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基于 DM642 DSP 的虹膜识别系统研究与设计

热度0票  浏览0次 时间:2017年5月18日 09:34
摘要:虹膜识别技术被认为是目前最具有发展前途的生物识别技术
之一,以其独特的优势广泛应用于身份认证、电子商务、金融等
各个领域。本文基于 TI 公司的TSM320DM642 设 计 一 种 以 DM642
DSP 芯片为核心处理器的虹膜识别系统,充分利用其处理速度快、
精度高的特点,实现系统的硬件和软件设计过程,为虹膜识别系
统的实现提供了前提条件。


【关键词】DSP TMS320DM642 虹膜识别 特征
提取
1 引言
如何准确鉴定一个人的身份,保护信息
安全是当今信息化时代必须解决的一个关键社
会问题。虹膜识别以其精确度高、稳定性好、
高独特性、非接触等特点作为一种新兴的生物
识别技术被人们所接受并广泛地应用和研究,
是身份识别领域中最具有发展前景的生物识别
技术之一。目前,虹膜识别系统可广泛应用于
身份认证、授权支付、电子商务、金融交易和
门禁系统等领域。本文提出一种基于 DM642
DSP 的虹膜识别系统设计方案,研究了该系统
的硬件和软件设计过程。
2 系统硬件设计
本文通过分析德州仪器公司的 C6000 系
列,最终采用 TSM320DM642 作为系统的核
心处理器,充分利用了 DM642 DSP 的处理速
度快、精度高的特点。该核心处理器完全能够
满足这套识别系统的功能,使系统达到低功耗、
高可靠性、低成本、实用性强的目的。系统的
硬件平台由五部分组成,包括虹膜图像采集、
虹膜图像处理、存储器、图像显示和电源部分。
2.1 图像采集部分
图 像 采 集 模 块 主 要 包 括 对 数 据 的 采
集、 放 大 和 A/D 转 换 三 部 分。 本 文 采 用
TI 公 司 的 TVP5150 模 数 转 换 芯 片, 选 取
CCDICX618ALA 作为图像传感器,CCD 图像
传感器的输出经由 TVP5150 模数转换芯片进
基于 DM642 DSP 的虹膜识别系统研究与设计
文/卢春雨 李晶晶 贾雪松 金鑫 洪旭东 白佳伟
虹膜识别技术被认为是目前
最具有发展前途的生物识别技术
之一,以其独特的优势广泛应用
于身份认证、电子商务、金融等
各个领域。本文基于 TI 公司的
TSM320DM642 设 计 一 种 以 DM642
DSP 芯片为核心处理器的虹膜识别
系统,充分利用其处理速度快、
精度高的特点,实现系统的硬件
和软件设计过程,为虹膜识别系
统的实现提供了前提条件。
行 A/D 转换,将转换后得到的数字虹膜图像
结果发送至 DSP 芯片中 , 通过虹膜图像预处
理、二值化、虹膜内外边缘定位等算法过程,
最终完成对虹膜图像特征的提取与识别。
2.2 图像处理部分
图像处理部分主要任务是对得到的数字
虹膜图像进行处理与识别,将处理的图像数据
存入数据存储器,将图像识别结果送到 LCD
显示器进行显示输出。虹膜图像预处理包括虹
膜图像的滤波、锐化、虹膜定位等几个步骤。
2.3 图像存储部分
虹膜数据存储部分主要由 SDRAM 和
FLASH 存储器组成。SDRAM 是一种同步动
态存储器,用于程序执行和虹膜数据暂存。
SDRAM 作为主要片外存储器,具有容量大、
成本低,且开发难度不大。虹膜识别程序和虹
膜库在运行时都存储在 SDRAM 中,但是当系
统掉电后,这些程序和数据都会丢失。FLASH
存储器在无电流供应条件下能够长久地保持数
据,因此,FLASH 存储器用于存储程序、初
始化原始图像数据和虹膜特征数据库。
2.4 图像显示部分
图像显示部分采用数字 LCD 液晶显示屏,
可省去数模转换芯片,而只需一片复杂可编程
逻辑器件 CPLD 驱动 LCD。CPLD 的编程采用
E2PROM 或 FAST FLASH 技术,无需外部存
储芯片,使用简单,编程次数可达一万次,其
优点是系统断电时编程信息也不丢失。
TMS320DM642 内部已经集成了 256KB
的 RAM,但是由于本系统的虹膜识别算法和
虹膜库以及各种外围电路驱动都需要在 RAM
上运行,远远无法让系统满足需要。因此需要
扩展片外存储器,而比较常用的片外 RAM 有
SDRAM 和 SRAM,而 DSP 的 EMIF 口可以和
SDRAM 无缝连接,从成本和开发难度两方面
综合考虑,我们选择 SDRAM 作为主要片外存
储器。
3 系统软件设计
软件设计主要包括虹膜定位、图像归一
化及增强、虹膜特征提取与编码、匹配识别等
几个模块。系统主程序运行在 DSP 中,完成
虹膜图像处理的全部算法。识别过程是:先用
摄像机拍摄眼睛图像,然后进行图像预处理,
再对虹膜特征进行分析,与存储的虹膜特征进
行模式匹配,最后得出识别结果。在这过程中,
虹膜定位、特征分析和匹配是其重要的部分。
为了提高定位速度,本文主要研究了一
种新的基于形态学方法的虹膜定位算法,分别
对虹膜图像进行了滤波、外边缘和内边缘的定
位。此方法能准确地定位出虹膜的内外边缘,
在很大程度上提高了定位速度。
虹膜图像处理算法在 MATLAB 上仿真
后,需要在 DSP 上具体实现以转换为实用技
术。DSP 程序在片上 RAM 中运行时,具有较
快的指令速度,而程序在 Flash 中运行时,速
度大大降低。最终的系统完成时,算法必须
烧写至 Flash 中运行。先借助 VC++ 平台,将
MATLAB 语言转换为 C 语言进行移植程序。
在编写过程中,保证算法的实现精度,通过将
关键程序映射至高速 RAM 中运行,提高执行
速度,合理配置 DSP 资源,以保证用 DSP 实
现算法的计算精度和处理的实时性。
4 结束语
本文充分利用 DM642 DSP 芯片处理速度
快、精度高的特点来实现虹膜识别系统的设计,
将本文研究的虹膜识别算法移植到 DSP 上。
经过大量实验结果表明,本系统识别率较高,
系统稳定、实用性和可靠性都较好。但从实际
应用的角度考虑,本设计可能考虑的还不够全
面,在后续的工作中有待进一步研究和完善。
参考文献
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嵌入式系统应用 ,2014.
[4]余成波.数字图像处理及MATLAB实现[M].
重庆:重庆大学出版社 ,2003.
[5] 李 明 东, 张 丽 丽 . 基 于 DSP 的 虹 膜 识
别系统的设计与实现 [J]. 微计算机应
用 ,2011.
作者单位
沈阳城市建设学院信息与控制工程系 辽宁省
沈阳市 110167



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