定優(yōu)勢由于 CMOS集成度高各光電傳 感元件電路之間距離很近相 互之間的光電磁干擾較嚴(yán)重噪聲對圖像 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 質(zhì)量影響很大使 CMOS很長一段時間無法投入實用近幾年隨著 CMOS電 路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展 CMOS 的性能已經(jīng)與 CCD 相差無幾了 3 CCD 與CMOS傳感器的性能比較 在 ISO感光度方面由于 CMOS每個像素由四個晶體管與～個感光二極管 構(gòu)成還包含了放大器與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路過多的額外設(shè)備縮小了單一像素感光 區(qū)域的表面積因此相同像素下同樣的尺寸 CMOS 的感光度會低于 CCD 在分辨 率方面由于 CMOS 傳感器的每個像素都比 CCD 傳感器復(fù)雜其像素尺 寸很難達(dá)到 CCD 傳感器的水平因此當(dāng)我們比較相同尺寸的 CCD 與 CMOS 時 CCD傳感器的分辨率通常會優(yōu)于 CMOS傳感器在噪點方面由于 CMOS 每個感光二極管都需搭配一個放大器如果以百萬像素計那么就需要百萬個 以上的放大器而放大器屬于模擬電路很難讓每個放大器所得到的結(jié)果保持 一致因此與只有一個放大器放在芯片邊緣的 CCD 傳感器相比 CMOS 傳感器 的噪點就會增加很多影響圖像品質(zhì)耗電量方面 CMOS 傳感器的圖像采集 方式為主動式感光二極管所產(chǎn) 生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出 而 CCD 傳感器為被動式采集必須外加電壓讓每個像素中的電荷移動至傳輸通 道而這外加電壓通常需要1218V 因此 CCD 還必須有更精密的電源線路設(shè) 計和耐壓強(qiáng)度高驅(qū)動電壓使 CCD的耗電量遠(yuǎn)高于 CMOSCMOS 的耗電量僅 工藝可以輕易地將周邊電路 如AGCCDSTuning 成到傳感器芯片中因此可以節(jié)省外圍芯片的成本而 CCD 采用電荷傳遞的方 式傳送數(shù)據(jù)只要其中有一個像素不能運行就會導(dǎo)致一整排的數(shù)據(jù)不能傳送 因此控制 CCD 傳感器的成品率比 CMOS 傳感器困難許多 CCD 傳感器的制造 成本會高于 CMOS 傳感器 CCD 在分辨率與靈敏度等影像品質(zhì)等方面均優(yōu)于 CMOS 但是較高的成本 和功耗是它的不足之處 2．圖像采集系統(tǒng) 由于現(xiàn)有的虹膜取像裝置仍存在著價格昂貴對被檢驗者有要求需人工 操作等問題因此隨著技術(shù)的進(jìn)步集價格低廉方便快速非接觸式的自動 虹膜采集裝置已逐步出現(xiàn)下面就介紹～下這種非接觸式虹膜采集系統(tǒng)提出 幾何光輔助使用者定位瞄準(zhǔn)的方法實現(xiàn)虹膜圖像的非接觸式采集配合 CMOS 圖像傳感和 USB 傳輸?shù)碾娐贩桨覆杉降膱D像能夠滿足虹膜識別技 術(shù)對圖像 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 質(zhì)量的要求 非接觸式虹膜采集系統(tǒng)主要由圖像采集電路光學(xué)鏡頭以及照明裝置