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基于ARM的手指静脉识别系统的设计方案

2011-11-14 10:01
姚看江湖
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  摘 要: 手指静脉识别是第二代生物认证的高端手段。为了实现识别设备的小型化,针对嵌入式系统独立运行的优点,设计并实现了一种基于ARM11和Windows CE的手指静脉识别系统。ARM11处理器从数字摄像头获取手指静脉图像,通过开发的应用软件进行图像预处理和特征提取,与建立的手指静脉图像库中的对应模板比对,完成身份认证。实验结果表明,该系统具有实时性、快速性、便携性等特点,取得了很好的识别效果。

 

  手指静脉识别技术是一种通过手指中静脉特征信息对人体身份进行认证的技术[1],作为第二代生物认证技术它有很高的防伪性,正吸引越来越多的学者进行研究。与其他生物识别技术相比,手指静脉识别技术具备以下主要优点:(1)由于手指静脉血管分布于身体内部,所以不需考虑皮肤表面因素。(2)手指静脉识别是进行活体检测的技术,具有更高的安全性。(3)随着摄像头的广泛应用,其价格非常便宜,用其采集静脉图像极大降低了开发成本。手指静脉识别技术可以应用的领域非常广,如银行、法院等保密安全系统;智能楼宇、学校门禁及考勤等公共系统。这些应用场合不仅要求识别算法的快速性,还要求识别设备小型化、便携化以及稳定性。所以摆脱计算机的约束,在嵌入式系统上实现手指静脉识别成为今后发展的必然趋势。本文实现了一种基于ARM的嵌入式手指静脉识别系统,采用的ARM11处理器具有低成本、低能耗、高性能等特征。嵌入式操作系统采用微软的Windows Embedded CE 6.0(WinCE 6.0),它是一个开放、可裁剪、32 bit的实时嵌入式窗口操作系统。

 

  1 嵌入式系统总体结构

 

  比较完整的手指静脉识别系统应具备采集和识别这两个基本的功能。首先通过嵌入式采集装置获取使用者的相关信息,并将该使用者的手指静脉特征添加到手指静脉特征数据库;然后根据数据库中使用者信息与采集的手指静脉图像比对,判定其身份是否正确。为此,将该嵌入式手指静脉识别系统分为硬件平台、嵌入式操作系统和应用软件三部分。

  嵌入式系统硬件主要由嵌入式微处理器S3C6410及其外围扩展电路组成。其中,S3C6410是一款基于ARM11内核的微控制器,其主频达667 MHz,具有丰富的外围接口控制器,可以满足图像识别所需性能要求。嵌入式操作系统采用 WinCE6.0,其模块化设计使得嵌入式系统和应用程序开发者能够方便地根据需求定制产品,同时还具有100%开放WinCE 6.0内核源代码。采用微软的多媒体DirectShow技术,在Visual Studio 2005环境下开发图像采集应用程序,在PC机上调试成功后移植到嵌入式系统平台下运行并实现身份识别。

 

  2 嵌入式系统硬件设计

 

  系统硬件设计采用模块化设计原则,把嵌入式系统硬件平台分为微处理器核心模块、手指静脉成像模块、自动调光控制模块和辅助操作模块。其硬件结构如图1所示。

 

  

 

  本设计选取S3C6410作为嵌入式微处理器,其上外接DRAM接口、Nand Flash接口以及丰富的总线接口电路。同时S3C6410还集成了电源电路、复位电路、RS232接口电路和USB接口电路等部分。其中,DRAM接口用于连接动态存储器,本设计采用Mobile DDR存储器,用于运行操作系统及存取应用程序。Nand Flash则用于固化嵌入式操作系统Windows CE内核、手指静脉识别软件等,以及储存采集的图像等数据资料。

  手指静脉成像模块包括红外光源、红外滤光片和图像传感器。本设计选用微型OV9650图像传感器模组,它由30针的CMOS图像传感器和手动微调镜头组成,需要为其提供必须的电源。摄像头电源电路如图2所示。通过S3C6410的摄像头接口从S3C6410获取+5 V电源,分别转换为3路电压值为摄像头电路供电。

 

  

 

  本文通过转接板来实现摄像头模组与S3C6410的连接,其接口电路如图3所示。其中,J1用于 S3C6410摄像头接口与转接板的连接,U10则是摄像头模组与转接板的接口。

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