嵌入式生物特征识别系统的设计与实现

论文摘要

生物特征识别技术是指利用人自身具有的生理学特征(如指纹、掌纹、虹膜、人脸等)或行为学特征(如语音、签名、步态等)来进行身份识别。目前,生物特征识别的发展在广度和深度两方面都呈现出高速增长的局面,并将很快成为一种公认的身份认证技术。近几年来,掌纹识别(Palmprint Identification)逐渐发展成为一种新颖而重要的、能够有效地对人的身份进行鉴别的现代生物特征识别技术。掌纹识别技术因具有非接触、不易伪造、可靠性高等优良特性得到了广泛的关注,并取得了一定的进展。本文在国家“863”相关课题的支持下,分别对嵌入式生物特征识别系统和掌纹识别算法进行了研究,并将两方面的研究进展进行整合与集成,开发出了一套完整的可独立运行的一体化嵌入式自动掌纹识别系统。论文首先对课题的需求进行了仔细的分析和探讨,提出了嵌入式硬件系统的总体设计方案,并确定了设计方案的可行性。在此基础上,建立了以ARM微处理器为核心的硬件开发平台,并扩展了相应的外设,完成了一般意义上的生物特征采集与识别系统模型样机的制作。该系统可以同时实现掌纹在线采集与预处理、存储、识别等多项功能。为使系统实现其掌纹识别的专有功能,本文采用了基于全局纹理能量特征和局部纹理能量特征相结合的特征提取算法,在一对一的特征匹配中采用局部纹理能量特征;而在一对多的特征匹配中则采用分层搜索的策略,即首先通过全局纹理能量特征粗匹配得到若干个候选模板,然后在这些候选模板中进行局部纹理能量特征细匹配,从而快速得到最终的识别结果。论文的最后工作是对掌纹识别算法进行了软件实现,并在宿主机的Qt/Embedded开发平台上进行了运行调试和系统移植,构建了一个完整的掌纹生物特征识别系统。对系统模型样机的测试表明,系统具有较好的稳定性、实时性,改变系统参数还可以调整系统的拒真率和认假率,以适应于不同的工作环境。另外,系统还能满足移动性和一定的现场实时处理要求,初步达到了预期的设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 生物特征识别的意义与总体发展状况
• 1.2 掌纹识别技术
• 1.2.1 掌纹识别算法的国内外研究现状
• 1.2.2 掌纹识别系统的国内外发展现状
• 1.3 课题研究的目的及主要研究内容
• 1.3.1 课题研究的目的及来源
• 1.3.2 课题主要研究内容及分析
• 1.3.3 本文关键问题的研究及解决方案
• 1.4 本文的结构及内容
• 第二章 嵌入式自动掌纹识别系统的总体设计
• 2.1 设计目标
• 2.2 目标分析
• 2.3 嵌入式自动掌纹识别系统的详细设计
• 2.3.1 硬件平台分析
• 2.3.2 功能模块设计
• 2.3.3 光源设计
• 2.3.4 系统模型样机一体化设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 嵌入式自动掌纹识别系统的硬件实现
• 3.1 交叉编译环境的建立
• 3.1.1 硬件开发环境
• 3.1.2 软件开发环境
• 3.2 嵌入式Linux操作系统
• 3.2.1 Linux内核源码包的操作
• 3.2.2 BootLoader的移植
• 3.2.3 根文件系统的设计
• 3.2.4 摄像头驱动加载
• 3.3 Linux视频编程
• 3.3.1 video for linux介绍
• 3.3.2 基于v41的掌纹图像采集
• 3.4 嵌入式图形用户界面平台的搭建
• 3.5 本章小结
• 第四章 自动掌纹识别系统的算法研究与实现
• 4.1 掌纹图像的预处理
• 4.2 掌纹图像的特征提取
• 4.2.1 纹理能量特征的构造
• 4.2.2 局部纹理能量
• 4.3 掌纹图像的匹配识别
• 4.3.1 基于全局纹理能量特征的相似性度量
• 4.3.2 基于局部纹理能量特征的相似性度量
• 4.3.3 基于全局和局部纹理能量特征的分层搜索策略
• 4.4 本章小结
• 第五章 嵌入式自动掌纹识别系统的实现及实验分析
• 5.1 自动掌纹识别系统的实现
• 5.1.1 系统图形用户界面实现
• 5.1.2 算法程序研究
• 5.1.3 系统的具体实现过程
• 5.2 自动掌纹识别系统的性能评价标准
• 5.3 实验分析
• 5.3.1 识别结果分析
• 5.3.2 系统实时性分析
• 5.3.3 掌纹图像特征的数据存储分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果