掌形識(shí)別數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)介紹

　　摘要： 人體掌形識(shí)別對(duì)掌形數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求很高，本文的DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可對(duì)CCD獲得的人體掌型圖像實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的采集和處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性好。

　　關(guān)鍵詞： 掌形識(shí)別;DSP;CCD;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　引言

　　生物特征識(shí)別技術(shù)，系指利用人體所固有的生理特征或行為特征來(lái)進(jìn)行個(gè)人身份鑒定[1]。一些代表性的生理特征有指紋、掌形、臉形、虹膜、視網(wǎng)膜、聲音等，但是虹膜識(shí)別、臉型識(shí)別、聲音識(shí)別、指紋識(shí)別等又存在著設(shè)備價(jià)格昂貴、受環(huán)境影響比較大、容易偽造、存在特殊人群等問(wèn)題。掌形識(shí)別技術(shù)是新的一種生物識(shí)別技術(shù)，可以很好的解決了現(xiàn)有生物識(shí)別技術(shù)的瓶頸。 本設(shè)計(jì)討論的掌形數(shù)據(jù)采集電路為這種新的識(shí)別技術(shù)提供準(zhǔn)確、可靠的原始數(shù)據(jù)。

　　硬件設(shè)計(jì)方案

　　基于DSP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將傳感器技術(shù)、可編程控制技術(shù)、噪聲處理技術(shù)和圖像處理技術(shù)等相結(jié)合，構(gòu)成了具有人體掌形數(shù)據(jù)采集的圖像處理系統(tǒng);實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體掌形圖像快速、準(zhǔn)確的采集與處理?？傮w方案的框圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)框圖

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作原理

　　東芝公司TCD1206的光敏單元受亮度制動(dòng)調(diào)整的白熾燈光的激發(fā)將人體手掌的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為按時(shí)序串行輸出的電信號(hào)，并在脈沖驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出的驅(qū)動(dòng)脈沖作用下把模擬圖像信號(hào)串行輸出到前置放大電路前端。經(jīng)前置放大電路隔直放大后的模擬圖像信號(hào)再經(jīng)過(guò)濾波電路近一步降噪后輸出到TMS320C5509 DSP處理器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。DSP處理器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字圖像信號(hào)存入外擴(kuò)SDRAM中，并在采集過(guò)程中DSP處理器開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理得到手掌輪廓，再根據(jù)特征提取分類(lèi)器的結(jié)構(gòu)算法從處理后的圖像中得到有效的特征參數(shù)，最后與事先采集到的樣本信息進(jìn)行比對(duì)，完成采集識(shí)別過(guò)程。

　　CCD驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)中采用的TCD1206線陣CCD有2160個(gè)有效像素單元，其定時(shí)時(shí)序如圖2所示。其中ΦSH是轉(zhuǎn)移脈沖，F(xiàn)1、F2是相時(shí)鐘，F(xiàn)RS是輸出單元的復(fù)位脈沖，F(xiàn)OS是采樣脈沖。在 FSH脈沖正跳變的作用下，CCD上所有光敏單元內(nèi)的電荷信號(hào)一起轉(zhuǎn)移到各自相應(yīng)的轉(zhuǎn)移寄存器中，接著在相時(shí)鐘F1、F2的作用下順序向輸出單元輸出[2]。從ΦSH正跳變開(kāi)始的第64個(gè)脈沖以后是有效的光敏信號(hào)，輸出的信號(hào)的大小與入射光的光強(qiáng)及光照時(shí)間成正比關(guān)系。輸出信號(hào)中像元位置的確定由相時(shí)鐘F1、F2的脈沖個(gè)數(shù)決定 ,與脈沖的寬度無(wú)關(guān)，且 CCD上一維位置精度取決于CCD上各光敏單元的制造精度[3] 。

圖2 TCD1206的定時(shí)時(shí)序

{{分頁(yè)}}

　　在本設(shè)計(jì)中，使用6MHz作為輸入脈沖信號(hào)CLK，將它12分頻后得到F1、F2，6分頻后產(chǎn)生FRS，由圖2的時(shí)序可知[3]，F(xiàn)SH信號(hào)周期至少為FRS信號(hào)周期的2236倍，所以FSH信號(hào)由CLK信號(hào)13416次分頻才能產(chǎn)生。系統(tǒng)在EP1C3T144C8 FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了硬件測(cè)試。VHDL驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生程序如下：

　　SH: PROCESS(clk) ;

　　BEGIN

　　IF (clk ’event AND clk=’1’)THEN

　　IF(count1<”11010001100111”)THEN

　　IF(count1<”00000000000010”)THEN

　　SH_OUT<=’0’;

　　ELSE

　　IF(count1<”00000000000101”)THEN

　　SH OUT<=’1’;

　　else

　　SH_OUT<=’0’;

　　END IF ;

　　END IF ;

　　Count1<=count1 + ‘1’;

　　ELSE

　　END IF;

　　END IF;

　　END PROCESS;

　　擴(kuò)展和時(shí)序存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)

　　TCD1206線陣CCD光敏單元大小為：14mm