1 前言

　近年來興起的生物特征識別技術(shù)具有很好的可靠性,。虹膜作為重要的身份鑒別特征，具有唯一性,、穩(wěn)定性,、可采集性和非侵犯性等優(yōu)點。與臉像,、聲音等身份鑒別方法相比,，虹膜具有更高的準(zhǔn)確性。據(jù)統(tǒng)計虹膜識別的錯誤率是各種生物識別中最低的,。目前,，虹膜識別系統(tǒng)可應(yīng)用于電子商務(wù)、條件登錄、授權(quán)支付,、權(quán)限信息和金融交易等領(lǐng)域,。本文提出了基于TMS320DM642 DSP的虹膜識別系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)硬件和軟件的實現(xiàn)方案,。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　本系統(tǒng)的硬件平臺由五個部分組成,，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1所示

　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　2.1 圖像采集

　　圖像采集是將CCD攝像機采集到的虹膜圖像,，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TI公司的TVP5145芯片，其采樣精度達到10bit,，輸出支持CCIR-656和BT656等格式,。

　　2.2 圖像處理

　　數(shù)字多媒體處理器TM320DM642屬于TI公司C6000系列，是一款新型高性能的DSP,。它是整個虹膜識別系統(tǒng)的核心,。它的任務(wù)是對得到的數(shù)字虹膜圖像進行處理和識別，將處理的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器,，將識別的結(jié)果送到LCD顯示器進行顯示,。

　　TMS320DM642基于C64x內(nèi)核，采用高級甚長指令字(VelociTI)體系結(jié)構(gòu),。具有64個32位通用寄存器,，8個獨立計算的功能單元。它可在600MHz時鐘速率工作,，每個指令周期可并行執(zhí)行8條32位指令,，峰值計算速率可達4800MIps。TMS320DM642有L1和L2兩級緩存,，第一級包括L1P(16KB)程序緩存和L1D(16KB)數(shù)據(jù)緩存;第二級緩存L2(256KB)可靈活配置成緩存或片上內(nèi)存,。TMS320DM642具有64個獨立通道的EDMA(擴展的直接存儲器訪問)控制器，負責(zé)片內(nèi)L2與其它外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸,。DM642具有豐富的外圍設(shè)備接口：包括三個可配置的雙通道視頻接口(Video Port),，可以和視頻輸入，輸出或傳輸流輸入無縫連接;具有多通道音頻串行端口(McASP),，便于音頻應(yīng)用開發(fā);10/100Mbps以太網(wǎng)口(EMAC),，便于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用;66MHz32bit的PCI接口;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I2C總線模塊、數(shù)據(jù)管理輸入輸出模塊(MDIO)等,。

　　TM320DM642具有以上的特點,，能滿足虹膜圖像處理的實時性要求。

　　2.3 數(shù)據(jù)存儲

　　數(shù)據(jù)存儲部分包括FLASH,、SDRAM和CF卡三部分,。FLASH存儲器具有可在系統(tǒng)進行電擦寫，掉電后信息不丟失的功能,，用它來保存系統(tǒng)自啟動代碼以及系統(tǒng)程序代碼,，本系統(tǒng)選用ATMEL公司的AT29LV020 FLASH芯片，它是NOR型的FLASH芯片,，總?cè)萘繛?56KB,，數(shù)據(jù)總線為8位。DSP 選擇了EMIFA boot模式時,，上電后自動從CE1空間裝載程序,，所以FLASH 必須接在EMIF的CE1空間。SDRAM存儲器的存取速度較高,，用它來存放系統(tǒng)運行時的代碼以及臨時圖像數(shù)據(jù),，本系統(tǒng)選用四片三星公司的SDRAM K4S561632E，每片為16位,，32MB，接在DSP的EMIF接口的CE0空間,。CF卡接在EMIF的CE2空間,，用來存儲原始圖像數(shù)據(jù)和識別結(jié)果。

　　2.4 圖像顯示

　　圖像顯示部分采用數(shù)字LCD,，可省去數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片,，而只需一片可編程邏輯器件CPLD驅(qū)動LCD，該CPLD選用Altera公司的MAX3000系列,。

　　2.5 電源部分

　　電源部分在系統(tǒng)的硬件部分中占有重要的地位,，它將影響到整機能否可靠運轉(zhuǎn)。其中,，要著重考慮以下兩點：第一,、要有一套保證DSP芯片內(nèi)核和I/O能同時上電的解決方案，這樣避免對芯片造成損害,。本系統(tǒng)采用D型邊沿觸發(fā)器來開關(guān)電源輸出,，很好的解決了這個問題;第二、在高速電路板中,，開關(guān)的電磁輻射和線路噪音會干擾器件的實際工作電壓,，而DSP芯片一般要求工作電壓偏差不超過5%，否則，長時間工作在非正常電壓容易縮短芯片壽命甚至于燒毀,。因此,，本系統(tǒng)中特別設(shè)計了電壓監(jiān)控電路來實時監(jiān)控電壓。根據(jù)本系統(tǒng)特點,，采用了TI公司的TPS3307芯片,。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)主程序運行在DSP中，完成虹膜圖像處理的全部算法,。虹膜識別的流程圖如圖2所示,。識別過程是：先用攝像機拍攝眼睛圖像，然后進行圖像預(yù)處理(虹膜定位,、增強等),，再對虹膜特征進行分析，與存儲的虹膜特征進行模式匹配,，最后得出識別結(jié)果,。在這過程中，虹膜定位,、特征分析和匹配是重要的部分,。

　　3.1 虹膜定位

　　本系統(tǒng)采用CCD攝像機拍攝到細節(jié)較清晰的眼睛圖像。虹膜是眼睛瞳孔和鞏膜間的環(huán)形可視部分,。虹膜定位,，即是確定虹膜的內(nèi)外邊緣。一般而言,，瞳孔灰度值比虹膜灰度值小,，而虹膜灰度值又比鞏膜灰度值小。因此,，先以眼圖的灰度平均值為尺度,，取得眼圖的二值化圖像。再選取合適的較小的閾值就可粗略定出瞳孔的邊界,。然后用取圖像最大連通域和二值圖像形態(tài)學(xué)的方法較精確地定出瞳孔的邊緣范圍,。最后將圖像進行適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)和邏輯運算，可消除瞳孔內(nèi)部的光照的影響,。這樣可較好定出虹膜的內(nèi)邊緣,，并通過對邊緣點的坐標(biāo)值求平均的方法確定出瞳孔圓心。在確定虹膜外邊緣時,，要選擇較大的合適閾值大致定出虹膜與鞏膜的邊界,。其余步 驟基本與定內(nèi)邊緣的類似。這樣定位的方法速度快,，避免了搜索的盲目性,。

　　3.2 虹膜的相位匹配算法

　　虹膜圖像的紋理特征具有唯一性,，不同人的虹膜紋理是不一樣的。在虹膜自動識別中通常是先存入一幅已知圖像(基準(zhǔn)子圖)作為模板,，再對任一輸入圖像(實時圖)進行匹配比較,，判斷兩者的關(guān)系。

　　由于虹膜成像過程中引入的主要是高頻成份的非線性幾何失真,，且虹膜圖像的頻譜能量主要集中在低頻區(qū)域,。所以本系統(tǒng)采用基于低通濾波和傅里葉頻譜的相位相關(guān)算法。該算法原理為：對基準(zhǔn)子圖和實時圖分別求出離散傅里葉變換,。將兩圖變換結(jié)果的乘積取復(fù)共軛得到它們的互功率譜,，歸一化后，便得到對應(yīng)于這個功率譜的相位譜,，然后對相位譜求逆傅里葉變換,，得到相位相關(guān)函數(shù)。

　　此功率譜的相位譜包含了兩圖之間差異的信息,。當(dāng)兩圖一樣時,，相位相關(guān)函數(shù)是δ脈沖函數(shù);當(dāng)兩圖不一樣時，相位相關(guān)函數(shù)不能形成δ脈沖函數(shù),。因此,，相位相關(guān)函數(shù)可以用來度量兩圖之間的相似程度。并且相位相關(guān)算法具有較高的匹配精度,。此外,，還由于相位相關(guān)函數(shù)對于灰度值及其尺度的變化是不敏感的，所以,，這種算法不易受這些誤差因素影響,。

　　4 實驗結(jié)果

　　本系統(tǒng)對虹膜圖像進行判斷和識別。實驗結(jié)果表明同一人的虹膜圖像的相位相關(guān)函數(shù)是δ脈沖函數(shù),，其相位相關(guān)面如圖3所示,。不同人的虹膜圖像的相位相關(guān)函數(shù)不能形成δ脈沖函數(shù),，其相位相關(guān)面如圖4所示,。由于圖像信息高頻部分具有噪聲干擾，為獲得較好的效果,，取低頻部分信息進行比較,。從圖中可知，同一人的虹膜圖像有一致性,，相位相關(guān)函數(shù)幅值最大值為1,。而不同的人的虹膜圖像比較的結(jié)果圖中則是雜亂無章的，無規(guī)律可尋,。兩個圖的區(qū)別非常明顯,。

　　圖3 同一人的虹膜圖像比較結(jié)果 圖4 不同人的虹膜圖像比較結(jié)果

　　5 結(jié)束語

　　本文介紹了一種基于DSP的虹膜識別系統(tǒng),。大量實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)識別率較高,，系統(tǒng)穩(wěn)定,、可靠。本系統(tǒng)已經(jīng)完成調(diào)試,，效果良好,，具有廣泛的應(yīng)用前景。