【導(dǎo)讀】畢業(yè)設(shè)計論文--基于MATLAB的虹膜識別系統(tǒng)研究。名王玥申請學(xué)位級別碩士專業(yè)通信與信息系。20210401武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文。摘要生物識別技術(shù)在當(dāng)今世界中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用虹膜識別技術(shù)是。膜作為重要的身份鑒別特征具有終身不變性和差異性沒有任何虹膜的形狀是。定性加之進(jìn)行虹膜識別時不需對人體進(jìn)行侵犯故它是一種理想的生物識別技。虹膜識別技術(shù)研究和應(yīng)用方面都得到了長是的進(jìn)步并表現(xiàn)出廣闊的前景和市。理的特征以及虹膜識別技術(shù)的相關(guān)理論介紹了虹膜技術(shù)的歷史發(fā)展情況和現(xiàn)。階段國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r虹膜識別系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大模塊虹膜圖像獲取。裝置和虹膜識別算法分別對應(yīng)于圖像采集和模式匹配兩個基本問題獲取高質(zhì)。量的虹膜圖像是虹膜識別的首要任務(wù)也是虹膜識別最難解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。精準(zhǔn)地采集圖像并通過合理的虹膜識別算法處理才能得到滿意的識別效果而。個基本問題著重研究了基于1Ms320DM642DSP的虹膜識別系統(tǒng)給出了系統(tǒng)的硬

　　

【正文】 組成 由于傳統(tǒng)的 CCD 與圖像采集卡組合進(jìn)行圖像采集的方法暴露出集成度低使用 不便等缺點所以圖像采集電路采用互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體 CMOS 圖像傳 感器與相應(yīng)的專用通用串行總線 USB 控制芯片傳輸相結(jié)合的方案不僅使用 便利而且傳輸速度達(dá)到了每秒 15 幀 VGA圖像滿足了虹膜識別技術(shù)對采集速 度的要求在進(jìn)行非接觸虹膜圖像采集時要解決 以下幾個問題 9 ①在設(shè)計過程中要考慮使系統(tǒng)采集到的圖像質(zhì)量免受雜光的干擾 ②提供方法使使用者眼睛的位置能夠保持定不能來回晃動 ③輔助使用者判斷眼睛是否在正確的位置包括是否進(jìn)入了采集設(shè)備的視 場范圍以及到鏡頭的距離是否合適 針對上面提出的問題下面介紹一種具有代表性的虹膜圖像攝取裝置 為了克服雜光對虹膜圖像畫質(zhì)的影響虹膜采集系統(tǒng)采用紅外線 LED 照明 并且在攝像機(jī)鏡頭 1ens 和圖像傳感器 cMOSsensor 之間粘貼一濾光片 誤攝像機(jī)鏡頭前面放置了一片 半透半反鏡使用者可以通過半透半反鏡觀察 自己眼睛的像是否在鏡頭的范圍內(nèi)來判斷自己的眼睛是否偏出攝像機(jī)的視場范 圍 采用兩個藍(lán)色的 LED 提供輔助照明來幫助使用者判斷眼睛是否在合適距 離如圖 2． 4LED 發(fā)出的光通過狹縫和凸透鏡后在使用者的臉上成條狀的像 通過調(diào)節(jié)狹縫與凸透鏡之間的物距以及兩套裝置的角度當(dāng)使用者的眼睛在合 適的距離上時兩個狹縫所成的像會重合在一起否則兩個狹縫所成的像會 分開這樣通過觀察狹縫的像是否重合使用者就可自行調(diào)節(jié)眼睛的位置至 合適距離由于使用者一直注視自己的眼睛在半 透半反鏡所成的像所以眼睛 的 位 置 不 會 竄 動 從 而 影 響 虹 膜 圖 像 的 獲 取 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 透鏡 紅外線 L 功 圖 2． 3 系統(tǒng)的照明方案 圖 2． 4 系統(tǒng)的輔助照明方案 紅外線 LED 藍(lán)色 LED 凸透鏡以及鏡頭之間的位置關(guān)系如圖 2． 5 所示 照明用凸透鏡和定位用凸透鏡到眼睛的距 離分別為 14 武 漢 理 工 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 廂毛 廂 2． 1 眼睛紅外線 LED 發(fā)出的光經(jīng)過凸透鏡后會在臉上打出圓形光斑其光路圖 如圖 2． 6 所示 LED 經(jīng)凸透鏡后所成的像的像距一厶 7 可 以 由 下 面 的 式 子 22 推導(dǎo) 圖 2 ． 6 照明光路圖 五 D 擊 五 d 一厶 7 其中 d 為凸透鏡的直徑 D 為圓形 光 斑 的 直 徑 凸 透 鏡 焦 距 可 由 公 式 23 估算 去寺 i1 石 上 l q ∞ 輔助瞄準(zhǔn)用的幾何光是由藍(lán)色 LED 從狹縫發(fā)出經(jīng)過凸透鏡后在人的臉上 成像而成凸透鏡的焦距按照公式 2 ． 4 估算其中上 2 厶 厶 可 根 據(jù) 實 際 情 況 調(diào)節(jié) 互三 2 在虹膜識別的過程中半透半反鏡的作用是輔助瞄準(zhǔn)因此希望半透半反鏡 對眼睛成放 大像便于使用者觀察自己眼睛位置所以半透半反鏡應(yīng)設(shè)計成凹 面形式光路如圖 2． 7 所示設(shè)放大倍數(shù)為‖ 一厶／厶則半透半反鏡的半徑 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 計算公式為 1 l 2 一 一 ≈ 一 25 上厶 R 圖 2． 7 半透半反鏡光路圖 虹膜紋理通過光學(xué)系統(tǒng)成像后需要通過圖像采集系統(tǒng)將其傳輸至計算機(jī) 傳統(tǒng)的圖像采集傳輸方式是使用面陣 CCD 傳感器進(jìn)行圖像采集并通過 ISA或 PCI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸面陣 CCD器件雖然具有光照靈敏度高噪聲低像元 尺寸小等優(yōu)點但缺點也較明顯 CCD 圖像傳感技術(shù)難以將光敏單元陣列驅(qū) 動電路模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理電路實現(xiàn)單片集成而且 CCD 陣列驅(qū)動脈沖復(fù)雜需 要使用相對較高的工作電壓不能與大規(guī)模集成電路的制造工藝技術(shù)兼容而 CMOS 圖像傳感器高度的集成化減小了系統(tǒng)的復(fù)雜性降低 了制造成本同時 它還具有單一工作電壓 電源電壓為 3． 3V 或 5V 功耗低可與其它的 CMOS 集成電路兼容等優(yōu)點因此它有效的克服了 CCD 圖像傳感器在這方面的缺陷在 圖像傳輸方面通過選用與 cMOs 傳感器搭配的專用 USB 接口芯片大大的提 高圖像的傳輸速率 2． 8 所示 CMOS7120 是高度集成的 CMOS 黑白圖像采集芯片內(nèi)部集成了圖像傳感 陣列圖像時序發(fā)生器曝光控制白平衡檢測等單元從而構(gòu)成了一個較為 完善的圖像采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)圖像的自動增益控制色平衡亮度控制濾 波以及 A／ D 轉(zhuǎn)換等操作我們通過 向芯片內(nèi)的寄存器寫入控制字來實現(xiàn)以上操 t6 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 頻流在輸出數(shù)字視頻流的同時還提供像素時鐘信號 PCLK水平參考信號 HREF水平同步信號 CHSYNC垂直同步信號 VSYNC 等 圖 2． 8 圖像采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 協(xié)議該芯片具有很高的集成度它不僅集成了 USB 控制功能模塊和接收圖像 的攝像機(jī)接口模塊同時還集成了一個 DRAM接口模塊來實 現(xiàn)對 DRAM同時 進(jìn)行讀寫操作一個 FIFO 模塊和圖像壓縮引擎模塊 OmniCE 壓縮接收到的圖像 數(shù)據(jù) 最大可以實現(xiàn)實時對圖像進(jìn)行 8l 壓縮 通過在芯片內(nèi)對圖像進(jìn)行壓 部的分頻電路可以為前端的圖像采集芯片提供 24MHz的時鐘信號 圖像由 CMO7120采集進(jìn)來后在像素時鐘信號 PCLK的同步下直接傳 再將其讀入并壓縮而 OnmiCE將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮后會將其通過 FIFO 傳遞 總線傳輸?shù)街鳈C(jī)主機(jī)接收到數(shù)據(jù)后通過驅(qū)動程序完成對數(shù)據(jù)的解壓 17 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 CameraControl Bus 總線來實現(xiàn)該系統(tǒng)由 USB 總線提供電源通過開關(guān)二極管該電源可 以直接為 CMOS511 供電 2． 1． 2 圖像處理 性能的 DSP 它是整個虹膜識別系統(tǒng)的核心 DSP 讀入圖像數(shù)據(jù)后進(jìn)行先期處 理如將ⅥⅣ格式轉(zhuǎn)為 RGB格式等然后進(jìn)行圖像編碼它的任務(wù)是對得到 的數(shù)字虹膜圖像進(jìn)行定位 特征提取等處理和匹配識別利用采集到的 YUV 圖 像信號數(shù)據(jù)進(jìn)行算法的驗證將處理的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器還可將識別的結(jié) 果送到 LCD LiquidCrystal Display 顯示器進(jìn)行顯示 1． 1MS320DM2 芯片介紹 TMS320DM642 是一種高性能的數(shù)字媒體處理器它具有以下主要特點 以前的 VeloeiTI 結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到 Vdoci TI． 2 結(jié)構(gòu)包含了許多新的指令增加 了額 外的數(shù)據(jù)通道寄存器的數(shù)量也增加了一倍這些擴(kuò)展使得 CPU 可以在一個時 鐘周期內(nèi)處理更多的數(shù)據(jù)從而獲得更高的運算性能由于 VelociTl． 2的擴(kuò)展具 32 位指令峰值計算速率可達(dá) 4800MIps 問 控制器負(fù)責(zé)片內(nèi) L2 與其它外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸具有三個 32bit的通用 定時器 DM642具有強(qiáng)大而豐富的外圍設(shè)備接口包括三個可配置的雙通道視 頻接口 Video Port 支持多視頻標(biāo)準(zhǔn)可以和視頻輸入輸出或傳輸流輸入無 插入式控制端口 Ⅵ c 以支 持 音 頻 視 頻 的 同 步 兩 個 多 通 道 緩 沖 串 口 具 18 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 口 GPO 具有可編程中斷的通用模式以及 64 bit的外部存儲器接口 EMIF 可連接異步或同步的存儲器如 SDRAM此外還具有 12C總線模塊數(shù)據(jù)管 理輸入輸 LR MDIO 模塊等 TMS320DM642芯片集成了各種片內(nèi)外設(shè)使得開發(fā)視頻和圖像領(lǐng)域的應(yīng) 用 更為方便有三個可配置的外圍視頻端口 VP0VPlvP2 提供與視頻輸入 視頻輸出以及碼流輸入的無縫接口這些外圍端口兼容一般的視頻編解碼可 以把他們當(dāng)作視頻獲取視頻顯示或傳輸流獲取端口使用 DM642 外圍視頻端 CCIR601ITU． B 口支持多協(xié)議和視頻標(biāo)準(zhǔn) eg T． 656BT． 1120SMPTE125M 260M274Mand296M 每個視頻端口由 A和 B兩個通道組成在這兩個通道 之間有一個 5120Byte的獲取或顯示緩沖區(qū) McASP0接口支持單發(fā)送單接收時鐘區(qū)域有 8 個串行數(shù)據(jù)引腳這些引腳 能被獨立地分配到發(fā)送或接收區(qū)域的任何一個區(qū)域串口在每個引腳上的 232 時隙支持時分復(fù)用每個區(qū)域內(nèi)的串行數(shù)據(jù)可以同時在多個引腳發(fā)送和接收 除此之外 MeASP0 還提供強(qiáng)大的錯誤檢測和恢復(fù)功能 VIC 的輸出是一個單 bit 插入式 D／ A 輸出 網(wǎng)絡(luò)媒體存儲控制器 EMAC 在 DM642 和 網(wǎng) 絡(luò) 之 間 提 供 了 一 個 有 效 的 接 口 DM642 EMAC利用一個客戶端接口通到允許數(shù)據(jù)有效發(fā) 10Mbps和 100MbpsDM642 送和接收的 DSP 的 CPu 數(shù)據(jù)管理輸入輸出 MDIo 模塊為了計算系統(tǒng)中所有的PHY 支持所有 存器透明地控制它的連接狀態(tài)連接改變事件存在 MDIO 模塊中并能選擇性 的中斷 DSP 允許 DSP 給設(shè)備的連接狀態(tài)計數(shù)而不需要持續(xù)地進(jìn)行MDIO 存儲 通信除此之外標(biāo)準(zhǔn)的多通道緩沖串口 MeBSP 能夠用來與串行的外圍接 口 SPI 設(shè)備通信