基于NETFPGA的手背靜脈身份認證系統

　　引言

　　在信息安全領(lǐng)域，身份識別的需求越來(lái)越突出，生物特征作為身份識別依據越來(lái)越受到重視。聲音、指紋、人臉、虹膜等生物特征已經(jīng)逐漸應用于銀行、國家保密機關(guān)、網(wǎng)上交易等領(lǐng)域。靜脈識別是近年來(lái)新興的一種生物識別方法，是一種具有獨特優(yōu)勢的非接觸式的識別技術(shù)，具有廣泛的市場(chǎng)前景。

　　人體靜脈識別具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

　?、焙軓姷钠毡樾院臀ㄒ恍訹1];⒉血管位于體表內部，采用非接觸性的認證方式，不會(huì )使人產(chǎn)生抵觸情緒，采集過(guò)程十分友好;⒊很好的穩定性，不易收污染和輕傷等情況影響;⒋由于是身體內部的血管特征，很難偽造;⒌由于靜脈的穩定性和捕捉影像的清晰性，設備成本低。

　　因此靜脈識別在身份鑒別領(lǐng)域中越來(lái)越受青睞。在部分國家，靜脈識別技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用領(lǐng)域。在我國，雖然靜脈識別技術(shù)的研究已經(jīng)起步，但市場(chǎng)上幾 乎沒(méi)有擁有自主知識產(chǎn)權的實(shí)用產(chǎn)品，靜脈識別技術(shù)必將是以后身份鑒別技術(shù)的熱點(diǎn)，擁有更廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展空間。手部的靜脈識別主要有：指靜脈，手掌靜脈和手背靜脈，由于指靜脈信息量過(guò)少，手掌靜脈采集難度大，易受掌紋影響，故選擇合適的手背靜脈作為識別生物特征對象，進(jìn)而來(lái)開(kāi)發(fā)系統。

　　本套手背靜脈身份驗證系統(VAS)作品，較好解決了圖像采集、圖像處理、特征提取與匹配等方面的難題，并在基于NetFPGA的嵌入式開(kāi)發(fā)板上，實(shí)現了靈活友好的人機交互界面。創(chuàng )新點(diǎn)在于：安全、魯棒的認證方式;算法硬件化，流水線(xiàn)工作方式;軟硬件并行協(xié)同設計;系統多功能，具有擴展性。

　　系統方案

　　實(shí)現原理

　　手背靜脈身份認證系統的基本原理是根據血液中的血紅素有吸收近紅外線(xiàn)光的特質(zhì)，使用專(zhuān)用的裝置采集手背靜脈圖樣。然后通過(guò)濾波、圖像二值化、細化等手段處理，即可提取到數字圖像特征。在認證匹配時(shí)，實(shí)時(shí)采集手背靜脈圖，先進(jìn)行圖像預處理，提取特征值，同存儲注冊的靜脈特征值比對，采用優(yōu)化的匹配算法對靜脈特征進(jìn)行匹配，從而對個(gè)人進(jìn)行身份認證。系統采用非接觸式采集，具有采集友好、難以偽造、穩定性高等優(yōu)勢。

　　系統硬件結構

　　嵌入式系統模塊

　　本系統放棄了NetFPGA系統的傳統配置方案，采用以Virtex II Pro上集成的硬核控制器PowerPC為核心，在Virtex II Pro上配置和開(kāi)發(fā)了相應的IP核來(lái)控制相應的硬件，主要IP核包括UART、SPI、IIC串行通信IP核，MPMC存儲控制器IP核，VGA顯示IP核，視頻輸入采集IP核等。主控制硬核PowerPC與各功能IP核之間采用PLB46總線(xiàn)相連。同時(shí)利用Spartan II實(shí)現了相應的I/O口擴展。改造后的NetFPGA系統的結構圖如圖2所示。

　　算法的硬件實(shí)現

　　系統圖像處理需要大量的緩存，同時(shí)需要頻繁的訪(fǎng)問(wèn)和操作數據。通常的嵌入式系統存儲單元不是很多，較低的系統工作頻率也制約了圖像處理的速度。對FPGA來(lái)說(shuō)，若只用它的硬核PowerPC做軟件開(kāi)發(fā)效果肯定不佳，故通過(guò)將算法硬件化來(lái)達到所需要的系統性能。