基于DM642 DSP的虹膜识别系统设计

卢春雨

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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[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 辽宁省沈陽市 110167