基于NETFPGA的手背靜脈身份認證系統(tǒng)

　　引言

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

　　人體靜脈識別具有如下的優(yōu)點：

　　⒈很強的普遍性和唯一性[1];⒉血管位于體表內(nèi)部，采用非接觸性的認證方式，不會使人產(chǎn)生抵觸情緒，采集過程十分友好;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。

　　因此靜脈識別在身份鑒別領(lǐng)域中越來越受青睞。在部分國家，靜脈識別技術(shù)已經(jīng)進入了實用領(lǐng)域。在我國，雖然靜脈識別技術(shù)的研究已經(jīng)起步，但市場上幾 乎沒有擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的實用產(chǎn)品，靜脈識別技術(shù)必將是以后身份鑒別技術(shù)的熱點，擁有更廣闊的市場和發(fā)展空間。手部的靜脈識別主要有：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別生物特征對象，進而來開發(fā)系統(tǒng)。

　　本套手背靜脈身份驗證系統(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的嵌入式開發(fā)板上，實現(xiàn)了靈活友好的人機交互界面。創(chuàng)新點在于：安全、魯棒的認證方式;算法硬件化，流水線工作方式;軟硬件并行協(xié)同設(shè)計;系統(tǒng)多功能，具有擴展性。

　　系統(tǒng)方案

　　實現(xiàn)原理

　　手背靜脈身份認證系統(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。然后通過濾波、圖像二值化、細化等手段處理，即可提取到數(shù)字圖像特征。在認證匹配時，實時采集手背靜脈圖，先進行圖像預處理，提取特征值，同存儲注冊的靜脈特征值比對，采用優(yōu)化的匹配算法對靜脈特征進行匹配，從而對個人進行身份認證。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。

　　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上配置和開發(fā)了相應(yīng)的IP核來控制相應(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。同時利用Spartan II實現(xiàn)了相應(yīng)的I/O口擴展。改造后的NetFPGA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　算法的硬件實現(xiàn)

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