高分辨率虹膜图像识别系统设计与实现

摘要

生物特征识别是一项以人类自身特有的生理特征和行为特征作为识别介质进行身份认证的新型识别技术，虹膜识别作为生物特征识别技术中准确率最高的一种识别方式，一直倍受关注。目前，大多数商用虹膜识别系统存在着成本较高、不易操作等缺点，导致了虹膜识别系统无法在民用市场中得到大面积的推广。针对上述问题，本义从虹膜识别系统中虹膜图像采集方式和虹膜特征提取算法两个主要关键环节入手，设计实现了一款高分辨率虹膜图像识别系统。用户测试表明该系统具有准确度高、用户友好性高、操作方便、成本低、功耗低等优点。
　　本文主要工作如下:
　　1.设计实现了一款采用1000万像素高分辨率CMOS数字摄像头MT9J003和USB3.0总线接口的高分辨率虹膜图像采集硬件系统。通过CycloneⅢ系列高性能FPGA将采集到的高分辨率虹膜图像在液晶上实时显示，给予用户“所见即所得”的体验。同时，通过USB3.0总线接口将虹膜图像快速传送至计算机端进行识别处理。设计实现了调焦电路和测距模块以提高系统的智能化程度和用户友好性。
　　2.采用Adaboost和圆周径向对称相结合的方法，实现对高分辨率图像中合格虹膜区域的快速判定，同时初步定位出虹膜区域的圆心位置，完成对虹膜的粗定位。
　　3.提出了一种基于四元数二维正交滤波的虹膜特征提取算法，利用四元数二维正交Log Gabor小波提取虹膜图像的纹理特征，以滤波后虹膜图像的解析信号作为虹膜特征编码进行匹配识别。该特征编码能够同时表达虹膜区域多个不同方向的纹理结构信息，更加全面地描述了虹膜纹理的特征空间。得到的虹膜特征编码复杂度更高，使得不同类识别样本之间的差异性更为明显，降低了错误识别的可能。实验结果表明该方法具有较好的识别性能。
　　4.使用Qt设计实现了一个计算机端的虹膜识别软件系统，配合高分辨率虹膜图像采集硬件系统实现完整的虹膜识别功能。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 虹膜识别技术

1．2．1 虹膜识别技术的特点

1．2．2 虹膜识别技术的主要流程

1．2．3 虹膜识别系统国内外研究概况

1．2．4 当前虹膜识别系统存在的问题

1．3 本文研究内容和章节安排

1．4 本章小结

第2章 高分辨率虹膜图像采集系统硬件架构

2．1 系统整体框架

2．1．1 系统数据流向

2．1．2 系统工作流程

2．2 高分辨率图像采集模块

2．2．1 MT9J003数字图像传感器

2．2．2 MT9J003控制模块

2．3 USB 3．0高速传输模块

2．3．1 FX3 USB控制器

2．3．2 GPIF Ⅱ接口设计

2．3．3 FX3多线程固件设计

2．4 FPGA主控制模块

2．4．1 图像采集模块

2．4．2 DDR缓存设计

2．4．3 与FX3对接设计

2．4．4 液晶显示模块

2．5 步进电机调焦模块

2．6 本章小结

第3章 合格虹膜区域的判定及粗定位

3．1 本系统虹膜识别流程

3．2 判定合格虹膜区域及粗定位的实现

3．3 实验结果

3．4 本章小结

第4章 基于四元数二维正交滤波的特征提取算法

4．1 引言

4．2 四元数

4．3 四元数解析信号

4．4 四元数二维正交滤波器的构建

4．5 实验结果及分析

4．6 本章小结

第5章 系统软件设计

5．1 总体功能框架

5．2 用户注册

5．3 用户识别

5．4 用户管理

5．5 本章小结

第6章 工作总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和参与的科研项目

附录