基于NETFPGA的手背靜脈身份認(rèn)證系統(tǒng)

　　引言

　　在信息安全領(lǐng)域，身份識(shí)別的需求越來(lái)越突出，生物特征作為身份識(shí)別依據(jù)越來(lái)越受到重視。聲音、指紋、人臉、虹膜等生物特征已經(jīng)逐漸應(yīng)用于銀行、國(guó)家保密機(jī)關(guān)、網(wǎng)上交易等領(lǐng)域。靜脈識(shí)別是近年來(lái)新興的一種生物識(shí)別方法，是一種具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的非接觸式的識(shí)別技術(shù)，具有廣泛的市場(chǎng)前景。

　　人體靜脈識(shí)別具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

　?、焙軓?qiáng)的普遍性和唯一性[1];⒉血管位于體表內(nèi)部，采用非接觸性的認(rèn)證方式，不會(huì)使人產(chǎn)生抵觸情緒，采集過(guò)程十分友好;⒊很好的穩(wěn)定性，不易收污染和輕傷等情況影響;⒋由于是身體內(nèi)部的血管特征，很難偽造;⒌由于靜脈的穩(wěn)定性和捕捉影像的清晰性，設(shè)備成本低。

　　因此靜脈識(shí)別在身份鑒別領(lǐng)域中越來(lái)越受青睞。在部分國(guó)家，靜脈識(shí)別技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用領(lǐng)域。在我國(guó)，雖然靜脈識(shí)別技術(shù)的研究已經(jīng)起步，但市場(chǎng)上幾 乎沒(méi)有擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)用產(chǎn)品，靜脈識(shí)別技術(shù)必將是以后身份鑒別技術(shù)的熱點(diǎn)，擁有更廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展空間。手部的靜脈識(shí)別主要有：指靜脈，手掌靜脈和手背靜脈，由于指靜脈信息量過(guò)少，手掌靜脈采集難度大，易受掌紋影響，故選擇合適的手背靜脈作為識(shí)別生物特征對(duì)象，進(jìn)而來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。

　　本套手背靜脈身份驗(yàn)證系統(tǒng)(VAS)作品，較好解決了圖像采集、圖像處理、特征提取與匹配等方面的難題，并在基于NetFPGA的嵌入式開(kāi)發(fā)板上，實(shí)現(xiàn)了靈活友好的人機(jī)交互界面。創(chuàng)新點(diǎn)在于：安全、魯棒的認(rèn)證方式;算法硬件化，流水線工作方式;軟硬件并行協(xié)同設(shè)計(jì);系統(tǒng)多功能，具有擴(kuò)展性。

　　系統(tǒng)方案

　　實(shí)現(xiàn)原理

　　手背靜脈身份認(rèn)證系統(tǒng)的基本原理是根據(jù)血液中的血紅素有吸收近紅外線光的特質(zhì)，使用專用的裝置采集手背靜脈圖樣。然后通過(guò)濾波、圖像二值化、細(xì)化等手段處理，即可提取到數(shù)字圖像特征。在認(rèn)證匹配時(shí)，實(shí)時(shí)采集手背靜脈圖，先進(jìn)行圖像預(yù)處理，提取特征值，同存儲(chǔ)注冊(cè)的靜脈特征值比對(duì)，采用優(yōu)化的匹配算法對(duì)靜脈特征進(jìn)行匹配，從而對(duì)個(gè)人進(jìn)行身份認(rèn)證。系統(tǒng)采用非接觸式采集，具有采集友好、難以偽造、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)。

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　嵌入式系統(tǒng)模塊

　　本系統(tǒng)放棄了NetFPGA系統(tǒng)的傳統(tǒng)配置方案，采用以Virtex II Pro上集成的硬核控制器PowerPC為核心，在Virtex II Pro上配置和開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的IP核來(lái)控制相應(yīng)的硬件，主要IP核包括UART、SPI、IIC串行通信IP核，MPMC存儲(chǔ)控制器IP核，VGA顯示IP核，視頻輸入采集IP核等。主控制硬核PowerPC與各功能IP核之間采用PLB46總線相連。同時(shí)利用Spartan II實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的I/O口擴(kuò)展。改造后的NetFPGA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　算法的硬件實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)圖像處理需要大量的緩存，同時(shí)需要頻繁的訪問(wèn)和操作數(shù)據(jù)。通常的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)單元不是很多，較低的系統(tǒng)工作頻率也制約了圖像處理的速度。對(duì)FPGA來(lái)說(shuō)，若只用它的硬核PowerPC做軟件開(kāi)發(fā)效果肯定不佳，故通過(guò)將算法硬件化來(lái)達(dá)到所需要的系統(tǒng)性能。