I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l . 2 ,   N o . 2 ,   A p r i l   2 0 1 2 ,   p p .   2 1 4 ~ 2 2 2   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8             2 1 4       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J E C E   I r i s   F e a t u r e   E x t r a c t i o n   a n d   C l a s s i f i c a t i o n   u s i n g   F P G A         B a b a s a h e b   G .   P a t i l ,   N i k h i l   N i w a s   M a n e ,   S h a i l a   S u b b a r a m a n   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r o n i c s   E n g i n e e r i n g ,   W a l c h a n d   Co l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   S a n g l i ,   I n d i a   e - m a i l : b a b a s a h e b . p a t i l @ w a l c h a n d s a n g l i . a c . i n ,   m a n e . n i k h i l @ r e d i f f m a i l . c o m ,   s h a i l a s u b b a r a m a n @ y a h o o . c o . i n       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T   A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   D e c   1 1 th ,   2 0 1 1   R e v i s e d   M a r   1 s t ,   2 0 1 2   A c c e p t e d   M a r   1 5 th ,   2 0 1 2       A n   a p p r o a c h   o f   s i n g u l a r   v a l u e   ( S V D )   o f   a   ( m x n )   2 - D   m a t r i x   h a s   b e e n   p o p u l a r l y   u s e d   b y   r e s e a r c h e r s   f o r   r e p r e s e n t i n g   a   2 - D   i m a g e   b y   a   s e t   o f   l e s s   t h a n   o r   e q u a l   t o   n   v a l u e s   s e q u e n c e d   i n   d e s c e n d i n g   o r d e r   o f   w h i c h   a   s u b s e t   o f   o n l y   f i r s t   f e w   v a l u e s   w h i c h   a r e   s i g n i f i c a n t   i s   t r e a t e d   a s   a   s e t   o f   f e a t u r e s   f o r   t h a t   i m a g e .   T h e s e   f e a t u r e s   a r e   f u r t h e r   u s e d   f o r   i m a g e   r e c o g n i t i o n   a n d   c l a s s i f i c a t i o n .   T h o u g h   m a n y   p a p e r s   a s   r e v i e w e d   f r o m   l i t e r a t u r e   h a v e   d i s c u s s e d   a b o u t   t h i s   i m p l a n t a t i o n   u s i n g   s o f t w a r e / M A T L A a p p r o a c h ,   r a r e l y   a   p a p e r   a p p e a r s   o n   h a r d w a r e   i m p l e m e n t a t i o n   o f   S V D   a l g o r i t h m   f o r   i m a g e   p r o c e s s i n g   a p p l i c a t i o n s .   T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   t h e   d e t a i l s   o f   a   h a r d w a r e   a r c h i t e c t u r e   d e v e l o p e d   b y   u s   t o   i m p l e m e n t   S V D   a l g o r i t h m   a n d   t h e n   p r e s e n t s   t h e   r e s u l t s   o f   i m p l e m e n t a t i o n   o f   t h i s   a r c h i t e c t u r e   i n   t h e   X i l i n x   f i e l d   p r o g r a m m a b l e   g a t e   a r r a y   V i r t e x 5   t o   e x t r a c t   t h e   f e a t u r e s   o f   a n   i r i s   i m a g e .   A   c o m p a r i s o n   b e t w e e n   t h e   f e a t u r e   v a l u e s   e x t r a c t e d   b y   M A T L A B   a n d   t h o s e   o b t a i n e d   b y   h a r d w a r e   s i m u l a t i o n   u s i n g   X i l i n x   I S E   t o o l   i n d i c a t e s   a   v e r y   g o o d   m a t c h   v a l i d a t i n g   t h e   h a r d w a r e   a r c h i t e c t u r e .   A   h a m m i n g   d i s t a n c e   c l a s s i f i e r   u s i n g   a p p r o p r i a t e   t h r e s h o l d   v a l u e s   s t o r e d   i n   RO M   i s   u s e d   t o   c l a s s i f y   t h e   i r i s   i m a g e s .     K e y w o r d :   F i n i t e   s t a t e   m a c h i n e .   J a c o b i   t r a n s f o r m a t i o n   S i n g u l a r   v a l u e   d e c o m p o s i t i o n   F P G A         Co p y r i g h t   ©   2 0 1 2   I n s i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   B a b a s a h e b   G . P a t i l ,   D e p a r t e m e n t   o f   E l e c t r o n i c s     E n g i n e e r i n g ,   W a l c h a n d   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g   ,   V i s h r a m b a g ,   S a n g l i   4 1 6 4 1 5 ,   M a h a r a s h t r a   ( I n d i a )   e - m a i l   : p a t i l b g @ r e d i f f m a i l . c o m ,   b a b a s a h e b . p a t i l @ w a l c h a n d s a n g l i . a c . i n       1 .   I N T R O D U C T I O N     I n t e l l i g e n t   p e r s o n a l   i d e n t i f i c a t i o n   b a s e d   o n   b i o m e t r i c s   m e a s u r e m e n t   h a s   b e c o m e   v e r y   p o p u l a r   i n   r e c e n t   y e a r s   f o r   s e c u r i t y   p u r p o s e .   F a c i a l   f e a t u r e s ,   t h e r m a l   e m i s s i o n ,   i r i s ,   g a i t ,   v o i c e p r i n t ,   g e s t u r e ,   p a l m - p r i n t s ,   f i n g e r p r i n t s ,   h a n d - w r i t t e n   s i g n a t u r e ,   h a n d   g e o m e t r y   e t c .   a r e   s o m e   o f   t h e   m e a n s   f o r   p e r s o n a l   i d e n t i f i c a t i o n .   I r i s   r e c o g n i t i o n   i s   o n e   o f   s u c h   b i o m e t r i c   m e t h o d   w h i c h   i s   a d v a n t a g e o u s   f r o m   v a r i a b i l i t y ,   s t a b i l i t y ,   u n i q u e n e s s   a n d   s e c u r i t y   p o i n t   o f   v i e w   f o r   t h e   r e a s o n s   g i v e n   b e l o w .   I r i s   i s   t h e   o n l y   i n t e r n a l   h u m a n   b o d y   o r g a n   t h a t   i s   v i s i b l e   f r o m   t h e   o u t s i d e ,   t h u s   w e l l   p r o t e c t e d   f r o m   e x t e r n a l   m o d i f i e r s .   T h e   p o s s i b i l i t y   o f   f i n d i n g   a n   i r i s   e q u a l   t o   a n o t h e r   o n e   i s   c o n s i d e r e d   t o   b e   n u l l .   E v e n   t h e   t w o   i r i s e s   o f   t h e   s a m e   i n d i v i d u a l   d o   n o t   m a t c h .     T h e   i r i s   p a t t e r n   d o e s   n o t   c h a n g e   t h r o u g h o u t   t h e   u s e r s   w h o l e   l i f e .   I t   i s   i m p o s s i b l e   t o   m o d i f y   s u r g i c a l l y   w i t h o u t   a n y   r i s k   f o r   t h e   v i s i o n .   T h e   p h y s i c a l   r e s p o n s e   t o   l i g h t   p r o v i d e s   a   s u i t a b l e   w a y   t o   t e s t   t h e   a l i v e n e s s   o f   t h e   u s e r   ( a v o i d i n g   t h e   u s e   o f   s y n t h e t i c   e y e s ) .   Y e t ,   t h e   h u m a n   i r i s   i s   r e l a t i v e l y   s i m p l e   t o   i m a g e   a n d   i s   d o n e   i n   a   n o n -   i n t r u s i v e   w a y .     N u m b e r   o f   i r i s   r e c o g n i t i o n   a l g o r i t h m s   i s   p r o p o s e d   i n   t h e   l i t e r a t u r e   s u c h   a s   I n d e p e n d e n t   C o m p o n e n t   A n a l y s i s   ( I C A ) ,   S i n g u l a r   V a l u e   D e c o m p o s i t i o n   ( S V D ) ,   C h a r a c t e r i z i n g   k e y   l o c a l   v a r i a t i o n   e t c .   [ 1 ]   t o   e x t r a c t   i r i s   f e a t u r e s   a n d   t o   p r o p o s e   c o m p e t i t i v e   l e a r n i n g   m e c h a n i s m   t o   r e c o g n i z e   i r i s   p a t t e r n .   S i n g u l a r   v a l u e   d e c o m p o s i t i o n   i s   s i m p l e   a n d   p r o v i d e s   h i g h l y   s t a b l e   r e s u l t s   e v e n   u n d e r   c h a n g i n g   l i g h t n i n g   c o n d i t i o n s .     D u e   t o   l a r g e   d e g r e e   o f   p a r a l l e l i s m   a s s o c i a t e d   w i t h   i t ,   i t   i s   a   p r o p e r   c a n d i d a t e   f o r   h a r d w a r e   a n d   h e n c e   f o r   F P G A   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       T i t l e   o f   m a n u s c r i p t   i s   s h o r t   a n d   c l e a r ,   i m p l i e s   r e s e a r c h   r e s u l t s   ( F i r s t   A u t h o r )   2 1 5 i m p l e m e n t a t i o n .   T h e   a n a l y t i c a l   d e t a i l s   o f   S V D   a l o n g - w i t h   t h e   d e t a i l s   o f   t h e   a r c h i t e c t u r e   d e s i g n e d   a n d   d e v e l o p e d   a r e   p r e s e n t e d   i n   t h i s   p a p e r .           2 .   I R I S   R E C O G N I T I O N   F i g u r e . 1   s h o w s   t h e   f o u r   m a i n   s t e p s   i n   i r i s   r e c o g n i t i o n   s y s t e m ,   w h i c h   c o n s i s t s   o f   I m a g e   A c q u i s i t i o n ,   I m a g e   S e g m e n t a t i o n ,   F e a t u r e   E x t r a c t i o n   a n d   C l a s s i f i c a t i o n .     2 . 1   I m a g e   A c q u i s i t i o n   T h e   v e r y   f i r s t   s t e p   o f   I r i s   R e c o g n i t i o n   i s   i m a g e   a c q u i s i t i o n .   H i g h   r e s o l u t i o n   c a m e r a   u n d e r   c e r t a i n   l i g h t n i n g   c o n d i t i o n s   i s   u s e d   f o r   g r a b b i n g   t h e   i m a g e s .   S t i l l   o r   v i d e o   b l a c k   a n d   w h i t e   i m a g e s   a r e   g e n e r a l l y   u s e d   t o   a v o i d   p r o b l e m s   r e g a r d i n g   d i l a t a t i o n   o f   t h e   p u p i l .   I t   i s   n e c e s s a r y   t o   o b t a i n   s e v e r a l   c a p t u r e s   o f   t h e   i r i s   t o   a s s u r e   a l i v e n e s s   a n d   q u a l i t y   o f   t h e   c a p t u r e .     2 . 2   I m a g e   S e g m e n t a t i o n   M a i n   o b j e c t i v e   o f   s e g m e n t a t i o n   i s   t o   r e m o v e   r e d u n d a n t     i n f o r m a t i o n ,   n a m e l y   t h e   p u p i l   s e g m e n t   a n d   t h e   p a r t   o u t s i d e   t h e   i r i s   ( s c l e r a ,   e y e l i d s ,   s k i n ) .   T h i s   i s   d o n e   b y   c r o p p i n g   t h e   u n n e c e s s a r y   i n f o r m a t i o n   a f t e r   d e t e c t i n g   t h e   P u p i l l a r y   B o u n d a r y   a n d   t h e   o u t e r   i r i s   e d g e .         F i g u r e   1 .   I r i s   R e c o g n i t i o n   S y s t e m     2 . 3   F e a t u r e   E x t r a c t i o n   F e a t u r e   e x t r a c t i o n   s t e p   i s   u s e d   t o   c r e a t e   a   b i o m e t r i c   t e m p l a t e .   T h e   b i o m e t r i c   t e m p l a t e   p r o v i d e s   a   n o r m a l i z e d ,   e f f i c i e n t   a n d   h i g h l y   d i s c r i m i n a t i n g   r e p r e s e n t a t i o n   o f   t h e   f e a t u r e ,   w h i c h   c a n   t h e n   b e   o b j e c t i v e l y   c o m p a r e d   w i t h   o t h e r   t e m p l a t e s   i n   o r d e r   t o   d e t e r m i n e   t h e   i d e n t i t y .     T h i s   s t e p   f o r m s   t h e   h e a r t   o f   t h i s   p a p e r   a n d   i s   e x p l a i n e d   i n   d e t a i l   i n   t h e   n e x t   s e c t i o n .     2 . 4     I r i s   P a t t e r n   M a t c h i n g   I r i s   m a t c h i n g   s t e p   i s   u s e d   t o   m a t c h   k n o w n   t e m p l a t e s   w i t h   u n k n o w n   t e m p l a t e s   u s i n g   m a t h e m a t i c a l   d i s t a n c e s .   I f   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t w o   p a t t e r n s   i s   l e s s   t h a n   s o m e   t h r e s h o l d   v a l u e ,   t h e n   i t   i n d i c a t e s   a   g o o d   m a t c h i n g   b e t w e e n   t h e   c o r r e s p o n d i n g   p a t t e r n s .   T h i s   p a p e r   c o n c e n t r a t e s   o n l y   o n   t h e   l a s t   t w o   s t a g e s   v i z .   f e a t u r e   e x t r a c t i o n   a n d   i r i s   p a t t e r n   m a t c h i n g   s t a g e s .         3 .   F E A T U R E   E X T R A C T I O N   B Y   S I N G U L A R   V A L U E   D E C O M P O S I T I O N   A   p r o c e s s   o f   f e a t u r e   e x t r a c t i o n   i s   f o l l o w e d   a f t e r   t h e   p r o c e s s   o f   i m a g e   s e g m e n t a t i o n .   D u e   t o   l a r g e   r e d u n d a n c y   i n   t h e   s e g m e n t e d   i m a g e ,   t h e   c o s t   a s s o c i a t e d   w i t h   e x t r a c t i n g   v a l u a b l e   f e a t u r e s   f r o m   s e g m e n t e d   i m a g e   i s   q u i t e   e x o r b i t a n t   i n   t e r m s   o f   h e a v y   c o m p u t a t i o n a l   b u r d e n ,   c o m p u t a t i o n a l   t i m e   a n d   m e m o r y   s t o r a g e .   T h e   s i n g u l a r   v a l u e   d e c o m p o s i t i o n   a l g o r i t h m   r e d u c e s   t i m e   c o m p l e x i t y   o f   i r i s   r e c o g n i t i o n   f r o m   O ( n ³ )   t o   O ( n )   b y   u s i n g   J a c o b i   t r a n s f o r m a t i o n .     W e   h a v e   u s e d   t h i s   m e t h o d   f o r   E i g e n   v a l u e   c o m p u t a t i o n .   J a c o b i   m e t h o d   o f f e r s   l a r g e   d e g r e e   o f   p a r a l l e l i s m   i n   c o m p u t a t i o n   b e s i d e s   p r o v i d i n g   a c c u r a t e   r e s u l t s   e v e n   w i t h   f i x e d   p o i n t   a r i t h m e t i c .   T h i s   f a c t   l e a d s   t o   f a i r l y   s i m p l e   i m p l e m e n t a t i o n   o f   S V D   a l g o r i t h m   i n   F P G A .     3 . 1   S i n g u l a r   V a l u e   D e c o m p o s i t i o n   S i n g u l a r   V a l u e   D e c o m p o s i t i o n   i s   a   p o w e r f u l   t o o l   f o r   d e c o m p o s i n g   t h e   i r i s   b a s i s   m a t r i x .   S V D   e x p o s e s   t h e   h i d d e n   g e o m e t r y   o f   t h e   m a t r i x .   I n   t h i s   p a p e r   S V D   i s   u s e d   a s   a   d i m e n s i o n a l i t y   r e d u c t i o n   t o o l .   T h e   b a s i c   o p e r a t i o n   o f   S V D   r e l i e s   o n   t h e   f a c t o r i z a t i o n   o f   a n   m x n   m a t r i x   ( m       n )   i n t o   t h r e e   o t h e r   m a t r i c e s   i n   t h e   f o l l o w i n g   f o r m :     T n n n m m m n m x x x x V S U A × × =                                 ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   2 ,     A p r i l   2 0 1 2   :     2 1 4     2 2 2   2 1 6                                         w h e r e   t h e   s u p e r s c r i p t   T   d e n o t e s   t h e   t r a n s p o s e .   U   i s   a n   m x m   o r t h o g o n a l   l e f t   u n i t a r y   m a t r i x ,   V   i s   a n   n x n   o r t h o g o n a l   r i g h t   u n i t a r y   m a t r i x   a n d   S   i s   a n   m x n   d i a g o n a l   m a t r i x   w i t h   S i j =   0   i f   i     j   a n d   S i i     ¹   0 .   F o r   a   g i v e n   m a t r i x   A ,   m a t r i x   S   i s   u n i q u e .     T h e   t w o   i m p o r t a n t   a s p e c t s   t o   b e   n o t e d   h e r e   a r e :   1 .   M a t r i x   e l e m e n t   o f     S   i s   z e r o   e v e r y w h e r e   e x c e p t   i n   t h e   m a i n   d i a g o n a l .   T h i s   l e a d s   t o   r e d u c t i o n   i n   t h e   d i m e n s i o n   o f   t h e   i n p u t   p a t t e r n   f r o m   a   m a t r i x   m x n   t o   o n l y   a   v e c t o r   o f   n   e l e m e n t s .     2 .   O n l y   t h e   f i r s t   k   e l e m e n t s   o u t   o f   n   e l e m e n t s ,   w h e n   a r r a n g e d   i n   d e s c e n d i n g   o r d e r ,   c o n t a i n   s u b s t a n t i a l   i n f o r m a t i o n ,   a n d   t h e   v e c t o r   t a i l   w i t h o u t   s i g n i f i c a n t   l o s s   o f   i n f o r m a t i o n   c a n   b e   c r o p p e d   o u t ,   l e a d i n g   t o   f u r t h e r   r e d u c t i o n   i n   t h e   d i m e n s i o n   o f   t h e   v e c t o r   r e p r e s e n t i n g   2 - D   m x n   m a t r i x .   B y   r e - a r r a n g i n g     ( 1 )   w e   g e t ,                                                                           n n n m T m m n m x x x x V A U S × × =                                           ( 2 )   I n   t h e   a b o v e   e q u a t i o n   ,   i f     A   i s   a   s q u a r e   m a t r i x ,   t h e n   t h e   l e f t   a n d   r i g h t   u n i t a r y   m a t r i c e s ,   U   a n d   V   a r e   d e r i v e d   f r o m   J a c o b i a n   r o t a t i o n s   o n   m a t r i x   A   i t e r a t i v e l y .   C o n s i d e r i n g   t h i s   a s p e c t ,   t h e   a b o v e   e q u a t i o n   c a n   b e   m o d i f i e d   t o   a n   i t e r a t i v e   e q u a t i o n   a s ,     i i i i J A J A T × × = + 1                                                   ( 3 )   H e r e ,   J   i s   t h e   J a c o b i     r o t a t i o n a l   m a t r i x .   A s   t h e   i t e r a t i o n   n u m b e r   ( i )   t e n d s   t o   i n f i n i t y ,   o f f   d i a g o n a l   e l e m e n t s   o f   t h e   i t e r a t e d   m a t r i x   A   t e n d   t o   z e r o .   T h e   s i n g u l a r   v a l u e s   o f   t h e   o r i g i n a l   m a t r i x   A   a r e   t h e n   o b t a i n e d   b y   t a k i n g   t h e   s q u a r e   r o o t   o f   d i a g o n a l   e l e m e n t s   o f   t h e   t r a n s f o r m e d   m a t r i x .     3 . 2   C o n s t r u c t i o n   o f   J a c o b i   M a t r i x   C o n s i d e r   a   2 x 2   m a t r i x   A   a s   b e l o w     = a q q a q p a p q a p p A     L e t   p   b e   t h e   r o w   n u m b e r   a n d   q   b e   t h e   c o l u m n   n u m b e r   o f   t h e   t h e   p i v o t   e l e m e n t   f o r   J a c o b i   t r a n s f o r m a t i o n .   T h e n   q ,   t h e   a n g l e   b e t w e e n   - 4 5 0   t o   4 5 0     t h r o u g h   w h i c h   r o t a t i o n   o p e r a t i o n   i s   t o   b e   p e r f o r m e d ,   i s   g i v e n   b y ,   p p q q q p p q a a a a - = + ) 2 t a n ( q                               θ     Є     { - Π / 4 ,   Π / 4 }     T h e   J a c o b i   m a t r i x ,   w h i c h   i s   n o t h i n g   b u t   t h e   r o t a t i o n a l   o p e r a t o r ,   i s   t h e n   c o n s t r u c t e d   a s   ,       - = q q q q c o s s i n s i n c o s J     A p p l y i n g   E q .   ( 3 ) ,   t h e   i t e r a t i v e   e q u a t i o n   i s   g i v e n   b y ,     - - = + q q q q q q q q c o s s i n s i n c o s c o s s i n s i n c o s 1 a q q a q p a p q a p p A T i       . 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 - = c s s c J     F i g u r e   2 .   J a c o b i   T r a n s f o r m a t i o n   o f   n x n   M a t r i x   S e l e c t i o n   o f   P i v o t a l   E l e m e n t s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       T i t l e   o f   m a n u s c r i p t   i s   s h o r t   a n d   c l e a r ,   i m p l i e s   r e s e a r c h   r e s u l t s   ( F i r s t   A u t h o r )   2 1 7 F o r   a   m a t r i x   A   o f   s i z e   n x n   a s   p e r   E q . ( 3 ) ,   t h e   J a c o b i   t r a n s f o r m a t i o n   i s   a p p l i e d   i t e r a t i v e l y ,   c o m p u t i n g   J a c o b i   m a t r i x   i n   e a c h   i t e r a t i o n   f r o m   t h e   p r e v i o u s l y   i t e r a t e d     m a t r i x   A     w i t h   p i v o t   v a l u e s     p     a n d   q   .   T h i s     f r e e z e s   t h e   f o u r   e l e m e n t s   a p p ,   a p q ,   a q p   a n d   a q q       o f   a   m a t r i x   A   l e a d i n g   t o   c o m p u t a t i o n   o f   a n d   h e n c e   c o s c ) a n d   s i n s   v a l u e s .   T h i s   w i l l   g e n e r a t e   t h e   J a c o b i   m a t r i x   w i t h     e l e m e n t s   J ( p , p ) ,   J ( p , q ) ,   J ( q , p ) ,   J ( q , q )     a s   c ,   s ,   - s ,   c   r e s p e c t i v e l y   a n d   r e m a i n i n g   d i a g o n a l   e l e m e n t s   b e i n g   f o r c e d   t o   1   w h i l e   n o n - d i a g o n a l   e l e m e n t s   b e i n g   f o r c e d   t o   z e r o .     C o n s i d e r   a n   e x a m p l e   o f   8 x 8   J a c o b i   m a t r i x     w i t h   p   =   2   a n d   q   =   5   w h e r e   e x c e p t   f o r   t h e   f o u r   e l e m e n t s   a s   a b o v e ,   a l l   d i a g o n a l   e l e m e n t s   a r e     1   w h i l e   n o n - d i a g o n a l   e l e m e n t s   a r e   0 .     3 . 3   S i n g u l a r   V a l u e   D e c o m p o s i t i o n   f o r   a   n   x   n   M a t r i x   O n c e   J a c o b i   m a t r i x   i s   g e n e r a t e d   f r o m   A i     (   m a t r i x   A   i n   t h e   i th   i t e r a t i o n ) ,   A ( i+ 1 )   i s   c o m p u t e d   u s i n g   J a c o b i   t r a n s f o r m a t i o n   J T A i J .       T h e   p r o c e s s   i s   r e p e a t e d   t i l l   t h e   c o m p u t e d   A   m a t r i x   h a s   n o n - d i a g o n a l   e l e m e n t s   l e s s   t h a n   s o m e   t h r e s h o l d   v a l u e   ( h e n c e   f o r c i n g   t h e m   t o   z e r o )   a n d   d i a g o n a l   e l e m e n t s   a r e   n o n z e r o .   T h e   d i a g o n a l   e l e m e n t s   a r e   t h e n   a r r a n g e d   i n   a   d e s c e n d i n g   o r d e r .   T h e   s q u a r e   r o o t   o f   t h e s e   d i a g o n a l   e l e m e n t s   g i v e s   a   s e t   o f   s i n g u l a r   v a l u e s   f o r   t h e   o r i g i n a l   m a t r i x   A .   T h i s   a l g o r i t h m   o f   S V D   i s   r e p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   3 .     S e l e c t i o n   o f   p i v o t   p l a y s   a   m a j o r   r o l l   i n   r e d u c i n g   t h e   t i m e   c o m p l e x i t y .   T h e   b a s i c   C l a s s i c a l   J a c o b i   m e t h o d   b y   B r e n t     [ 1 9 6 3 ]   w h i c h   h a s   a   t i m e   c o m p l e x i t y   o f   O ( n ³ ) [ 2 ]   u s e s     p o s i t i o n   o f   m a x i m u m   v a l u e   i n   a   r o w   a s   p i v o t   p o s i t i o n .     T h e   c y c l i c   J a c o b i   m e t h o d [ 1 9 6 6 ]   i s   a   m o d i f i c a t i o n   o f   c l a s s i c a l   J a c o b i   m e t h o d     w h e r e i n   t h e   s t a r t i n g   p i v o t   e l e m e n t   c o r r e s p o n d s   t o   p   = 1   a n d   q   =   2   ( i . e .   p   + 1 )   w i t h   p     i n c r e m e n t i n g   b y   1   i n     e a c h     s u c c e s s i v e   i t e r a t i o n .   T h i s   s e l e c t i o n   m e t h o d   p r o v i d e s   t h e   c o m p l e x i t y   o f   O [ ( n ( n   - 1 ) / 2 )     [ 3 ] .     s t a r t I n p u t   m a t r i x   A F i n d   C o m p u t e   J   m a t r i x T A C o m p u t e     A A T C o m p u t e A J J T A N o Y e s R e   o r d e r   a l l   e i g e n v a l u e s F i n d   S i n g u l a r   v a l u e S t o p A ; t h r e s h o l d a i j < t h r e s h o l d a i i > j i ¹   F i g u r e   3 .     F l o w   C h a r t   f o r   S V D   C o m p u t a t i o n                                 F i g u r e   4 .   T o u r n a m e n t   O r d e r i n g   S c h e m e   f o r   8 × 8   M a t r i x   1 2   3 4   5 6   7 8   S t e p   1     P 1                           P 2                             P 3                         P 4   1 4   2 6   3 8   5 7   S t e p   2   1 6   4 8     2 7   3 5   S t e p   3   1 3   5 2   7 4   8 6   S t e p   7   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   2 ,     A p r i l   2 0 1 2   :     2 1 4     2 2 2   2 1 8 I n   1 9 8 5   B r e n t   a n d   L u k   i n t r o d u c e d   a   m o r e   e f f i c i e n t   w a y   o f   d e t e r m i n i n g   t h e   p i v o t a l   e l e m e n t   c a l l e d   T o u r n a m e n t   O r d e r i n g [ 1 0 ]   w h i c h   h a s   a   t i m e   c o m p l e x i t y   o f   O ( 2 ( n - 1 ) ) .   A n   e x a m p l e   o f   p i v o t i n g   s e q u e n c e   w h e r e   t h e   f o u r   p r o c e s s o r s   P 1 ,   P 2 ,   P 3   a n d   P 4   a r e   w o r k i n g   i n   p a r a l l e l   o n   d i a g o n a l   f o r   a   8 x 8   s i z e   m a t r i x     i s   s h o w n   i n   F i g u r e   4 .     I n   s t e p 1 ,   t h e   f o u r   p r o c e s s o r s   g e n e r a t e   J a c o b i   m a t r i x   b y   c o n s i d e r i n g   t h e   p i v o t   w i t h   p   a n d   q   v a l u e s     a s   s h o w n   i n   t h e   f i r s t   r o w   o f   t h e   f o l l o w i n g   f i g u r e .     I n   t h e   s u b s e q u e n t   s t e p s   t h e   p r o c e s s o r s   w o r k   b y   s h i f t i n g   t h e   p i v o t   p ,   q   v a l u e s   i n   a   f a s h i o n   a s   s h o w n   b y   t h e   a r r o w s   i n   F i g u r e   4 .     W e   h a v e   i m p l e m e n t e d   a l l   t h e   t h r e e   m e t h o d s   u s i n g   M A T L A B   b e f o r e   i m p l e m e n t i n g   t h e m   i n   F P G A .   T a b l e   1   g i v e s   M A T L A B   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   o f   p i v o t   s e l e c t i o n   o n   a n   i m a g e   o f   s i z e   ( 4 0 x 4 0 ) .   I t   c a n   b e   c o n c l u d e d   f r o m   t h i s   t a b l e   t h a t   t o u r n a m e n t   o r d e r i n g   s c h e m e   i s   t h e   b e s t   a m o n g   t h e   t h r e e   s e l e c t i o n   m e t h o d s   m e n t i o n e d   a b o v e   a n d   c a n   b e   t a k e n   f u r t h e r   f o r   F P G A   i m p l e m e n t a t i o n .   A l s o   i t   i s   o b v i o u s   f r o m   t h e   t a b l e   t h a t   t h e   n u m b e r   o f   i t e r a t i o n s   r e q u i r e d   t o   o b t a i n   a   d e s i r e d   e r r o r   i s   c o n s i s t e n t   w i t h   t h e   t i m e   c o m p l e x i t y   o f   e a c h   m e t h o d   a s   m e n t i o n e d   a b o v e .       T a b l e   1 .   M a t l a b   S i m u l a t i o n   R e s u l t s   ( P i v o t   S e l e c t i o n   M e t h o d s )   M e t h o d   N o   o f   I t e r a t i o n s     %   e r r o r   C o n v e r g e n c e   f o u n d   C o m m e n t s   C l a s s i c a l   J a c o b i   2 0 0 0 0   1 . 2 7 3     N o   E r r o r   d o e s   n o t   r e d u c e   b e l o w   1 . 2 7 %   e v e n   u p t o   6 0 0 0 0   i t e r a t i o n s   C y c l i c   J a c o b i   5 0 0 0   0 . 0 0 4   Y e s   E r r o r   d o e s   n o t   r e d u c e   b e l o w   0 . 0 0 4 %   e v e n   u p t o   8 0 0 0   i t e r a t i o n s   T o u r n a - m e n t   O r d e r i n g   1 0 0   0 . 0 0 1   Y e s   C o n s i d e r a b l y   l o w e r   n o   o f   i t e r a t i o n s   t o   o b t a i n   0 . 0 0 1   %   e r r o r .   B e s t   p i v i t   s e l e c t i o n   m e t h o d       4 .   F P G A   I M P L E M E N T A T I O N               F i g u r e   5   s h o w s   t h e   b l o c k   d i a g r a m   o f   t h e   c o m p l e t e   s y s t e m   c o n s i s t i n g   o f   f o u r   s t a g e s   v i z .   i m a g e   a c q u i s i t i o n ,   i m a g e   s e g m e n t a t i o n ,   f e a t u r e   e x t r a c t i o n   a n d   c l a s s i f i c a t i o n .   O u t   o f   t h e s e   f i r s t   t w o   s t a g e s   a r e   i m p l e m e n t e d   i n   h o s t   P C   w h i l e   t h e   r e m a i n i n g   t w o   s t a g e s   a r e   i m p l e m e n t e d   i n   F P G A .   T h e   e m p h a s i s   o f   t h i s   p a p e r   i s   o n   F P G A   i m p l e m e n t a t i o n   o f   S V D   u s i n g   J a c o b i   m e t h o d   w i t h   t o u r n a m e n t   o r d e r i n g   f o r   f e a t u r e   e x t r a c t i o n   a n d   c l a s s i f i c a t i o n   o f   i r i s   t e m p l a t e s .   T h e   s e g m e n t e d   i r i s   t e m p l a t e   i m a g e   w h i c h   h a s   a   s i z e   o f   4 0 x 4 0   p i x e l s   w i t h   8 - b i t   p i x e l   d a t a   ( 2 5 6   g r a y   l e v e l s )   i s   s e n t   v i a   p a r a l l e l   c o m m u n i c a t i o n   p o r t   t o   F P G A   k i t   f o r   f u r t h e r   p r o c e s s i n g .   T h e   n e x t   s u b - s e c t i o n   g i v e s   t h e   d e t a i l s   o f   S V D   h a r d w a r e   a r c h i t e c t u r e   w h i l e   S u b - s e c t i o n   4 . 2   p r e s e n t s   t h e   d e t a i l s   o n   c l a s s i f i c a t i o n   o f   i r i s   i m a g e s   r e p r e s e n t e d   b y   S V D   f e a t u r e s   u s i n g   o n e   o f   t h e   c l a s s i f i e r s   s u c h   a s   H a m m i n g   D i s t a n c e   C l a s s i f i e r .             F i g u r e   5 .   B l o c k   D i a g r a m   o f   t h e   S y s t e m     4 . 1   S V D   C o r e   F i g u r e   6   s h o w s   S V D   c o r e   f o r   F P G A   i m p l e m e n t a t i o n .     T h e   m a j o r   c o m p o n e n t s   o f   S V D   c o r e   a r e   M a t r i x   M u l t i p l i e r ,   J a c o b i   T r a n s f o r m e r ,   F i n i t e   S t a t e   M a c h i n e ,   R e o r d e r   U n i t   a n d   S q u a r e   R o o t   b l o c k .   M a t r i x   m u l t i p l i e r   i s   u s e d   f o r   c o m p u t i n g   o n e   o f   t h e   t h r e e   m a t r i x   m u l t i p l i c a t i o n s   v i z .   A T A ,   J T A   a n d   J T A J .   T h e   a p p r o p r i a t e   i n p u t   m a t r i x   t o   t h i s   u n i t   i s   s e l e c t e d   u s i n g   M a t r i x   M u l t i p l e x e r   w h i c h   s e l e c t s   o r i g i n a l   i m a g e   m a t r i x   f o r   t h e   f i r s t   s t e p ,   s e l e c t s   J T   f o r   t h e   s e c o n d   s t e p   a n d   C   a n d   J   f o r   t h e   t h i r d   s t e p .   M a t r i x   m u l t i p l i e r   b a s e d   o n   s y s t o l i c   a r r a y   p a r a l l e l   i m p l e m e n t a t i o n   g i v e s   r e s u l t   f o r   n × n   s i z e   m a t r i x   i n   n   c l o c k   c y c l e s .   M a t r i x   m u l t i p l i e r   h a s   e x t r a   f a c i l i t y   f o r   g e t t i n g   r e s u l t s   i n   n o r m a l   f o r m a t   o r   Q 1 5   f o r m a t   a n d   p e r f o r m   t r a n s p o s e   m u l t i p l i c a t i o n   ( e . g .   J T A ) .   T h e   o u t p u t s   o f   t h i s   u n i t   a r e   m u l t i p l e x e d   t o   J a c o b i   t r a n s f o r m e r   a n d   M a t r i x   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       T i t l e   o f   m a n u s c r i p t   i s   s h o r t   a n d   c l e a r ,   i m p l i e s   r e s e a r c h   r e s u l t s   ( F i r s t   A u t h o r )   2 1 9 M u l t i p l e x e r   o r   R e o r d e r   M a t r i x   b l o c k   d e p e n d i n g   u p o n   t h e   c o n v e r g e n c e   o f   t h e   m a t r i x   A   a f t e r   J a c o b i   t r a n s f o r m a t i o n .   J a c o b i   T r a n s f o r m e r   g e n e r a t e s   J a c o b i   m a t r i x   b y   o p e r a t i n g   o n   A   a n d   s e l e c t i n g   p i v o t   e l e m e n t   b y   t o u r n a m e n t   o r d e r i n g   m e t h o d .   T h i s   b l o c k   c o n t a i n s   t h r e e   s u b   b l o c k s   v i z .   d i a g o n a l   p r o c e s s o r ,   s i n e - c o s i n e   l o o k   u p   t a b l e   a n d   u p d a t e   p i v o t .   D i a g o n a l   p r o c e s s o r   r e q u i r e s   p i v o t   e l e m e n t s   a s   i n p u t   a n d   p r o v i d e s   s i n e   a n d   c o s i n e   o f   t h e   a n g l e   c o m p u t e d   u s i n g   l o o k - u p   t a b l e   i n   Q 1 5   f o r m a t .   U p d a t e   p i v o t   b l o c k   g e n e r a t e s   n e w   p a i r   o f   p i v o t   e l e m e n t s   f o r   c o n s t r u c t i o n   o f   n e w   J a c o b i   m a t r i x   J   a s   p e r   s c h e m e     g i v e n   i n   F i g u r e   4 .       F i g u r e   6 .   S V D   C o r e   f o r   F P G A   I m p l e m e n t a t i o n       F i n i t e   S t a t e   M a c h i n e   i s   t h e   h e a r t   o f   S V D   c o r e   w h i c h   g e n e r a t e s   t h e   c o n t r o l   s i g n a l s   a s   p e r   t h e   s t a t e   d i a g r a m   s h o w n   i n   F i g u r e   7 .   T h e   v a r i o u s   o p e r a t i o n s   c a r r i e d   o u t   d u r i n g   e a c h   s t a t e   a r e   a l s o   i n d i c a t e d   o n   t h e   s t a t e   d i a g r a m .   R e o r d e r   M a t r i x   b l o c k   i m p l e m e n t s   s e q u e n t i a l   s e a r c h   a l g o r i t h m   t o   a r r a n g e   t h e   d i a g o n a l   e l e m e n t s   i n   d e s c e n d i n g   o r d e r   w h i l e   s q u a r e   r o o t   b l o c k   i m p l e m e n t s   n o n - r e s t o r i n g   t y p e   m e t h o d   t o   c o m p u t e   s q u a r e   r o o t   o f   d i a g o n a l   e l e m e n t s   w h i c h   a r e   p r i m a r y   o u t p u t s   o f   S V D   c o r e .         F i g u r e   7 .   S t a t e   D i a g r a m   o f   t h e   C o n t r o l   U n i t   ( F i n i t e   S t a t e   M a c h i n e )     T h e   o p e r a t i o n   o f   S V D   c o r e   i s   a s   f o l l o w s :   M a t r i x   D a t a   L a t c h     h a s   d a t a   i n p u t   f r o m   P C   p r o v i d e d   w i t h   d a t a   c l o c k   a n d   a s y n c h r o n o u s   r e s e t .   R e s e t   f r o m   h o s t   P C     r e s e t s   t h e   w h o l e   s y s t e m   a n d   f i n i t e   s t a t e   m a c h i n e .   V a l i d   d a t a   i s     l a t c h e d   a t   t h e   r i s i n g   e d g e   o f   t h e   d a t a   c l o c k   a n d   s t o r e d   i n   t h e   m a t r i x   f o r m .   T h i s   l a t c h   g e n e r a t e s   d a t a   r e a d y   s i g n a l   a f t e r   r e c e i v i n g   t h e   w h o l e   m a t r i x   d a t a   a n d   t r i g g e r s   F S M   f o r   t h e   n e x t   s t a t e .   F S M   g e n e r a t e s   t h e   s e l _ m a t   s i g n a l   t o   s e l e c t   e i t h e r   t h e   o r i g i n a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   2 ,     A p r i l   2 0 1 2   :     2 1 4     2 2 2   2 2 0 m a t r i x   ( A )     f o r   c o n v e r s i o n   t o   s q u a r e   m a t r i x   i n   t h e   f i r s t   s t e p ,   o r   J a c o b i   T r a n s p o s e / J a c o b i     m a t r i x   ( J )   i n   t h e   s e c o n d / t h i r d   s t e p     o r   J   a n d   C   m a t r i x   ( w h i c h   i s   t h e   r e s u l t   o f   J T A )   i n   t h e   t h i r d   s t e p .     T h e   m a t r i x   m u l t i p l i c a t i o n   i s   i n i t i a t e d   b y   t h e   S t a r t   M u l t i p l i c a t i o n   s i g n a l   g e n e r a t e d   b y   F S M   w h i l e   d o n e   m u l t i p l i c a t i o n   s i g n a l   f r o m   M a t r i x   M u l t i p l i e r   i s   u s e d   t o   t r i g g e r   F S M   f o r   e x e c u t i n g   t h e   n e x t   J a c o b i   T r a n s f o r m e r   o p e r a t i o n .   I t   m a y   b e   n o t e d   t h a t   w i t h   l a r g e   n u m b e r   o f   J a c o b i   m a t r i x   e l e m e n t s   b e i n g   z e r o ,   t h e   1 6 x 1 6   m u l t i p l i e r   o u t p u t   i s   l i m i t e d   t o   o n l y   2 0   l e a s t   s i g n i f i c a n t   b i t s .   J a c o b i   t r a n s f o r m e r   b l o c k   c o n s t r u c t s   J a c o b i   m a t r i x   a f t e r   c o m p u t i n g     q   v a l u e   f o r   t h e   p i v o t   p ,   q   v a l u e s   a s   p e r   t o u r n a m e n t   o r d e r i n g   s c h e m e   a n d   t h e n   r e f e r s     c o s q     a n d   s i n q   v a l u e s   f o r   t h e   c o m p u t e d     q   f r o m   l o o k - u p   t a b l e   b y   g e n e r a t i n g   a p p r o p r i a t e   a d d r e s s .     S i n c e   c o s q   a n d   s i n q   v a l u e s   d o   n o t   c h a n g e   a p p r e c i a b l y   f o r   q       b e l o w   - 1 0 0   a n d   a b o v e   + 1 0 0 ,       t h e   l o o k - u p   t a b l e   e n t r i e s   i n   J a c o b i   t r a n s f o r m   b l o c k   a r e   a l s o   l i m i t e d   t o   ±   1 0 0   w i t h   1 0 2 4   e n t r i e s   i n   R O M   w i t h   1 0   b i t   a d d r e s s   g i v i n g   0 . 0 0 8 0   r e s o l u t i o n .       D o n e   s i g n a l   f r o m   J a c o b i   T r a n s f o r m e r     t r i g g e r s   F S M   e i t h e r   t o   r e p e a t   t h e   n e x t   i t e r a t i o n   o r   e n a b l e   R e o r d e r   M a t r i x   t o   a c c e p t   t h e   d i a g o n a l   v a l u e s   o f   t h e   c o n v e r g e d   A   m a t r i x .   T h e   h a n d s h a k i n g   b e t w e e n   R e o r d e r   M a t r i x ,   F S M   a n d   S q u a r e   R o o t   b l o c k   i n i t i a t e s   s q u a r e   r o o t   o p e r a t i o n   t o   f i n d   o u t   s i n g u l a r   v a l u e s   a n d   t h e n   t o   o u t p u t   t h o s e   w i t h   D o n e   S V D   s i g n a l   b e i n g   g e n e r a t e d   b y   t h e   s a m e   b l o c k .       H a m m i n g   C l a s s i f i e r   C l a s s i f i c a t i o n   i s   t h e   l a s t   s t a g e   o f   i r i s   r e c o g n i t i o n .   A n   a r c h i t e c t u r e   o f   t h i s   i s   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   8 .   A   s e t   o f   f e a t u r e s   o b t a i n e d   f r o m   S V D   a r e   s t o r e d   i n   R O M   f o r   a l l   i r i s   i m a g e s   u n d e r   c o n s i d e r a t i o n .   S V D   v a l u e s   f o r   t h e   i r i s   i m a g e   t o   b e   r e c o g n i z e d ,   a s   c o m p u t e d   b y   S V D   c o r e ,   a r e   i n p u t t e d   t o   t h e   c l a s s i f i e r   ( S - a r r a y )   w h i c h   c o m p u t e s   s i m p l e   h a m m i n g   d i s t a n c e   b e t w e e n   S V D   v a l u e s   o f   t h e   t e s t   i m a g e   w i t h   p r e - s t o r e d   v a l u e s   o f   a l l   i m a g e s   o n e   b y   o n e .   T h e   c l a s s i f i e r   o u t p u t s   1 - h o t   e n c o d e d   v a l u e   o f   t h e   i m a g e   i f   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   c o r r e s p o n d i n g   s i n g u l a r   v a l u e s   f o r   a l l   s i n g u l a r   v a l u e s   i s   l e s s   t h a n   p r e - d e t e r m i n e d   t h r e s h o l d   v a l u e .   T h r e s h o l d i n g   l e v e l   c a n   b e   d e c i d e d   b y   f i n d i n g   o u t   t r a d e o f f   b e t w e e n   f a l s e   a c c e p t a n c e   r a t i o   a n d   f a l s e   r e j e c t i o n   r a t i o .           F i g u r e   8 .   H a m m i n g   C l a s s i f i e r   f o r   F P G A       5 .   S I M U L A T I O N     R E S U L T S     ( X I L I N X )   B o t h   S V D   c o r e   a n d   H a m m i n g   C l a s s i f i e r   w e r e   i m p l e m e n t e d   i n   V e r t e x   5   X C 5 0 V X L   F P G A   d e v i c e   u s i n g   X i l i n x   I S E   1 0 . 1   E D A   t o o l .   S V D   r e s u l t s   f o r   f e w   i r i s   i m a g e s   a s   c o m p u t e d   b y   M A T L A B   ( u s i n g   f l o a t i n g   p o i n t   a r i t h m e t i c )   a n d   b y   F P G A   i m p l e m e n t a t i o n   ( u s i n g   f i x e d   p o i n t   a r i t h m e t i c )   i s   a s   s h o w n   i n   T a b l e   2 .     T a b l e   2 .   C o m p a r i s o n   b e t w e e n   S V D   V a l u e s     I m a g e   N o .   S V D   V a l u e s   C o m p u t e d   u s i n g   M A T L A B   F P G A   S 1   S 2   S 3   S 4   S 1   S 2   S 3   S 4   1   4 0 9   1 6   8   5   4 0 8   1 3   1 1   9   2   4 2 7   6 9   3 1   7   4 2 3   7 0   3 8   1 3   3   5 8 9   1 6   9   3   5 8 8   1 4   9   6   4   6 1 9   1 0   5   2   6 1 4   1 5   7   4   5   4 6 3   1 3   1 1   5   4 6 3   1 4   7   5         I t   i s   s e e n   f r o m   t h e   a b o v e   t a b l e   t h a t   t h e r e   i s   a   c l o s e   m a t c h   b e t w e e n   S V D   v a l u e s   c o m p u t e d   u s i n g   M A T L A B     a   s o f t w a r e   a p p r o a c h   a n d   u s i n g   F P G A   i m p l e m e n t a t i o n     a   h a r d w a r e   a p p r o a c h .   F u r t h e r   i t   w a s   f o u n d   t h a t   t h e   H a m m i n g   c l a s s i f i e r   ( w i t h   R O M   s t o r i n g   M A T L A B   c o m p u t e d   S V D   v a l u e s   f o r   t e n   i m a g e s )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       T i t l e   o f   m a n u s c r i p t   i s   s h o r t   a n d   c l e a r ,   i m p l i e s   r e s e a r c h   r e s u l t s   ( F i r s t   A u t h o r )   2 2 1 i d e n t i f i e d   t h e   t e s t   i m a g e   c o r r e c t l y   t h e   i m a g e   d a t a   o f   w h i c h   w a s   f e d   t o   S V D   c o r e .   T h e s e   r e s u l t s   v a l i d a t e   t h e   h a r d w a r e   a r c h i t e c t u r e   f o r   b o t h   S V D   c o r e   a n d   t h e   c l a s s i f i e r .       T h e   e x p e c t e d   t i m e   c o m p l e x i t y   o f   v a r i o u s   b l o c k s   o f   F P G A   i m p l e m e n t e d   a r c h i t e c t u r e   f o r   a n   i m a g e   o f   s i z e   n x n   i s   g i v e n   i n   T a b l e   3 .   T h e   s y n t h e s i s   r e p o r t   o f   t h i s   a r c h i t e c t u r e   a s   g e n e r a t e d   b y   X S T   t o o l   o f   X i l i n x   I S E   f o r   a n   i r i s   i m a g e   o f   s i z e   4 0 x 4 0 ,   w h e n   o p e r a t e d   w i t h   a   c l o c k   o f   1 0 0   M H z   i n d i c a t e d   t h a t   t h e   t i m e   c o n s u m i n g   b l o c k   i s   a   S V D   c o r e   w i t h   1 6   m s   ( 1 6 0 0   p i x e l s   x   1 0   n s )   a s   t h e   t i m e   f o r   c a p t u r i n g   t h e   i m a g e   d a t a   a n d   2 0 3   m s   a s   t h e   t i m e   f o r   S V D   c o m p u t a t i o n .   H a m m i n g   C l a s s i f i e r   t a k e s   n e g l i g i b l e   t i m e   i n   c o m p a r i s o n   w i t h   t h i s .   T h i s   r e s u l t   i n d i c a t e s   t h a t   t h e   i r i s   i m a g e   c a n   b e   i d e n t i f i e d   i n   a   t i m e   p e r i o d   l e s s   t h a n   2 5 0   m s   w h i c h   i s   m u c h   f a s t e r   t h a n   t h a t   i d e n t i f i e d   b y   a   h u m a n   e y e .   T h i s   f u r t h e r   s u g g e s t s   t o   r e d u c e   t h e   c l o c k   f r e q u e n c y   s u i t a b l y   t o   r e d u c e   t h e   o v e r a l l   p o w e r   c o n s u m p t i o n   i n   t h e   h a r d w a r e .   T h e   s a m e   s y n t h e s i s   r e p o r t   i n d i c a t e d   t h e   r e s o u r c e   u t i l i z a t i o n   o f   a b o u t   8 0 %   s u g g e s t i n g   t h e   s u i t a b i l i t y   o f   t h e   F P G A   d e v i c e   u s e d .       T a b l e   3 .   X i l i n x   T i m i n g   S i m u l a t i o n   R e s u l t s   B l o c k   n a m e   C l o c k   C y c l e s   M a t r i x   d a t a   l a t c h   n ² + 1   M a t r i x   m u l t i p l e x e r   1   M a t r i x   M u l t i p l i e r   n   J a c o b i   T r a n s f o r m e r   P i v o t   u p d a t e   1   R e a d   l o o k u p   1   D i v i s i o n   3 2   b y   2 0   n + 1   T o t a l   n + 3   F i n i t e   S t a t e   M a c h i n e   5   s t a t e s   1   c l o c k   c y c l e   f o r   e a c h   5   C o n v e r g e n c e   1   R e o r d e r   n   S q u a r e   r o o t   n       6 .   C O N C L U S I O N             A   h a r d w a r e   a r c h i t e c t u r e   f o r   c o m p u t i n g   S V D   v a l u e s   o f   a   g i v e n   2 - D   m a t r i x   i s   d e v e l o p e d   a n d   s u c c e s s f u l l y   i m p l e m e n t e d   i n   V i r t e x 5   F P G A   o f   X i l i n x .   T h i s   h a s   b e e n   u s e d   t o   e x t r a c t   a   s e t   o f   f e a t u r e s   ( < n )   f o r   a   n x n   i r i s   i m a g e   d a t a .   T h i s   i s   t h e   g r e a t e s t   a d v a n t a g e   o f   S V D   a l g o r i t h m   f r o m   d a t a   s t o r a g e   p o i n t   o f   v i e w .   A   c l o s e   m a t c h   b e t w e e n   S V D   v a l u e s   o b t a i n e d   u s i n g   M A T L A B   a n d   F P G A   i m p l e m e n t a t i o n   v a l i d a t e s   t h e   a r c h i t e c t u r e   d e v e l o p e d .     A   H a m m i n g   C l a s s i f i e r   d e s i g n e d   u s i n g   a   s e t   o f   c o m p a r a t o r s   w i t h   d i f f e r e n t   r e f e r e n c e   v a l u e s   s u c c e s s f u l l y   c l a s s i f i e d   t h e   t e s t   i r i s   i m a g e s   o n   s a m p l e   b a s i s .   T h e   t i m i n g   s i m u l a t i o n   i n d i c a t e d   t h a t   t h e   c o r e   c a n   i d e n t i f y   t h e   i r i s   i m a g e s   s u c c e s s f u l l y   e v e n   w h e n   o p e r a t e d   w i t h   a   c l o c k   o f   1 0   M H z .       7 .   F U T U R E   S C O P E   T h o u g h   t h e   h a r d w a r e   d e v e l o p e d   a n d   i m p l e m e n t e d   r e s u l t e d   i n t o   s u c c e s s f u l   i r i s   i m a g e   i d e n t i f i c a t i o n ,   t h e   e x p e r i m e n t a t i o n   w a s   p e r f o r m e d   o n   f e w   b e n c h m a r k   i m a g e s .   T h e r e   i s   a   n e e d   t o   v a l i d a t e   t h e   h a r d w a r e   f u r t h e r   b y   c h e c k i n g   t h e   F a l s e   A c c e p t a n c e   R a t i o   ( F A R )   a n d   F a l s e   R e j e c t i o n   R a t i o   ( F R R )   o n   a   l a r g e   d a t a   b a s e .   H a r d w a r e   o p t i m i z a t i o n   i s   a n o t h e r   a r e a   w h e r e   s p e c i a l   a t t e n t i o n   c a n   b e   g i v e n   t o   r e d u c e   r e s o u r c e   u t i l i z a t i o n   a n d   d e l a y s .   I n   t h i s   a s p e c t ,   h a r d w a r e   a l g o r i t h m s   f o r   i m p l e m e n t i n g   d i v i s i o n   a n d   s q u a r e   r o o t   d e m a n d s   f u r t h e r   r e s e a r c h .   S t u d i e s   c a n   b e   c a r r i e d   o u t   t o   f i n d   o u t   t h e   p o w e r   d i s s i p a t i o n   a n d   i m p l e m e n t   t h e   l o w   p o w e r   a p p r o a c h e s .   F i x e d   p o i n t   a r i t h m e t i c   r e s u l t s   c a n   b e   m a d e   m o r e   a c c u r a t e   w i t h   i n c r e a s i n g   Q - v a l u e   i n   Q - f o r m a t   a n d   i n c r e a s i n g   t h e   n u m b e r   o f   l o o k u p   t a b l e   e n t r i e s ,   w h i l e   c o n s i d e r i n g   t h e   t r a d e - o f f   b e t w e e n   a r e a   a n d   a c c u r a c y .       A C K N O W L E D G E M E N T S     T h e   a u t h o r s   w o u l d   l i k e   t o   a c k n o w l e d g e   I n s t i t u t e   o f   A u t o m a t i o n ,   C h i n e s e   A c a d e m y   o f   S c i e n c e s   f o r   m a k i n g   C A S I A     i r i s   i m a g e   d a t a b a s e     a v a i l a b l e   o n   t h e   n e t   w h i c h   h a s   b e e n     e x t e n s i v e l y     u s e d   f o r   c a r r y i n g   o u t   t h e   r e s e a r c h   w o r k .     R E F E R E N C E S     [ 1 ]   Br e n t   R.   P . ,   a n d   L u k ,   F .   T . ,     A n   E f f i c i e n t   J a c o b i - l i k e   A l g o r i t h m   f o r   P a r a l l e l   E i g e n   v a l u e   Co m p u t a t i o n ,   I E E E   t r a n s a c t i o n s   o n   c o m p u t e r s ,   v o l .   4 2 ,   n o .   9 ,   S e p t e m b e r   1 9 9 3 ,   p p   1 0 5 8 - 1 0 6 5 .   [ 2 ]   Ra h m a t i ,   S a d r i ,   N a e i n i ,   F P G A   b a s e d   s i n g u l a r   v a l u e   d e c o m p o s i t i o n   f o r   i m a g e   p r o c e s s i n g   a p p l i c a t i o n s       P r o c ,   o f   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   D i g i t a l   O b j e c t   I d e n t i f i e r ,   2 0 0 8 ,   p p   1 8 5 - 1 9 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   2 ,     A p r i l   2 0 1 2   :     2 1 4     2 2 2   2 2 2 [ 3 ]   W e i w e i ,   M .   E .   K a y e ,   D .   M .   L u k e ,   R.   D o r a i s w a m i ,   A n   F P G A - Ba s e d   S i n g u l a r   V a l u e   D e c o m p o s i t i o n ,   P r o c .   O f     C a n a d i a n   C o n f e r e n c e   o n   D i g i t a l   O b j e c t   I d e n t i f i e r ,   2 0 0 6 ,   p p   1 0 4 7 - 1 0 5 0 .   [ 4 ]   N i k o l a y   S o r o k i n ,   I m p l e m e n t a t i o n   o f   h i g h - s p e e d   f i x e d - p o i n t   d i v i d e r s   o n   F P G A ,     J o u r n a l   o f   C S   a n d   T   ,   A p r i l   2 0 0 6 ,   V o l .   6 ,   p p   8 - 1 1 .   [ 5 ]   D a v i d   C.   O ' N e a l   a n d   Ra g h u r a m a   Re d d y   S o l v i n g   S y m m e t r i c   E i g e n v a l u e   P r o b l e m s   O n   D i s t r i b u t e d   M e m o r y   M a c h i n e s   P i t t s b u r g h   S u p e r c o m p u t i n g   Ce n t e r   Ca r n e g i e   M e l l o n   U n i v e r s i t y   P i t t s b u r g h ,   P A   1 5 2 1 3 ,   O c t o b e r ,   1 9 9 4 ,   p p   1 - 2 7 .   [ 6 ]   K   p i r o m s o p h a ,   A n   F P G A   i m p l e m e n t a t i o n   o f   f i x e d   p o i n t   s q u a r e   r o o t   o p e r a t i o n ,     I S C I T   2 0 0 1   [ 7 ]   L i u - J i m e n e z ,   S a n c h e z - Re i l l o ,   S a n c h e z - A v i l a ,   F u l l   h a r d w a r e   s o l u t i o n   f o r   p r o c e s s i n g   i r i s   b i o m e t r i c s ,     S e c u r i t y   T e c h n o l o g y ,   2 0 0 5 ,   C C S T   ' 0 5 .   [ 8 ]   I g n a c i o   Br a v o ,     P e d r o   J i m n e z ,   M a n u e l   M a z o , J o s   L z a r o ,   A l f r e d o   G a r d e l ,     I m p l e m e n t a t i o n   o f   J a c o b i   M e t h o d   t o   S o l v e   t h e   e i g e n   v a l u e   a n d   e i g e n   v e c t o r   p r o b l e m   ,     [ 9 ]   R. P . Br e n t   a n d   F . T . L u k ,   T h e   s o l u t i o n   o f   s i n g u l a r   v a l u e   a n d   s y m m e t r i c   e i g e n   v a l u e   p r o b l e m s   o n   m u l t i p r o c e s s o r   A r r a y ,   S I A M   J . s c i   S t a t . C o m p u t , V o l . 6 , N o . 1 , p p . 6 9 - 8 4   J a n 1 9 8 5   [ 1 0 ]   M i c h a e l   W .   Be r r y ,   D a n i   M e z h e r ,   Be r n a r d   P h i l i p p e ,   a n d   A h m e d   S a m e h   P a r a l l e l   A l g o r i t h m s   f o r     t h e   S i n g u l a r   V a l u e   D e c o m p o s i t i o n   H a n d b o o k   o n   P a r a l l e l   C o m p u t i n g   a n d   S t a t i s t i c s ,   2 0 0 5 ,   p p   1 1 7 - 1 6 4   [ 1 1 ]   L i   M a ,   T i e n u i   T a n ,   F e l l o w , I E E E , Y u n h o n g   W a n g , M e m b e r , I E E E , a n d   D e x i n   Z h a n g   E f f i c i e n t   I r i s   Re c o g n i t i o n   b y   Ch a r a c t e r i n g   K e y   L o c a l   V a r i a t i o n ,   I E E E     T T r a n s c a t i o n s   o n   I m a g e   P r o c e s s i n g ,   v o l   1 3 ,   6 ,   J u n e   2 0 0 4 ,     [ 1 2 ]   O . D n i z , M . Ca s t r i i i n , M . H e r n n d e z ,   F a c e   r e c o g n i t i o n   u s i n g   i n d e p e n d e n t   c o m p o n e n t   a n a l y s i s   a n d   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e s ,   p a t t e r n   Re c o g n i t i o n   L e t t e r s V o l . 2 4 , N o 1 3 , p p . 2 1 5 3 - 2 1 5 7 , S e p . 2 0 0 3 .         B I B L I O G R A P H Y   O F   A U T H O R S         M r .   B a b a s a h e b   G .   P a t i l   : H e   r e c e i v e d   h i s   M . E .   E l e c t r o n i c s     d e g r e e   i n   1 9 9 0   a n d   B. E .   E l e c t r o n i c s     i n   1 9 8 8 .   H e   i s   c u r r e n t l y   w o r k i n g   a s   a   A s s o c i a t e   P r o f e s s o r   i n   d e p a r t m e n t   o f     E l e c t r o n i c s   i n     W a l c h a n d   Co l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   S a n g l i ,   M a h a r a s h t r a ,   I n d i a .   H e   i s   h a v i n g   k e e n   i n t e r e s t   i n   i m a g e   p r o c e s s i n g   a n d   c o m m u n i c a t i o n .   Cu r r e n t l y   h e     i s   c a r r y i n g     o u t     r e s e a r c h   w o r k   i n   t h e   f i e l d   o f   I m a g e   P r o c e s s i n g .           D r .   ( M r s )   S h a i l a   S u b b a r a m a n   :   S h e   r e c e i v e d     M - T e c h   d e g r e e   f r o m   I I S c .   Ba n g a l o r e   i n   1 9 7 5   a n d   P h . D .   f r o m   I I T   Bo m b a y   i n   1 9 9 9 .   S h e   w o r k e d   i n   S e m i c o n d u c t o r   D e v i c e   M a n u f a c t u r i n g   c o m p a n y   f r o m   1 9 7 5   t o   1 9 8 9 .   Cu r r e n t l y   s h e   i s   P r o f e s s o r   i n   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r o n i c s   i n   W a l c h a n d   Co l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   S a n g l i ,   M a h a r a s h t r a ,   I n d i a .   S h e   h a s   k e e n   i n t e r e s t   i n   t h e   f i e l d   o f   M i c r o e l e c t r o n i c s   a n d   V L S I   D e s i g n .             M r .     N i k h i l   N i w a s   M a n e :     H e   i s   a   M . T e c h .   d e g r e e   f r o m   W a l c h a n d   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   S a n g l i ,   M a h a r a s h t r a ,   I n d i a   i n   E l e c t r o n i c s .   H e   h a s   2   y e a r s   i n d u s t r i a l   w o r k   e x p e r i e n c e .   P r e s e n t l y   h e   i s   a n   A s s i s t a n t   P r o f e s s o r   i n   Bh a r a t i   V i d y a p e e t h s   Co l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   K o l h a p u r ,   M a h a r a s h t r a .   H e   h a s   k e e n   i n t e r e s t   i n   t h e   f i e l d   o f   e m b e d d e d   s y s t e m   a n d   V L S I   D e s i g n .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.