創(chuàng )意耳紋識別系統的研究與實(shí)現方案

　　項目背景及可行性分析

　　項目名稱(chēng)、項目的主要內容及目前的進(jìn)展情況

　　項目名稱(chēng)：基于FPGA的耳紋識別系統的研究與實(shí)現

　　項目?jì)热荩褐饕扇矫鏄嫵桑呵度胧郊夹g(shù)、耳紋采集技術(shù)、耳紋識別算法。

　　目前的進(jìn)展情況：算法在其它平臺處于調試階段，硬件處于模塊化設計階段

　　項目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng )新點(diǎn)的論述

　　關(guān)鍵技術(shù)：如何利用FPGA進(jìn)行數據處理改善輸入耳紋圖像的質(zhì)量，以提高特征提取的準確性。

　　創(chuàng )新點(diǎn)：采用先進(jìn)的SOPC技術(shù)簡(jiǎn)化了系統板級設計，增強了系統穩定性同時(shí)使用VHDL編程通過(guò)硬件來(lái)完成高速數據采集減輕了處理器的負擔，最終通過(guò)FPGA硬件實(shí)現快速耳紋圖象采集和DSP進(jìn)行數據處理改善輸入耳紋圖像的質(zhì)量，以提高特征提取的準確性。

　　技術(shù)成熟性和可靠性論述：

　　硬件方面：Xilinx公司Spartan-3E FPGA的DSP包括提供了一套浮點(diǎn)算子、DVB FEC編碼器內核，并增強了現有內核的諸多關(guān)鍵功能，包括提供了對最新的ISE 7.1i開(kāi)發(fā)工具的全面支持，對性能、硅片利用率或兩者均能實(shí)現更佳的優(yōu)化。

　　算法方面：在耳紋特征中輪廓、折痕、羽翼、皺紋、斑點(diǎn)、胎記等元素的分布對于某一個(gè)特定人的耳紋來(lái)說(shuō)，具有終生不變性和惟一性。它在耳朵的典型區域中最為清晰和明顯，是耳紋匹配的主要參數。提取過(guò)程包括偽特征點(diǎn)消除、外部形狀檢測、內部結構、斑點(diǎn)、皺紋、折痕紋線(xiàn)的檢測與分類(lèi)等步驟，以便于特征匹配?？梢砸远€(xiàn)的傅立葉系數為特征，也可以采用主元分析法、Zernike矩等算法。特征提取算法需要能適應噪聲、畸變、位移、旋轉、缺損、變形等常見(jiàn)的實(shí)際情況

　　通過(guò)以上分析，本項目的可靠性得到了保證，相信加上我們小組豐富的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，該項目在技術(shù)上也會(huì )越來(lái)越成熟的，取得預期的結果。

　　項目實(shí)施方案

　　1.方案基本功能框圖及描述

　　通過(guò)傳感器將包含在紋線(xiàn)的形狀結構中的耳紋的特征提取，傳感器出來(lái)的模擬信號量經(jīng)FPGA采集控制模塊控制A/D轉換器轉換成數字信號，DSP處理器將該數字信號通過(guò)二值化將與傳感器接觸的耳紋有用信息凸顯出來(lái)，并把分布不連續的耳紋信息塊標記出來(lái)，得到耳廓的邊緣，以便于特征提取。最后通過(guò)相應算法以耳廓曲線(xiàn)的傅立葉系數為特征，或可以采用主元分析法、Zernike矩等算法。特征提取算法需要能適應噪聲、畸變、位移、旋轉、缺損、變形等常見(jiàn)的實(shí)際情況。

　　2.需要的開(kāi)發(fā)平臺

　?。?） 實(shí)現本方案所需要的基本功能、功能、接口：

　　平臺上含A/D，采樣時(shí)鐘可達到80MHz；

　　平臺上的FPGA時(shí)鐘速率至少100MHz；

　　平臺上的FPGA有多個(gè)DCM；

　　支持DSP；

　　平臺上含DRAM、SRAM或FLASH存儲器。

　?。?） 所需要的目標FPGA開(kāi)發(fā)平臺，簡(jiǎn)述為什么需要此平臺

　　目標平臺為Spartan-3E 50萬(wàn)門(mén)開(kāi)發(fā)平臺，原因如下：本項目需要高速數據采集以及DSP做圖象處理，需要硬件處理平臺具有較高的處理速度和豐富的邏輯資源以實(shí)現SOPC系統方案，而Spartan-3E 50萬(wàn)門(mén)開(kāi)發(fā)平臺具有較強的DSP處理能力和豐富的片上資源，因此能夠勝任本設計；

　　需要的開(kāi)發(fā)工具包括MATLAB/Simulink、ModelSim、XilinxISE、EDK等。

　　2.方案實(shí)施過(guò)程中需要開(kāi)發(fā)的模塊

　　如圖1本方案中需要研制、開(kāi)發(fā)的功能主要模塊如下：

　　高速A/D采集模塊

　　USB模塊

　　LCD顯示模塊；

　　觸摸屏模塊；

　　存儲模塊；

　　采用模塊式開(kāi)發(fā)方式。

　　3.系統最終要達到的性能指標

　　通過(guò)比較現場(chǎng)提取的某一個(gè)耳紋特征點(diǎn)集合和原先建立的數據庫中的某一個(gè)耳紋特征點(diǎn)集合的相似程度。通常用代價(jià)函數（或匹配能量）來(lái)表示相似程度，取合適的門(mén)限將給出該兩組耳紋特征是否來(lái)自同一個(gè)人的同一個(gè)耳朵的判斷。

　　需要的其它資源

　　1.設計輸入輸出功能子板

　　圖象采集信號放大電路、鍵盤(pán)輸入擴展板。

　　2.測試設備

　　包括直流穩壓開(kāi)關(guān)電源、萬(wàn)用表、數字示波器、邏輯分析儀等常用設備。