民航安檢生物特征識(shí)別系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

陳豐偉

摘 要： 為了提高民航安檢的效率和智能性，進(jìn)行民航安檢生物特征識(shí)別系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出基于生物特征圖譜檢測(cè)的民航安檢生物特征識(shí)別方法。系統(tǒng)包括傳感器采集模塊、紅外探測(cè)模塊、檢波分析模塊和人機(jī)交互模塊。采用紅外探測(cè)和紫外線探測(cè)傳感器進(jìn)行生物特征原始信息采集，對(duì)采集的生物特征在檢波分析模塊中進(jìn)行波束集成和圖譜提取，得到機(jī)器能快速識(shí)別的生物特征信號(hào)，在人機(jī)交互模塊中實(shí)現(xiàn)民航安檢的檢測(cè)優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)進(jìn)行民航安全的生物特征識(shí)別的抗干擾性較強(qiáng)、準(zhǔn)確性較好、效率更高。

關(guān)鍵詞： 民航安檢； 生物特征識(shí)別； 紅外探測(cè)； 紫外線探測(cè)； 傳感器系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN215?34； TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）22?0101?03

Abstract： In order to improve the efficiency and intelligence of the civil aviation security check， the optimization design of the biometric feature identification system for civil aviation security check was carried out. The biometric feature identification method for civil aviation security check based on biometric feature map detection is proposed. The detection system includes the sensor acquisition module， infrared detection module， demodulation analysis module and human?computer interaction module. The infrared detection and ultraviolet detection sensors are used to acquire the original information of the biometric features. The beam integration and map extraction of the acquired biometric feature is performed in demodulation analysis module to get the biometric feature signal which can be recognized quickly. The signal detection optimization of the civil aviation security check is realized in the human?computer interaction module. The experimental results show that the system has strong anti?jamming performance， high detection accuracy and efficiency of biometric feature recognition in civil aviation security check.

Keywords： civil aviation security check； biologic feature identification； infrared detection； ultraviolet detection； sensor system

為了保障民航公共安全，在乘客辦理登記手續(xù)中需要進(jìn)行一項(xiàng)嚴(yán)格的安全程序。民航安全是一項(xiàng)經(jīng)常性的系統(tǒng)性工程，隨著客流量的不斷增大，對(duì)民航安全的時(shí)效性和準(zhǔn)確性提出了更高的要求。為了提高民航安全的效率，大量的智能化設(shè)備投入到民航安全的運(yùn)行中。常見的民航安檢方法主要有X光探測(cè)方法、CT檢測(cè)方法、金屬探測(cè)方法等[1]，并結(jié)合人工檢查，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確無誤的民航安全檢測(cè)。然而，上述方法只能對(duì)攜帶行李和身體上的金屬物質(zhì)和易燃易爆物質(zhì)進(jìn)行檢查，對(duì)生物檢材的檢測(cè)還沒有更好的方法。為此，本文進(jìn)行民航安檢的生物特征識(shí)別系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行生物檢材的有效檢測(cè)，提高民航安檢的有效性和智能性。首先進(jìn)行了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，然后進(jìn)行民航安檢生物特征識(shí)別系統(tǒng)的功能模塊化設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)的硬件集成設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試分析，驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)架與器件選擇

為了完成民航安檢生物特征識(shí)別系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行總體構(gòu)架分析描述。對(duì)生物檢材的識(shí)別主要采用的是光譜和圖像識(shí)別方法，結(jié)合二維或者三維圖譜重構(gòu)進(jìn)行生物特征識(shí)別和異常信息的辨識(shí)，分析生物特征的圖譜衰變，結(jié)合生物特征中的自由電子和正離子對(duì)進(jìn)行圖譜檢測(cè)，采用生物傳感器進(jìn)行原始信息采集。系統(tǒng)包括了傳感器采集模塊、紅外探測(cè)模塊、檢波分析模塊、功率放大模塊和人機(jī)交互模塊，傳感器進(jìn)行生物信息采集的器件選擇為蓋革?彌勒計(jì)數(shù)管[2]。通過對(duì)生物特征中的信息技術(shù)，結(jié)合基因圖譜分析方法，利用生物特征中的伽馬射線與物質(zhì)相互作用將產(chǎn)生次級(jí)電子，用一金屬圓筒在束縛電子直接電離，通過兩個(gè)端子與外電路相連。生物特征信息通過電阻[R]流向陽極，利用計(jì)數(shù)器中的電荷數(shù)與探測(cè)器陽極收集電子數(shù)進(jìn)行信息對(duì)比與生物特征識(shí)別。用于民航安檢生物特征識(shí)別的蓋革?彌勒計(jì)數(shù)管及計(jì)數(shù)原理如圖1所示。

在民航安檢生物特征識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，利用熒光物質(zhì)的閃爍記錄生物特征輻射信息，最后形成電子束在陽極產(chǎn)生脈沖，采用紅外探測(cè)和紫外線探測(cè)傳感器進(jìn)行生物特征原始信息采集[3]，并被伽馬能譜儀記錄處理。根據(jù)上述分析，得到本文設(shè)計(jì)的民航安檢生物特征識(shí)別系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。endprint

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理分析，進(jìn)行民航安檢生物特征識(shí)別系統(tǒng)的功能分析，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在進(jìn)行生物特征信息采樣中能夠區(qū)分兩個(gè)順序入射粒子的信號(hào)特征，對(duì)生物特征信息采集的數(shù)據(jù)寬度為24 b，光電子在光電倍增管內(nèi)的工作頻率為16 MHz。設(shè)計(jì)的生物特征識(shí)別系統(tǒng)的功能主要包括：

（1） 能譜儀記錄和生物特征信息測(cè)量；

（2） 光電倍增和前置放大；

（3） 多通道數(shù)據(jù)采樣和信息調(diào)制；

（4） 生物特征識(shí)別和異常信息報(bào)警。

系統(tǒng)的生物特征信息采集模塊主要由閃爍體、光導(dǎo)和光電倍增管三部分組成，生物信息采樣的次級(jí)電子能量為[0.001～6 MeV]。在輸出基陣的A/D端，熒光光子激發(fā)出光電子，可以產(chǎn)生3～6個(gè)二級(jí)電子，并通過A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行信息聚焦放大輸出。系統(tǒng)由高壓電源經(jīng)過波束集成器實(shí)現(xiàn)光電波束集成，并經(jīng)過模擬信號(hào)預(yù)處理機(jī)激發(fā)出光電子進(jìn)行生物特征信息調(diào)制[4]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在對(duì)民航安檢生物特征識(shí)別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)描述、功能器件選擇、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理以及指標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計(jì)，分別對(duì)各個(gè)功能模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)描述如下：

（1） 傳感器采集模塊。傳感器采集模塊是整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行生物特征信息采集的基礎(chǔ)單元，采用紅外探測(cè)和紫外線探測(cè)傳感器進(jìn)行生物特征原始信息采集，傳感器采集的A/D設(shè)計(jì)采用高速A/D芯片AD9225，接口方式為串行接口，特征采樣的分辨率為12位，采用單3 V供電的內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器。通過有源晶振輸出生物安檢信息的采樣時(shí)鐘，有源晶振的最大倍頻數(shù)為64倍，在晶振的輸出端NC通過PCB接地，使得在進(jìn)行生物特征識(shí)別中的輸出采樣信號(hào)盡可能地接近DSP的時(shí)鐘，得到傳感器采集模塊的設(shè)計(jì)電路如圖3所示。

（2） 紅外探測(cè)模塊。紅外探測(cè)模塊采用電容進(jìn)行交流耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)民航安檢生物特征識(shí)別，用[V]代表耦合電容C前輸入的伽馬射線采集信號(hào)，信號(hào)直流分量在DC基線恢復(fù)器中進(jìn)行信號(hào)集成，輸出安檢生物特征的負(fù)增益信號(hào)直流分量為：

[VDC=νARV]

采用肖特基二極管減小放電回路的時(shí)間誤差，提高對(duì)生物特征識(shí)別中紅外探測(cè)的時(shí)效性，在電路設(shè)計(jì)中，耦合電容[CC]設(shè)為10 nF，三極管集電極電壓為5 V。

（3） 檢波分析模塊。檢波模塊是整個(gè)民航安檢生物特征識(shí)別系統(tǒng)的核心模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物探測(cè)信息的檢波放大和輸出控制功能，對(duì)采集的生物特征在檢波分析模塊中進(jìn)行波束集成和圖譜提取。通用 PCI 接口和CPLD編程芯片進(jìn)行檢波設(shè)計(jì)[5]，在DSP中進(jìn)行信息處理，采用多路復(fù)用 32 位和8位總線設(shè)備構(gòu)建檢波模塊的交流放大電路，并將檢波信息輸入到功率放大模塊進(jìn)行信息放大，得到一組容量為 256×16 b的片選信號(hào)，檢波電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

（4） 人機(jī)交互模塊。人機(jī)交互模塊是實(shí)現(xiàn)民航安全的生物特征識(shí)別輸出人機(jī)交互功能，采用VXI總線接口設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)，選用PCI9054作為PCI芯片，在LOCAL總線與PCI總線模式中進(jìn)行生物特征信息的DMA 傳輸和本地總線控制[6?7]，得到人機(jī)交互模塊的接口設(shè)計(jì)如圖5所示。

在人機(jī)交互模塊的輸出界面中，顯示采集的生物特征的波束集成和圖譜特征，結(jié)合信息處理單元和蓋革?彌勒計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)讀取數(shù)據(jù)，得到機(jī)器能快速識(shí)別的生物特征信號(hào)，實(shí)現(xiàn)生物特征識(shí)別。

3 實(shí)驗(yàn)調(diào)試分析

為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，系統(tǒng)調(diào)試的實(shí)際環(huán)境如圖6所示。

采用本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行民航安檢中的生物特征識(shí)別檢測(cè)分析，得到檢測(cè)圖譜如圖7所示。分析得知，采用本文方法進(jìn)行民航安全生物特征識(shí)別，對(duì)異常特征點(diǎn)具有較明顯的波峰，檢測(cè)準(zhǔn)確性較好。

4 結(jié) 語

本文提出基于生物特征圖譜檢測(cè)的民航安檢生物特征識(shí)別方法，系統(tǒng)包括了傳感器采集模塊、紅外探測(cè)模塊、檢波分析模塊和人機(jī)交互模塊。采用紅外探測(cè)和紫外線探測(cè)傳感器進(jìn)行生物特征原始信息采集，對(duì)采集的生物特征在檢波分析模塊中進(jìn)行波束集成和圖譜提取，得到機(jī)器能快速識(shí)別的生物特征信號(hào)，在人機(jī)交互模塊中實(shí)現(xiàn)民航安檢的檢測(cè)優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)進(jìn)行民航安全的生物特征識(shí)別的抗干擾性較強(qiáng)、準(zhǔn)確性較好、效率更高。

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