基于DSP和FPGA的虹膜识别系统硬件设计与实现

论文摘要

近年来,随着生物识别技术的兴起,虹膜识别技术被日益关注。由于虹膜识别技术对个体识别具有高度的可靠性,已成为目前生物识别中最有发展前景的识别技术之一。与其它生物识别技术相比,虹膜识别技术具有唯一性、稳定性、非侵犯性、不易伪造性和活体特性等优势。因此,虹膜识别技术具有广阔的使用前景和很好的经济效益,越来越受到国内外有关研究人员的重视。目前,虹膜识别产品大多都是基于PC平台的,在便携性、稳定性和安全性方面还存在一些问题。为了克服以上的缺点,本文构架了基于DSP和FPGA的嵌入式虹膜识别硬件平台,充分利用了DSP处理器运算速度快,实时性高以及FPGA编程灵活的特点,将虹膜识别算法移植在嵌入式平台上,不仅保证了虹膜识别的实时性和安全性,而且降低了平台成本,可使本设计应用于多种场合。本文的主要工作如下:1.设计了一个嵌入式硬件系统,包括DSP处理器、FPGA、COMS图像传感器、人机交互接口和通信接口。同时,还编写了各硬件模块的驱动程序,为应用程序提供控制信号。另外,由于系统中部分器件工作频率较高,在设计硬件系统时必须考虑信号的完整性,因此本文还给出了一些信号完整性分析和PCB设计经验。2.在FPGA设计中,编写Verilog程序,完成了虹膜图像采集功能、乒乓存储器切换功能、图像采样功能以及将采样后的图像显示在TFT彩色液晶上的功能,最终实现了虹膜图像实时显示系统。此外,还设计实现了用于和DSP通信的HPI接口模块。3.完成了部分系统应用程序设计。在使用DSP/BIOS实时操作系统的基础上设计了各系统任务,通过调用驱动程序控制和协调各硬件模块,实现了虹膜识别功能。最终,本系统已完成了硬件设计、电路板制作及底层驱动和应用程序的开发,各模块工作稳定。同时,由于本系统采用模块化的软硬件设计技术,使系统便于进行二次开发,快速应用于各种场合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物特征识别技术概述
• 1.3 虹膜识别技术简介
• 1.3.1 虹膜生理特征
• 1.3.2 虹膜识别技术特点
• 1.3.3 虹膜识别技术的发展历史及现状
• 1.3.4 虹膜识别技术的应用前景
• 1.4 课题来源、目标及意义
• 1.5 论文工作简介及章节安排
• 第二章 嵌入式虹膜识别系统
• 2.1 虹膜识别的基本原理
• 2.1.1 虹膜图像采集
• 2.1.2 图像质量评估
• 2.1.3 虹膜定位和归一化
• 2.1.4 特征提取和编码
• 2.1.5 虹膜图像的匹配
• 2.2 嵌入式虹膜识别系统
• 2.3 本章小节
• 第三章 系统硬件及其驱动设计
• 3.1 虹膜图像获取模块
• 3.1.1 OV7141 图像采集头设计
• 3.2 虹膜图像处理模块
• 3.2.1 DSP 数字信号处理器
• 3.2.2 存储器接口设计
• 3.3 人机交互模块
• 3.3.1 键盘模块设计
• 3.3.2 语音提示模块设计
• 3.3.3 实时图像显示模块设计
• 3.4 数据通信模块
• 3.4.1 串行通信接口设计
• 3.4.2 USB 模块设计
• 3.5 电源管理模块
• 3.6 信号完整性分析
• 3.6.1 信号完整性定义
• 3.6.2 IBIS 模型简介
• 3.6.3 信号完整性分析
• 3.6.4 高速电路板抗干扰设计
• 3.7 本章小节
• 第四章 FPGA 设计
• 4.1 引言
• 4.2 FPGA 芯片及开发环境
• 4.2.1 Cyclone 器件简介
• 4.2.2 QUARTUS 简介
• 4.2.3 Modelsim 简介
• 4.2.4 Verilog HDL 硬件描述语言
• 4.3 FPGA 程序设计
• 4.3.1 PLL 模块
• 4.3.2 视频采集模块
• 4.3.3 乒乓结构缓冲模块
• 4.3.4 显示控制模块
• 4.3.5 HPI 通信接口开发
• 4.3.6 状态机
• 4.4 本章小结
• 第五章 DSP 应用程序设计
• 5.1 CCS 集成开发环境
• 5.2 实时操作系统DSP/BIOS
• 5.2.1 实时操作系统基本概念
• 5.2.2 几种嵌入式操作系统的比较
• 5.2.3 DSP/BIOS 概述
• 5.3 DSP 应用程序开发
• 5.3.1 DSP 片级支持库CSL（Chip Support Library）
• 5.3.2 应用程序开发
• 5.4 基于FLASH 的自举
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录：印制板实物图片
• 个人简历