【正文】 .................................................................51 系統(tǒng)調(diào)試 ............................................................................................................52 實驗結(jié)果及 分析 ................................................................................................52 本章小結(jié) ............................................................................................................53 第六章 總結(jié)與展望 ......................................................................................................54 致謝 ....................................................................................................................................55 參考文獻 ............................................................................................................................56 附錄 ....................................................................................................................................60 在學期間的研究成果 ........................................................................................................61 IV 第一章 緒 論 1 第一章 緒 論 引言 隨信著息時代的來臨，在日常生活中人們愈來愈多地面臨身份鑒別的問題。 本文在閱讀大量的文獻資料的基礎上，對指紋圖像預處理、指紋特征提取、指紋特征匹配各環(huán)節(jié)關(guān)鍵算法進行了深入的研究，并通過仿真實驗，對各種算法的實際效果進行比較，完成圖像算法的設計。發(fā)展比較成熟的指紋識別系統(tǒng)大多基于 PC 機，造價高、系統(tǒng)復雜、體積龐大，只能適用于固定場所。 涉密論文按學校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 簽名： 日期： 年 月 日 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本學位論文作者完全了解電子科技大學有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。 電 子 科 技 大 學 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 工程碩士學位論文 ENGINEERING MASTER DISSERTATION 論 文 題 目： 便攜 式 指紋識別系統(tǒng) 設計 及實現(xiàn) 獨 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。本人授權(quán)電子科技大學可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或 掃描等復制手段保存、匯編學位論文。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段 保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 摘 要 摘 要 伴隨 著信息時代的來臨，人們愈來愈多地面臨身份鑒別的問題。并不適合在一些如保安、網(wǎng)絡、手機、門禁等系統(tǒng)中應用。同時在指紋采集方面引入一種 低功耗、低價格、小尺寸 的 滑動 式指紋傳感器 LTTSS500，并提出了一種專門適用于 滑動 式指紋傳感器的基于距離判別法的圖像重組算法，該算法巧妙地利用了有限個像素點的信息，有效地判斷手指在掃刮方向上的位移，以及在掃刮過程中的左右偏移，并能據(jù)此恢復出完整的沒有任何交疊的指紋圖像，充分利用高速運行的 TMS320VC5509 DSP 芯片實時性和低功耗等優(yōu)良特性，設計實現(xiàn)了一個既可單機運行又可嵌入到其它產(chǎn)品中去的指紋識別原型系統(tǒng)。無論你是到銀行取 錢、到網(wǎng)上交易、注冊網(wǎng)絡服務還是到朋友單位拜訪 ,太多的場合需要身份認證。如何自動、快速及準確地鑒別個人身份、保護信息安全是當今信息化時代必須解決的關(guān)鍵性社會問題。但最大的問題在于它們是以物識人或以某種知識來識別人，而非以人識人。 電子科技大學碩士學位論文 2 生物特征識別技術(shù) 生物特征識別技術(shù)的特點 所謂生物特征識別技術(shù) 就是利用人體生理特征、行為特征進行身份認證的一種技術(shù)。 各種生物識別技術(shù)的比較 不同的生物特征有他們自己的特點，如表 11 所示。近年來，由于數(shù)字圖像處理學的迅速發(fā)展 [1,2]使得指紋識別作為最流行、最方 便、最可靠的身份認證方式，己經(jīng)在社會生活的諸多方面得到廣泛應用 。近年來，國內(nèi)外學者對自動指紋識別技術(shù)進行了深入和廣泛的研究，取得了明顯的進展，研究的重點主要集中在如何提高識別的準確率和速度上。早期的指紋識別由人工來完成，由有經(jīng)驗的指紋專家對指紋逐個進行比對、辨別。之后，自動指紋識別系統(tǒng) (Automatic Fingerprint Identification System， AFIS)在法律實施方面的研究和應用在世界許多國家展開。 與人 工處理不同，現(xiàn)代指紋識別技術(shù)并不直接存儲指紋的圖像，而是記錄從圖像中提取到的指紋特征，這樣做主要是考慮到存儲空間限制和隱私問題。然后，利用指紋識別軟件建立指紋的數(shù)字表示 ——特征數(shù)據(jù)。美國、日本以及歐洲諸國相繼投入大量的資金和科研人員加快此項技術(shù)的研究與應用。 在國外，指紋采集芯片領域的龍頭老大地位首推由美國貝爾實驗室成立的美國Verdi 公司。 目前，我們國家從事指紋技術(shù)的開發(fā)、應用的科研企事業(yè)單位情況如下：部分國內(nèi)各大高校的相關(guān)專業(yè)的研究生在做學術(shù)研究開發(fā)，走向產(chǎn)品化的較少；從事指紋技術(shù)的公司中，比較 有名氣的、有自主開發(fā)實力的公司也有一些：杭州中正生物認證技術(shù)有限公司 (Miaxis Biometrics Co., Ltd.)，北京北大高科指紋技術(shù)有限公司，北京中控科技股份有限公司，北京海鑫科金信息技術(shù)有限公司，北京艾迪沃德科技發(fā)展有限公司，深圳市泰迪科技發(fā)展有限公司，深圳市深安科技發(fā)展有限公司，深圳市派思數(shù)碼科技有限公司，上海安威士生物科技有限公司，上海安安指紋識別系統(tǒng)有限公司，上海眾義電子科技有限公司，南昌安必信信息工程有限公司，中科院長春光機所，長春鴻達光電子與生物識別統(tǒng)計技術(shù)有限公司，南京凹凸軟件 ，西安青松科技有限公司。連接 PC 的桌面應用系統(tǒng)具有靈活的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且可以多個系統(tǒng)共享指紋識別設備，可以建立大型的數(shù)據(jù)庫應用，但它造價高、系統(tǒng)復雜、 體積龐大，只能用于固定場所，適用范圍??；嵌入式系統(tǒng)是一個相對獨立的完整系統(tǒng)，它不需要連接其他設備或計算機就可以獨立完成其設計的功能，像指紋門鎖、指紋考勤終端就是嵌入式系統(tǒng)，其功能專一，應用于完成特定的功能。為了滿足人們對易用性、方便性和舒適性等多方面的追求，指紋識別設備正朝著小型化、嵌入式和全自動方向發(fā)展，特別是基于 DSP 和嵌入式的便攜式指紋產(chǎn)品是指紋識別設備發(fā)展的主流方向。 本文研究的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 本文依據(jù)指紋識別技術(shù)的發(fā)展趨勢，采用 滑動 式指紋傳感器 LTTSS500 和 DSP技術(shù)，設計并實現(xiàn)一個體積小、成本低、功耗低的獨立指紋識別系統(tǒng)。 本文結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章 概述了生物識別以及指紋識別技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對各種生物特征識別技術(shù)進行了比較。 第四章 仔細研究了 滑動 式指紋傳感 器 LTTSS500 結(jié)構(gòu)性能，并針對該傳感器提出了一種高效、快速的條狀指紋圖像拼接算法，對基于距離判別法的圖像重組算法進行詳細的論述。一個完整的自動指紋識別系統(tǒng)主要工作流程如圖 21 所示： 圖 21 指紋識別系統(tǒng)圖 其工作原理可以簡要描述為： (1) 指紋采集：通過指紋取像設備讀取指紋的數(shù)字圖像。預處理 算法是指紋識別系統(tǒng)中的重要內(nèi)容之一。 (4) 特征匹配：預存的數(shù)據(jù)模版與當前的數(shù)據(jù)特征進行比較，計算出他們的相似度，從而得到兩幅指紋 圖像的匹配結(jié)果。細節(jié)特征是指在指紋拓撲圖中的幾種有效的特征，它是指紋識別的最基本的依據(jù)。 其它的紋型都基于這三種基本紋型。 中心點： 中心點位于指紋紋線的漸近中心，它在讀取指紋和比對指紋時作為參考點。三角點是指紋紋線的計數(shù)跟蹤的開始之處。 (2) 細節(jié)特征 細節(jié)特征是指紋上具有某種特征的節(jié)點，這些具有某種特征的節(jié)點也稱為特征點。就是這些特征點提供了指紋唯一性的確認信息，指紋的細節(jié)特征點主要是節(jié)點。 ④ 位置：節(jié)點的位置通過坐標來描述，可以是絕對的，也可以是相對于三角點或特征點的。在這種情況下第二章 自動指紋識別原理與算法設計 11 很難從圖像中正確地分離出指紋紋線，導致指紋特征的可靠提取變得非常困難。當指紋圖像質(zhì)量較差時，作為指紋匹配關(guān)鍵環(huán)節(jié)的細節(jié)點特征提取過程可能會產(chǎn)生以下錯誤： (1) 產(chǎn)生大量虛假細節(jié)點； (2) 遺漏真實細節(jié)點； (3) 細節(jié)點位置和方向存在誤差； (4) 細節(jié)點類型錯誤。 指紋圖像預處理 在指紋識別系統(tǒng)中，指紋圖像的預處理是非常重要的一部分，它關(guān)系到后期指紋特征提取和匹配的效果 [714]。二值化是把指紋灰度圖像轉(zhuǎn)換為黑白二值圖像，細化則是把二值化后的指紋圖像的紋線轉(zhuǎn)變?yōu)橹挥幸粋€像素寬的細化圖，以便于特征提取。因此為了提高整個系統(tǒng)的性能指標，必須選擇合適的預處理。當指紋圖像質(zhì)量較差時，指紋紋線不再具有上述形狀。在原始灰度圖像上進行指紋增強的方法是依據(jù)局部紋線的兩個重要特性：紋線方向和紋線頻率，采用具有方向和頻率選擇特性的低通濾波器進行指紋增強處理。 2 39。 c os si ny x y???? （ 23） Gabor 濾波器的四個參數(shù)： ? 、 f 、 x? 、 y? ，分別決定了濾波 器頻域通帶的中心方向、中心頻率、頻率通帶大小和方向通帶大小。由這些方向碼組成的圖就叫做方向圖。方向圖分為兩種：一種是點方向圖，表示源指紋圖像中每一點脊線的方向；另一種是塊方向圖，表示源指紋圖像中每一塊脊線的大致方向。 計算指紋方向圖的方法有很多，如 Mehtre 等 [31,32]、 O39。具體就求指紋方向圖的 算法描述如下： ① 將指紋圖像劃分為不重疊的大小為 ww? 的塊。經(jīng)實驗證明，使用 sobel算子足以滿足實際需要。閾值可以分為三類：全局閾值、局部閾值和動態(tài)閾值 [37]。 本文采用的就是一種迭代求圖像最佳分割動態(tài)閾值的算法，達到比較好的效果，如圖 26，方法具體描述如下： ① 求出圖像最小和最大灰度值 minZ 和 maxZ ； ② 令閾值初值為 0 m ax m in( ) / 2T Z Z?? ； ③ 根據(jù)閾值 kT 將圖像分割成目標和背景兩部分，求出兩部分的平均灰度值 OZ和 bZ ，再求新閾值 1 ( ) / 2k o bT Z Z? ?? ； ④ 如果 1kkTT? ? ，則算法結(jié)束，否則 1kk??，轉(zhuǎn)向步驟 ③ 。 細化處理 細化處理是指在指紋圖像二值化以后，在不影響紋線連通性的基礎上，刪除紋線的邊緣像素，直到紋線為單像素寬為止 ?？焖偌毣惴?(并行細化 )和改進的 OPTA 算法 (串行細化 )是目前使用較多的兩種細化算法。如果不加處理，這些不足在以后特征提取的時候就會導致相