DSP芯片TMS320DM642的虹膜識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)_第1頁
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文檔簡介

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 DSP芯片TMS320DM642的虹膜識別系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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,具有性、穩(wěn)定性、可采集性和非侵犯性等優(yōu)點(diǎn)。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(jì)虹膜識別的錯(cuò)誤率是各種生物識別中的。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(shí)現(xiàn)方案。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)由五個(gè)部分組成,分別是圖像采集、圖像處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖像顯示和電源部分。其構(gòu)造框圖如

2、圖1所示 圖1 系統(tǒng)構(gòu)造框圖 2.1 圖像采集 圖像采集是將CCD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TI公司的TVP5145芯片,其采樣精度到達(dá)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(gè)虹膜識別系統(tǒng)的。它的任務(wù)是對得到的數(shù)字虹膜圖像開展處理和識別,將處理的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,將識別的結(jié)果送到LCD顯示器開展顯示。 TMS320DM642基于C64x內(nèi)核,采用甚長指令字(VelociTI)體系構(gòu)造。具有64個(gè)32位通用存

3、放器,8個(gè)獨(dú)立計(jì)算的功能單元。它可在600MHz時(shí)鐘速率工作,每個(gè)指令周期可并行執(zhí)行8條32位指令,峰值計(jì)算速率可達(dá)4800MIps。TMS320DM642有L1和L2兩級緩存,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(gè)獨(dú)立通道的EDMA(擴(kuò)展的直接存儲(chǔ)器訪問)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。DM642具有豐富的外圍設(shè)備接口:包括三個(gè)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

4、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(chǔ)器接口(EMIF),可連接異步或同步的存儲(chǔ)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(diǎn),能滿足虹膜圖像處理的實(shí)時(shí)性要求。 2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分包括FLASH、SDRAM和CF卡三部分。FLASH存儲(chǔ)器具有可在系統(tǒng)開展電擦寫,掉電后信息不丟失的功能,用它來保存系統(tǒng)自啟動(dòng)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?56

5、KB,數(shù)據(jù)總線為8位。DSP 選擇了EMIFA boot模式時(shí),上電后自動(dòng)從CE1空間裝載程序,所以FLASH 必須接在EMIF的CE1空間。SDRAM存儲(chǔ)器的存取速度較高,用它來存放系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的代碼以及臨時(shí)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(chǔ)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(dòng)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)

6、的硬件部分中占有重要的地位,它將影響到整機(jī)能否可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。其中,要著重考慮以下兩點(diǎn):、要有一套保證DSP芯片內(nèi)核和I/O能同時(shí)上電的解決方案,這樣防止對芯片造成損害。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(gè)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(huì)*件的實(shí)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(shí)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(jì)了電壓監(jiān)控電路來實(shí)時(shí)監(jiān)控電壓。根據(jù)本系統(tǒng)特點(diǎn),采用了TI公司的TPS3307芯片。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序運(yùn)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。

7、識別過程是:先用攝像機(jī)拍攝眼睛圖像,然后開展圖像預(yù)處理(虹膜定位、增強(qiáng)等),再對虹膜特征開展分析,與存儲(chǔ)的虹膜特征開展模式匹配,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(jī)拍攝到細(xì)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。然后用取圖像連通域和二值圖像形態(tài)學(xué)的方法較地定出瞳孔的邊緣范圍。將圖像開展適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)和邏輯運(yùn)算,可

8、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(diǎn)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(shí),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,防止了搜索的盲目性。 3.2 虹膜的相位匹配算法 虹膜圖像的紋理特征具有性,不同人的虹膜紋理是不一樣的。在虹膜自動(dòng)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(shí)時(shí)圖)開展匹配比較,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

9、算法原理為:對基準(zhǔn)子圖和實(shí)時(shí)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(gè)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(shí),相位相關(guān)函數(shù)是脈沖函數(shù);當(dāng)兩圖不一樣時(shí),相位相關(guān)函數(shù)不能形成脈沖函數(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(shí)驗(yàn)結(jié)果 本系統(tǒng)對虹膜圖像開展判斷和識別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明同一人的虹膜圖像的相位相關(guān)函數(shù)是脈沖函數(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,取低頻部分信息開展比較。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)幅值值為1。而不同的

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