基于虹膜識(shí)別技術(shù)的城市軌道交通信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

丁睿

摘 要：身份信息識(shí)別在城市軌道交通中具有重要地位，其信息采集系統(tǒng)更是軌道交通運(yùn)行的基礎(chǔ)，但是傳統(tǒng)身份識(shí)別很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，身份證、鑰匙以及卡片容易仿造及丟失，口令以及密碼也很容易被遺忘，因此具有很大的局限性。文章主要針對(duì)此類問(wèn)題提出了新型虹膜識(shí)別軌道交通信息采集系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了信息的采集錄入以及后期身份的注冊(cè)及證明。在進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)主要采用了ARM嵌入式微處理器，并采用虹膜傳感器，從而對(duì)虹膜信息進(jìn)行有效采集。該軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)使用了Windows CE。在高鐵、地鐵、輕軌以及海關(guān)安檢等領(lǐng)域的身份鑒別中都能夠發(fā)揮巨大的作用。

關(guān)鍵詞：虹膜識(shí)別；城市軌道交通；ARM；Windows CE操作系統(tǒng)

引言

身份識(shí)別在現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)成為各行業(yè)領(lǐng)域中關(guān)注的焦點(diǎn)，社會(huì)在發(fā)展，而身份的真實(shí)性是保證行業(yè)運(yùn)行安全的基礎(chǔ)，而城市交通中，為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，更需要進(jìn)行準(zhǔn)確的身份識(shí)別，其不僅關(guān)系到對(duì)乘客的身份鑒別，更關(guān)系到整體車(chē)輛、機(jī)組及工作人員的安全。而傳統(tǒng)的身份識(shí)別方式正面臨著安全性能的挑戰(zhàn)，因而容易丟失，另外賬戶以及口令容易出現(xiàn)遺忘，卡片等信息容易出現(xiàn)仿造等一系列安全隱患。而這些問(wèn)題都可以通過(guò)人體這種生物特性予以避免，而虹膜特征具有穩(wěn)定、永久、唯一、安全的特性。并且在所有生理特征中，虹膜特征最為可靠穩(wěn)定。其錯(cuò)誤率是各種生物特征識(shí)別中最低的。所以，虹膜識(shí)別將廣泛應(yīng)用于地鐵、高鐵、海關(guān)機(jī)場(chǎng)安檢等領(lǐng)域。

文章主要在信息采集系統(tǒng)中增添了一種新型技術(shù)，即將虹膜識(shí)別技術(shù)應(yīng)用其中，通過(guò)對(duì)該種采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)身份信息采集和數(shù)據(jù)錄入分析，可便于工作人員攜帶，隨時(shí)隨地檢查乘客身份。

1 原理分析

1.1 識(shí)別技術(shù)

人眼睛結(jié)構(gòu)主要由三部分構(gòu)成，即鞏膜、虹膜以及瞳孔。虹膜是瞳孔與鞏膜間的環(huán)形可視部分， 其表面包含了豐富的信息， 如腺窩以及色素斑和皺褶，在人體中結(jié)構(gòu)最為獨(dú)特。虹膜的生理特征受到遺傳基因的控制，因而在生物身份標(biāo)識(shí)識(shí)別中，虹膜最為可靠。虹膜識(shí)別的步驟主要有四步，首先對(duì)虹膜圖像進(jìn)行有效提取，并進(jìn)行預(yù)處理，其次提取其紋理特征，最后對(duì)虹膜進(jìn)行分類。

1.2 獲取圖像

利用面部虹膜組合成像裝置，該系統(tǒng)準(zhǔn)確，對(duì)眼睛位置進(jìn)行追蹤定位，同時(shí)最快速高效的獲得高質(zhì)量目標(biāo)圖像，即虹膜紋理圖。

1.3 識(shí)別算法

提取虹膜特征前，需要對(duì)各類不穩(wěn)定因素，即對(duì)采集信息造成不利的各類因素進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理主要有三個(gè)部分：即對(duì)虹膜進(jìn)行定位，對(duì)虹膜進(jìn)行歸一化，最后增強(qiáng)圖像。（如圖1）

圖1 虹膜識(shí)別流程框圖

1.3.1 虹膜定位

對(duì)圖像進(jìn)行兩次二值化處理，粗定位虹膜的內(nèi)外邊緣，然后使用圓形邊緣檢測(cè)器對(duì)虹膜的內(nèi)外邊緣進(jìn)行精確定位。主要定位算法有：Daunman的圓周差分方法、Wildes等采用的Hough變換的方法和梯度最優(yōu)算法[3]。Wildes的梯度最優(yōu)算法，能更好的提取虹膜圖像。

1.3.2 虹膜圖像歸一化

由于瞳孔隨光照的變化會(huì)影響虹膜大小。虹膜歸一化可將虹膜區(qū)域的大小調(diào)整到固定的尺寸，減少由于瞳孔縮放所造成的影響。

1.3.3 圖像增強(qiáng)

對(duì)虹膜圖像展開(kāi)時(shí)，可以采用Bresenham直線算法對(duì)原始圖像掃描線上的點(diǎn)進(jìn)行插值。對(duì)展開(kāi)后的虹膜圖像進(jìn)行局部的直方圖均衡化，從而實(shí)現(xiàn)圖像的增強(qiáng)[3]，減少非均勻光照的影響。

1.3.4 虹膜特征提取與匹配

采用Daunman的二維Gabor復(fù)小波所具有的較好的方向和頻率選擇性來(lái)進(jìn)行虹膜圖像的紋理特征提取，Daunman采用漢明距的方法來(lái)進(jìn)行特征匹配。

漢明距方法如下式：

式中，N為編碼長(zhǎng)度[2]。

2 系統(tǒng)組成

傳感器在信號(hào)采集系統(tǒng)中具有重要的作用，主要對(duì)虹膜相關(guān)信息進(jìn)行準(zhǔn)確定位，定位完全后進(jìn)行采集；而采集后的圖像需要進(jìn)行處理，處理系統(tǒng)的作用是預(yù)處理虹膜圖像信息，并針對(duì)有用信息進(jìn)行提?。蛔詈髷?shù)據(jù)分析系統(tǒng)用于創(chuàng)建用戶模板，對(duì)其信息進(jìn)行存儲(chǔ)、注冊(cè)與用戶身份識(shí)別，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成原理框圖

3 硬件設(shè)計(jì)

虹膜信息采集系統(tǒng)的硬件包括：虹膜采集模塊（選用OV7110作為圖像傳感器，輸出Y分量-灰度值，采集虹膜紋理）、虹膜識(shí)別模塊（圖像處理部分采用ADSP-BF533型DSP）、嵌入式核心處理器（采用了三星公司S3C2410處理器）、存儲(chǔ)單元、用戶接口單元和通信接口單元（串行口、以太網(wǎng)口及USB接口，擴(kuò)展出的USB接口用于外接鼠標(biāo)，并支持WinCE的USB同步功能）。

系統(tǒng)硬件組成框圖如圖3所示：

圖3 硬件組成框圖

4 虹膜信息采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括：操作系統(tǒng)的選擇（選用WindowsCE作為底層操作系統(tǒng)，其圖形用戶界面相當(dāng)出色）及內(nèi)核的定制與移植（使用開(kāi)發(fā)工具Platform Builder）、Bootloader移植（可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間映射圖）、SPI驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。通過(guò)上述功能對(duì)虹膜信息進(jìn)行提取，并設(shè)置同信息相互關(guān)聯(lián)的用戶姓名以及ID信息，方便存儲(chǔ)管理，也方便進(jìn)行身份識(shí)別。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹的虹膜信息采集系統(tǒng)，可對(duì)人體虹膜信息以及身份信息進(jìn)行采集識(shí)別，并且在實(shí)踐測(cè)試中取得了較為可靠的功能水平。不但在操作上更為簡(jiǎn)便，便于攜帶，重要的是其不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生傷害，可以滿足地鐵、高鐵、海關(guān)機(jī)場(chǎng)安檢等公共交通信息系統(tǒng)的身份鑒別。

參考文獻(xiàn)

[1]田捷，楊鑫.生物特征識(shí)別理論與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2009，3.

[2]劉鐵根.嵌入式圖像檢測(cè)技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2008，3.

[3]黃俊洲.基于超分辨率的虹膜圖像增強(qiáng)[D].中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所碩士論文，2003.