創(chuàng)意耳紋識(shí)別系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)方案

　　項(xiàng)目背景及可行性分析

　　項(xiàng)目名稱(chēng)、項(xiàng)目的主要內(nèi)容及目前的進(jìn)展情況

　　項(xiàng)目名稱(chēng)：基于FPGA的耳紋識(shí)別系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

　　項(xiàng)目?jī)?nèi)容：主要由三方面構(gòu)成：嵌入式技術(shù)、耳紋采集技術(shù)、耳紋識(shí)別算法。

　　目前的進(jìn)展情況：算法在其它平臺(tái)處于調(diào)試階段，硬件處于模塊化設(shè)計(jì)階段

　　項(xiàng)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(shù)據(jù)處理改善輸入耳紋圖像的質(zhì)量，以提高特征提取的準(zhǔn)確性。

　　創(chuàng)新點(diǎn)：采用先進(jìn)的SOPC技術(shù)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)板級(jí)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性同時(shí)使用VHDL編程通過(guò)硬件來(lái)完成高速數(shù)據(jù)采集減輕了處理器的負(fù)擔(dān)，最終通過(guò)FPGA硬件實(shí)現(xiàn)快速耳紋圖象采集和DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理改善輸入耳紋圖像的質(zhì)量，以提高特征提取的準(zhǔn)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(nèi)核，并增強(qiáng)了現(xiàn)有內(nèi)核的諸多關(guān)鍵功能，包括提供了對(duì)最新的ISE 7.1i開(kāi)發(fā)工具的全面支持，對(duì)性能、硅片利用率或兩者均能實(shí)現(xiàn)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(duì)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(qū)域中最為清晰和明顯，是耳紋匹配的主要參數(shù)。提取過(guò)程包括偽特征點(diǎn)消除、外部形狀檢測(cè)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、斑點(diǎn)、皺紋、折痕紋線的檢測(cè)與分類(lèi)等步驟，以便于特征匹配?？梢砸远€的傅立葉系數(shù)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(yīng)噪聲、畸變、位移、旋轉(zhuǎn)、缺損、變形等常見(jiàn)的實(shí)際情況

　　通過(guò)以上分析，本項(xiàng)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(yàn)，該項(xiàng)目在技術(shù)上也會(huì)越來(lái)越成熟的，取得預(yù)期的結(jié)果。

　　項(xiàng)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的形狀結(jié)構(gòu)中的耳紋的特征提取，傳感器出來(lái)的模擬信號(hào)量經(jīng)FPGA采集控制模塊控制A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，DSP處理器將該數(shù)字信號(hào)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(xù)的耳紋信息塊標(biāo)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(yīng)算法以耳廓曲線的傅立葉系數(shù)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(yīng)噪聲、畸變、位移、旋轉(zhuǎn)、缺損、變形等常見(jiàn)的實(shí)際情況。

　　2.需要的開(kāi)發(fā)平臺(tái)

　　（1） 實(shí)現(xiàn)本方案所需要的基本功能、功能、接口：

　　平臺(tái)上含A/D，采樣時(shí)鐘可達(dá)到80MHz；

　　平臺(tái)上的FPGA時(shí)鐘速率至少100MHz；

　　平臺(tái)上的FPGA有多個(gè)DCM；

　　支持DSP；

　　平臺(tái)上含DRAM、SRAM或FLASH存儲(chǔ)器。

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

　　目標(biāo)平臺(tái)為Spartan-3E 50萬(wàn)門(mén)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，原因如下：本項(xiàng)目需要高速數(shù)據(jù)采集以及DSP做圖象處理，需要硬件處理平臺(tái)具有較高的處理速度和豐富的邏輯資源以實(shí)現(xiàn)SOPC系統(tǒng)方案，而Spartan-3E 50萬(wàn)門(mén)開(kāi)發(fā)平臺(tái)具有較強(qiáng)的DSP處理能力和豐富的片上資源，因此能夠勝任本設(shè)計(jì)；

　　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(chǔ)模塊；

　　采用模塊式開(kāi)發(fā)方式。

　　3.系統(tǒng)最終要達(dá)到的性能指標(biāo)

　　通過(guò)比較現(xiàn)場(chǎng)提取的某一個(gè)耳紋特征點(diǎn)集合和原先建立的數(shù)據(jù)庫(kù)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(shù)（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(shè)計(jì)輸入輸出功能子板

　　圖象采集信號(hào)放大電路、鍵盤(pán)輸入擴(kuò)展板。

　　2.測(cè)試設(shè)備

　　包括直流穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源、萬(wàn)用表、數(shù)字示波器、邏輯分析儀等常用設(shè)備。