一种手指静脉识别方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于ARM Cortex‑M3的手指静脉识别SOC系统和方法，实现了手指静脉识别系统的整个流程，包括手指静脉图像采集、ROI提取、灰度和尺寸归一化、特征提取、连通域去噪、特征匹配等过程，并将每个过程的图像处理结果通过LCD进行显示。通过ROI硬件提取模块对ROI识别进行硬件加速，提高手指静脉识别的速度。经过大量测试得出，本系统能完整实现手指静脉识别的功能，识别正确率约95％。采用FPGA对ROI提取模块进行加速，能将总的识别速度提高15％以上。该系统可以作为便携式手指静脉识别系统的方案进行产品研发，也可作为实验教学时的手指静脉识别的过程演示系统，有较高的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种手指静脉识别方法及其系统
本专利技术涉及手指静脉识别
，特别是一种手指静脉识别方法及其系统。
技术介绍
随着信息技术的发展，生物识别技术成为了互联网人工智能时代的一个关键技术。现今，对生物识别技术的研究越来越多，应用也越来越广泛。常见的生物识别技术有：指纹、人脸、虹膜、手指静脉等。虽然近十年对指静脉识别算法有较多的研究成果，但是目前市场上的指静脉识别产品并不多见。主要原因是指静脉识别算法较为复杂，导致硬件实现困难、识别时间长。目前市场上的实现方案有三种：将整个识别算法在本地硬件上实现、将原始图像数据传到PC上实现、将原始图像数据发送到云服务器上进行实现。对于便携式手指静脉识别系统，采用PC和云服务器的方案不太方便。本地硬件实现的方案有微处理器(如ARM)和FPGA。嵌入式微处理器具有成本低、功耗小、开发简单等特点，但是由于其工作时是CPU一条条执行指令，对于具有许多乘法运算的图像处理算法，在运行时间上不具有优势。对于复杂算法，FPGA从实现难度和功耗上都不具有优势。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供手指静脉识别方法及其系统，该方法利用FPGA对ROI提取模块进行加速，提高了识别速度。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供的手指静脉识别方法，包括以下步骤：采集指静脉图像；通过ROI硬件提取模块得到指静脉图像的感兴趣区域ROI数据；从ROI硬件提取模块中读取ROI数据并对ROI数据的灰度尺寸进行归一化处理；<br>提取归一化处理的ROI数据的纹路特征；对纹路特征进行中值滤波和连通域去噪处理；判断是否为注册过程，如果是，则将纹路特征数据存储到FLASH中；如果否，则从FLASH中读出已经存储的纹路特征数据进行特征匹配；将特征匹配结果通过LCD显示。进一步，所述将ROI数据的灰度尺寸进行归一化处理、提取归一化处理的ROI数据的纹路特征以及对纹路特征进行中值滤波和连通域去噪处理的结果输入到LCD中进行显示。进一步，所述ROI硬件提取模块采用FPGA实现对指静脉图像预处理，并将获取的指静脉图像感兴趣区域保存到FPGA的双端口RAM中。进一步，所述指静脉图像的采集的控制是通过系统控制模块中的寄存器存储的控制指令来控制相应图像采集设备来实现的；所述LCD显示模块的控制是通过系统控制模块中的寄存器存储的控制指令来控制相应LCD显示模块来实现的。本专利技术还提供了一种手指静脉识别系统，包括指静脉图像采集模块、ROI硬件提取模块、灰度尺寸归一化模块、纹路特征提取模块、滤波去噪模块、注册判断模块、LCD显示模块；所述指静脉图像采集模块，用于采集指静脉图像；所述ROI硬件提取模块，用于提取指静脉图像的感兴趣区域；所述灰度尺寸归一化模块，用于从ROI硬件提取模块中读取感兴趣区域并对感兴趣区域的灰度尺寸进行归一化处理；所述纹路特征提取模块，用于提取归一化处理的ROI数据的纹路特征；所述滤波去噪模块，用于对纹路特征进行中值滤波和连通域去噪处理；所述注册判断模块，用于判断是否为注册过程，如果是，则将纹路特征数据存储到FLASH中；如果否，则从FLASH中读出已经存储的纹路特征数据进行特征匹配；所述LCD显示模块，用于显示图像采集和处理过程的中间结果以及特征匹配结果。进一步，还包括两级AHB总线，所述AHB总线包括第一级AHB总线和第二级AHB总线；所述第一级AHB总线通过AHB_to_SRAM分别与指令存储器和数据存储器连接；所述DDR3与第一级AHB总线连接；所述UART依次通过APBInterconnect和AHP_to_APB与第一级AHB总线连接；所述第二级AHB总线通过系统控制模块分别与指静脉图像采集模块、ROI硬件提取模块、LCD显示模块、FLASH读写控制模块、双端口BlockRAM连接；所述按键、LED指示灯和蜂鸣器通过GPIO同样挂接在第二级AHB总线上。进一步，所述系统控制模块中设置有硬件控制LCD显示寄存器、读BlockRAM寄存器、摄像头控制寄存器、感兴趣区域提取控制寄存器、像素累加和下限阈值寄存器、像素累加和上限阈值寄存器、写FLASH寄存器、读FLASH寄存器、FLASH擦除寄存器；CPU通过配置相应寄存器控制相应设备的运行。进一步，所述ROI硬件提取模块包括以下状态，分别为IDLE状态、FIRST_CUT状态、EDGE_POINT状态、CORRECTION状态、WIDTH_DEFINE状态、HIGHT_DEFINE状态和SECOND_CUT状态：所述在IDLE状态下，如果摄像头采集到手指静脉图像并且已经存储到了BlockRAM中，则进入FIRST_CUT状态；所述FIRST_CUT状态，用于对指静脉图像进行背景截取并将截取后的图像存储到BlockRAM中；所述EDGE_POINT状态，用于从BlockRAM中读取图像数据并计算手指的边界点；所述CORRECTION状态，用于根据边界点来计算手指偏转角度以及每行需要平移的值，然后依次从RAM中读取图像数据经平移后存储回RAM中，图像的平移校正实际就是各像素点存储地址的变化；所述WIDTH_DEFINE状态，用于根据平移校正后的边界点，找出手指图像左右两边需要截取的列号，以确定ROI区域的宽度；所述HIGHT_DEFINE状态，用于采用滑动窗的方法求手指远端关节的区域，从而确定ROI区域的高度，即需要计算上下截取的行号；所述SECOND_CUT状态，用于根据左右截取的列号和上下截取的行号对图像数据重新读出和写入RAM，最后RAM中以0为起始地址中存储的数据即为ROI图像的数据。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的基于ARMCortex-M3的手指静脉识别SOC系统和方法，实现了手指静脉识别系统的整个流程，包括手指静脉图像采集、ROI提取、灰度和尺寸归一化、特征提取、连通域去噪、特征匹配等过程，并将每个过程的图像处理结果通过LCD进行显示。通过ROI硬件提取模块对ROI识别进行硬件加速器，提高手指静脉识别的速度。经过大量测试得出，本系统能完整实现手指静脉识别的功能，识别正确率约95％。采用FPGA对ROI提取模块进行加速，能将总的识别速度提高15％以上。该系统可以作为便携式手指静脉识别系统的方案进行产品研发，也可作为实验教学时的手指静脉识别的过程演示系统，有较高的实用价值。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为指静脉识别实现流程和软硬件划分。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.手指静脉识别方法，其特征在于：包括以下步骤：/n采集指静脉图像；/n通过ROI硬件提取模块得到指静脉图像的感兴趣区域ROI数据；/n从ROI硬件提取模块中读取ROI数据并对ROI数据的灰度尺寸进行归一化处理；/n提取归一化处理的ROI数据的纹路特征；/n对纹路特征进行中值滤波和连通域去噪处理；/n判断是否为注册过程，如果是，则将纹路特征数据存储到FLASH中；/n如果否，则从FLASH中读出已经存储的纹路特征数据进行特征匹配；/n将特征匹配结果通过LCD显示。/n

【技术特征摘要】
1.手指静脉识别方法，其特征在于：包括以下步骤：
采集指静脉图像；
通过ROI硬件提取模块得到指静脉图像的感兴趣区域ROI数据；
从ROI硬件提取模块中读取ROI数据并对ROI数据的灰度尺寸进行归一化处理；
提取归一化处理的ROI数据的纹路特征；
对纹路特征进行中值滤波和连通域去噪处理；
判断是否为注册过程，如果是，则将纹路特征数据存储到FLASH中；
如果否，则从FLASH中读出已经存储的纹路特征数据进行特征匹配；
将特征匹配结果通过LCD显示。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述将ROI数据的灰度尺寸进行归一化处理、提取归一化处理的ROI数据的纹路特征以及对纹路特征进行中值滤波和连通域去噪处理的结果输入到LCD中进行显示。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述ROI硬件提取模块采用FPGA实现对指静脉图像预处理，并将获取的指静脉图像感兴趣区域保存到FPGA的双端口RAM中。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述指静脉图像的采集的控制是通过系统控制模块中的寄存器存储的控制指令来控制相应图像采集设备来实现的；所述LCD显示模块的控制是通过系统控制模块中的寄存器存储的控制指令来控制相应LCD显示模块来实现的。


5.手指静脉识别系统，其特征在于：包括指静脉图像采集模块、ROI硬件提取模块、灰度尺寸归一化模块、纹路特征提取模块、滤波去噪模块、注册判断模块、LCD显示模块；
所述指静脉图像采集模块，用于采集指静脉图像；
所述ROI硬件提取模块，用于提取指静脉图像的感兴趣区域；
所述灰度尺寸归一化模块，用于从ROI硬件提取模块中读取感兴趣区域并对感兴趣区域的灰度尺寸进行归一化处理；
所述纹路特征提取模块，用于提取归一化处理的ROI数据的纹路特征；
所述滤波去噪模块，用于对纹路特征进行中值滤波和连通域去噪处理；
所述注册判断模块，用于判断是否为注册过程，如果是，则将纹路特征数据存储到FLASH中；如果否，则从FLASH中读出已经存储的纹路特征数据进行特征匹配；
所述LCD显示模块，用于显示图像采集和处理过程的中间结果以及特征匹配结果。


6.如权利要求5所述的系统，其特征在于：还包括两级AHB总线，所述AHB总线包括第一级AHB总线和第二级AHB总线；
所述第一级AHB总线通过AHB_to_SRAM分别与指令存储器和数据存储器连接；
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，史艺丹，杨文耀，刘俊伟，杨先杰，聂泽东，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50