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基于DSP的嵌入式虹膜识别系统研究与实现

作　者: 黄健
导　师: 沈建新
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 虹膜识别嵌入式数字信号处理器 CCS DSP/BIOS
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

虹膜识别技术近年来得到越来越广泛的关注，与其它生物特征相比，虹膜具有唯一性、普遍性、稳定性和防伪性等优秀特性。虹膜识别技术被广泛地应用于日常考勤、银行储蓄、机场安检和国家安全等各个领域，具有非常广阔的应用前景。虹膜识别因为其高识别率、高稳定性和高防伪性已经成为生物特征识别领域的研究热点。本文针对基于PC平台的虹膜识别系统体积大、成本高和移动不便等缺点，提出一种基于DSP的嵌入式虹膜识别系统，为开发小型、便捷、离线的虹膜识别系统提供理论和技术支持。论文在研究虹膜识别关键技术和DSP基本原理的基础上，根据虹膜识别性能要求和DSP数据处理能力，设计了基于DSP的嵌入式虹膜识别原型系统。本文主要研究内容如下：（1）研究了虹膜识别关键技术和DSP基本原理，根据虹膜识别性能要求，选择合适的DSP芯片作为嵌入式虹膜识别系统的核心。（2）研究了嵌入式硬件系统设计原理，根据虹膜识别系统和DSP外围接口的特点，设计了基于DSP的嵌入式虹膜识别硬件系统，分别就电源管理、图像采集、图像处理、数据存储、人机交互和网络通讯等模块进行详细设计。（3）在研究了嵌入式操作系统DSP/BIOS的基础上，采用了DSP集成开发环境（CCS），开发了嵌入式虹膜识别软件系统，根据虹膜识别的功能模块进行任务划分，实现了嵌入式虹膜识别算法。研究了嵌入式系统性能优化方法，对嵌入式虹膜识别系统进行性能优化，达到虹膜识别性能需求。对于本文设计的基于DSP的虹膜识别原型系统，应用多个虹膜图像库进行性能测试，通过对运行速度和精确性两项指标的测试，结果表明本文设计的嵌入式虹膜识别系统运行快速可靠，具有较高的识别率，能够满足虹膜识别的基本要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
注释表  11-12
第一章绪论  12-19
  1.1 生物特征识别技术概述  12-14
  1.2 虹膜识别概述  14-15
    1.2.1 虹膜生理结构  14
    1.2.2 虹膜识别特点  14-15
  1.3 虹膜识别技术国内外研究现状  15-16
  1.4 数字信号处理器概述  16-17
  1.5 论文主要研究内容与章节安排  17-19
第二章虹膜识别系统概述  19-30
  2.1 虹膜识别系统工作流程  19-24
    2.1.1 虹膜图像采集  20-21
    2.1.2 虹膜图像质量评价  21
    2.1.3 虹膜图像预处理  21-23
    2.1.4 虹膜特征提取与编码  23-24
    2.1.5 虹膜编码匹配  24
  2.2 嵌入式虹膜识别系统简介  24-25
  2.3 TMS320DM642 DSP 介绍  25-29
    2.3.1 TMS320DM642 的特点  25-26
    2.3.2 TMS320DM642 的 CPU 结构  26-27
    2.3.3 TMS320DM642 的系统时钟  27
    2.3.4 TMS320DM642 的复位  27-28
    2.3.5 TMS320DM642 的外设模块  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章嵌入式虹膜识别系统硬件设计  30-43
  3.1 嵌入式虹膜识别系统整体硬件架构  30-31
  3.2 电源管理模块  31-32
  3.3 图像采集模块  32-35
    3.3.1 ITU-R BT.656 简介  32-33
    3.3.2 图像采集模块电路连接和配置  33-35
  3.4 数据存储模块  35-38
    3.4.1 TMS320DM642 的 EMIFA 接口  35-36
    3.4.2 TMS320DM642 与 SDRAM 接口  36-37
    3.4.3 TMS320DM642 与 FLASH 接口  37-38
  3.5 人机交互模块  38-40
    3.5.1 图像显示模块  38-39
    3.5.2 键盘模块  39-40
  3.6 网络通讯模块  40-42
    3.6.1 TMS320DM642 的 EMAC 模块  40-41
    3.6.2 网络接口电路连接  41-42
  3.7 本章小结  42-43
第四章嵌入式虹膜识别系统软件设计  43-59
  4.1 CCS 集成开发环境  43-44
  4.2 嵌入式操作系统  44-47
    4.2.1 嵌入式操作系统简介  44
    4.2.2 常见的嵌入式操作系统比较  44-45
    4.2.3 DSP/BIOS 概述  45-47
  4.3 基于 DSP/BIOS 的虹膜识别应用程序开发  47-55
    4.3.1 嵌入式虹膜识别系统内存分配  47-49
    4.3.2 嵌入式虹膜识别系统工作模式  49-50
    4.3.3 系统初始化  50-51
    4.3.4 任务划分、同步与通信  51-52
    4.3.5 虹膜识别算法实现  52-55
  4.4 嵌入式虹膜识别系统性能优化  55-58
    4.4.1 虹膜识别算法代码优化  55
    4.4.2 编译器优化  55-56
    4.4.3 数据类型优化  56-58
    4.4.4 其它优化方法  58
  4.5 本章小结  58-59
第五章实验结果与分析  59-66
  5.1 虹膜识别系统性能评价指标  59-60
  5.2 虹膜图像库  60-61
    5.2.1 Bath 大学虹膜库  60
    5.2.2 CASIA 虹膜库  60-61
    5.2.3 NUAA-IDB 虹膜库  61
  5.3 嵌入式虹膜识别系统运行速度  61-62
  5.4 嵌入式虹膜识别系统精确性  62-64
  5.5 嵌入式虹膜识别系统实验装置  64-65
  5.6 本章小结  65-66
第六章总结与展望  66-68
  6.1 本文总结  66-67
  6.2 研究展望  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
在学期间的研究成果及发表的学术论文  72

基于DSP的嵌入式虹膜识别系统研究与实现

内容摘要

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