基于NETFPGA的手背靜脈身份認證系統

　　1. 流水線(xiàn)處理

　　流水線(xiàn)處理是高速設計中的一個(gè)常用手段。如果某個(gè)設計的處理流程分為若干步驟且數據處理都是單流向的，前一個(gè)步的輸出作為下一個(gè)步的輸入;那么就可以采用流水線(xiàn)設計方法提高系統的工作效率。對于我們的圖像處理算法來(lái)說(shuō)，存在很多同一條指令連續處理很長(cháng)一段數據的情況，此時(shí)提高吞吐率就顯得非常有意義。另外，主處理芯片Virtex-II Pro的邏輯門(mén)資源相對富裕，對流水線(xiàn)的實(shí)現規模約束很小。圖像的預處理不存在迭代式的反饋回路，使得單元結構更加規則，也非常適合通過(guò)Virtex-II Pro實(shí)現[2]。

　　圖像預處理過(guò)程分為濾波、閾值分割、開(kāi)操作、閉操作這四個(gè)步驟。開(kāi)始處理時(shí)，預處理流水線(xiàn)每個(gè)時(shí)鐘周期讀入一個(gè)像素數據，流水線(xiàn)填滿(mǎn)后，每個(gè)時(shí)鐘周期內，預處理流水線(xiàn)再輸出一個(gè)處理完的像素數據，各個(gè)模塊間連接，無(wú)需緩存。其中開(kāi)操作由一次腐蝕和一次膨脹構成，閉操作由一次腐蝕和一次膨脹實(shí)現。圖3以膨脹運算為例說(shuō)明了流水線(xiàn)處理過(guò)程。

　　以圖像膨脹流水線(xiàn)模塊為例說(shuō)明：像素數據流進(jìn)入模塊后，先進(jìn)入三行緩沖器，每行緩沖器輸出接到一個(gè)三像素緩沖器，相當于把圖像信息送入了 鄰域。這樣就可以在每一個(gè)時(shí)鐘周期都進(jìn)行一次或操作，得到一個(gè)像素點(diǎn)的新數據，完成了膨脹算法。其他模塊與之類(lèi)似，在此不再贅述[3-4]。

　　2. 軟硬協(xié)同處理[5]

　　圖像匹配是一項運算量大且耗時(shí)的工作。采用軟硬協(xié)同處理的設計策略，利用硬件模塊完成大部分運算，軟件負責控制和調度，系統效率大為提升。匹配算法需要進(jìn)行多次迭代運算(主要針對于平移和旋轉)，不適合流水線(xiàn)處理。匹配過(guò)程中需要讀取返回值進(jìn)行控制(如控制模板平移的位置，對每次匹配的結果做比較等)，由PowerPC軟件程序完成。在硬件系統中，BRAM資源非常有限，不可能同時(shí)用很大的內存空間做點(diǎn)集匹配。我們采用BRAM的空間并行化方法。通過(guò)改變BRAM的地址來(lái)讀取的圖像信息就可達到平移圖像的目的。匹配算法的軟硬協(xié)同實(shí)現框架如圖4所示：

　　系統測試方案及測試結果

　　匹配認證結果測試

　　測試方法：對該系統做多樣本的綜合輸入測試，計算拒識率、誤識率，建立樣本庫為50的數據庫，反復測試并記錄結果。

　　錯誤輸入1：使用沒(méi)有注冊的手，用正確的方式(位移+3mm，角度+5度，上下+10度以?xún)?如表1。

　　錯誤輸入2：使用已經(jīng)注冊的手，用錯誤的方式(平移，旋轉隨機)如表2。

　　正確輸入：使用已經(jīng)注冊的手，用正確的方式(位移+3mm，角度+5度，上下+10度以?xún)?如表3。

　　出現拒識現象，主要是因為輸入物體的錯誤或是系統使用時(shí)，忽視固定裝置，隨意擺放造成的。因此，當正確擺放手時(shí)，系統有極高的匹配率。