【正文】 點對時，從輸入圖像到模板圖像的旋轉(zhuǎn)角度。 本章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了指紋識別過程的原理及算法的研究，具體算法將在后續(xù)章節(jié)給出。當(dāng)前流行的 MATLAB 包括擁有數(shù)百個內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包 (Toolbox)。開放性使 MATLAB 廣受用戶歡迎。在當(dāng)時，這兩個程序庫代表矩陣運算的最高水平。 1983年春天 ,Cleve Moler 到 Standford 大學(xué)講學(xué) ,MATLAB 深深地吸引了工程師 John Little 敏銳地覺察到 MATLAB 在工程領(lǐng)域的廣闊前景。 在當(dāng)今 30 多個數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中，就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言，可分為兩五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 20 大類。在 MATLAB進入市場前 ,國際上的許多軟件包都是直接以 FORTRAN、C 語言等編程語言開發(fā)的。 Math Works 公司 1993 年推出了 MATLAB 版 ,1995 年推出 版（ for ） ,1997 年推出 版 ,1999 年推出 版。在歐美等高校 ,MATLAB 已經(jīng)成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。 MATLAB 的語言特點 一種語言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語言的特點，正如同 FORTRAN 和 C 等高級語言使人們擺脫了需要直接對計算機硬件資源進行操作一樣，被稱作為第四代計算機語言的 MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。 以下簡單介紹一下 MATLAB 的主要特點 : 1）、語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富 。 具有 FO。由于庫函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性。 MATLAB 用更直觀的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了 C 和 FORTRAN 語言的冗長代碼。在國內(nèi) ,特別是工程界，MATLAB 一定會盛行起來。時至今日 ,經(jīng)過 Math Works 公司的不斷完善 ,MATLAB 已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科 ,多種工作平臺的功能強大大大型軟件。 MATLAB 的出現(xiàn) ,為各國科學(xué)家開發(fā)學(xué)科軟件提供了新的基礎(chǔ)。 Math Works 公司順應(yīng)多功能需求之潮流 ,在 其卓越數(shù)值計算和圖示能力的基礎(chǔ)上 ,又率先在專業(yè)水平上開拓了其符號計算、文字處理、可視化建模和實時控制能力 ,開發(fā)了適合多學(xué)科 ,多部門 要求的新一代科技應(yīng)用軟件 MATLAB。這一代的 MATLAB 語言同時具備了數(shù)值計算和數(shù)據(jù)圖示化的功能。 Cleve Moler給這個接口程序取名為 MATLAB,該名為矩陣 (matrix)和實驗室 (labotatory)兩個英 文單詞的前三個字母的組合。 MATLAB 產(chǎn)生的歷史背景 在 70 年代中期 ,Cleve Moler 博士和其同事在美國國家科學(xué)基金的資助下開發(fā)了調(diào)用EISPACK 和 LINPACK 的 FORTRAN 程序庫。功能工具包用來擴充 MATLAB 的符號計算、可視化建模仿真、文字 處理及實時控制等功能。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算、文字處理、可視化建模仿真和實時控制等功能。如果 iP 和 jQ 是不同類型的細(xì)節(jié)點，也就是說它們一個是端點，一個是分叉五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 18 點，則它們不是對應(yīng)點對， ??? ?rotate i j 取值為 400。 為了把細(xì)節(jié)點轉(zhuǎn)移到極坐標(biāo)系中去，需要在模板細(xì)節(jié)點集和輸入細(xì)節(jié)點集中各選一個參照點作為相應(yīng)的極坐標(biāo)系中的原點，并算出其它細(xì)節(jié)點相對于參照點的極坐標(biāo)。下圖給出了細(xì)節(jié)點對應(yīng)的脊線與脊線上的采樣點的例子。 4．細(xì)節(jié)點對應(yīng)的脊線 ? ?ii ad, 。在具體實現(xiàn)中，我們?nèi)∑浒霃綖榧箤挼囊话搿? 假特征點的去除 這樣得到的特征中存在由指紋質(zhì)量、攝入噪聲等原因造成的很多假特征，如下圖 312五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 16 所示 (a)和 (b)中產(chǎn)生了假的端點； (c)和 (d)中形成了錯誤的斷開和連接； (e)中顯示的是一個由不平滑的脊引起的毛刺，出現(xiàn)了假端點和假分叉兩種特征： (f)~(g)是幾種錯誤連接的例子，分別 稱為橋形、三角形、梯形結(jié)構(gòu)。 探測細(xì)節(jié)點的算法很簡單，如圖 312 所示的 3x3 模板就可以用來確定特征的位置 。 細(xì)化時，移動 4x4 的方窗內(nèi)象素的編碼地址去查找相應(yīng)的細(xì)化值，用細(xì)化值替換當(dāng)前像素值。 除消除模板外，還需構(gòu)造保留模板，保持紋線的連通性。 (快速性 ) 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 14 圖 39 統(tǒng)一模塊 下面介紹一種適合于指紋圖像細(xì)化的算法，這種方法滿足上面的細(xì)化條件，而且可以提出快速算法。 (拓?fù)湫?) 4．保護指紋的細(xì)節(jié)特征。 指紋圖像的細(xì)化是指刪除指紋紋線的邊緣像素，使之只有一個像素寬度，細(xì)化時應(yīng)保證紋線的連接性、方向性和特征點不變，還應(yīng)保持紋線的中心基本不變。 指紋圖像的細(xì)化算法 指紋圖像二值化后，紋線仍具有一定的寬度，而指紋識別只對紋線的走向感興趣，不關(guān)心它的粗細(xì)。 3．對 ? ?? ?01X k k w? ??? ?中極大點或極小點附近的波動 做平滑處理； 4．找出 ? ?? ?01X k k w? ??? ?極大點和極小點位置及對應(yīng)的值，對極大值極小值求平均，五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 13 將此平均值作為該點二值化門限，稱其為動態(tài)閥值。指紋局部圖如圖 38： （ A） 原始圖像 （ B）谷脊變化波形圖 圖 38 指紋谷脊變化波形圖 方框 Y 方向是該塊的指紋方向， X 方向是其法線方向。常用的二值化方法有固定閥值法、自適應(yīng)閥值法、局部自適應(yīng)閥值法等，這些方法僅僅利用了圖像的灰度信息，對指紋圖像的二值化效果很不理想；現(xiàn)有的大部分指紋圖像預(yù)處理方法都是經(jīng)過濾波處理后再進行二值化五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 [6]，這樣就需要對圖像進行兩次掃描 ，不利于處理速度的提高。 一個基本濾波器要求具備上述兩種功能，它的作用相當(dāng)于平均濾波器加分離濾波器，所以它的權(quán)值如右圖 37，其中參數(shù)： K=X 十 P， L=Y+Q， M=Z+R。 經(jīng)過平均濾波器過濾的圖像，其中每一點的灰度由其臨近的 24 個像素的灰度值共同決定。平均濾波器的作用主要是連 接邊中出現(xiàn)的斷點，而分離濾波器可以去除圖像中的叉連現(xiàn)象。這種算法的缺點在于：求頻率圖導(dǎo)致計算量比較大，而且頻率容易產(chǎn)生偏差； 方法二：這種方法也是我們采用的濾波方法。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 實現(xiàn)低通濾波： ? ? ? ? ? ?? ???? ??? ?????? ? 2/ 2/ 2/ 2/ , ????wuwuwvwv xx vwjuwivuWji （ ） ? ? ? ? ? ?? ???? ??? ??????? 2/ 2/ 2/ 2/ , ????wuwuwvwv yy vwjuwivuWji （ ） 這里 W 是一個大小為 ?? ww? 的二維低通濾波器 [5]，一般使用 55? 的均值濾波。 于是我們采用在計算方向圖時，采用塊重疊的方式。 最小均方估計塊方向算法 ? ?jif , 代表指紋圖像在 ? ?ji, 處的灰度值步驟： 1．將圖像分成大小為 MM? 的塊。對圖像中的每一點求取點方向，這樣便形成了指紋點方向圖。計算方向圖的基本思想是：在原灰度圖像中每一點（或每一塊在各 個方向上的某個統(tǒng)計量（如灰度差、梯度等），根據(jù)這些統(tǒng)計量在各個方向上的差異，確定該點（塊）的方向。 在 以上兩種方法都要用到方向圖，方向圖是一種可直接從原灰度圖像中得到的有用信息，在預(yù)處理、特征提取、指紋分類中有著重要意義。 預(yù)處理的方法通常有兩種： 方法一：先求方向圖，后求頻率圖，最后由此得到的 Gabor 濾波器對圖像進行濾波。指紋識別技術(shù)已經(jīng)成熟，其應(yīng)用日益普遍，除了刑事偵察用之外，在民用方面已非常廣泛，如指紋門禁系統(tǒng)、指紋考勤系統(tǒng)、銀行指紋儲蓄系統(tǒng)、銀行 指紋保管箱、指紋醫(yī)療保險系統(tǒng)、計劃生育指紋管理系統(tǒng)、幼兒接送指紋管理系統(tǒng)、指紋獻血管理系統(tǒng)、證券交易指紋系統(tǒng)、指紋槍械管理系統(tǒng)、智能建筑指紋門禁管理系統(tǒng)、駕駛員指紋管理系統(tǒng)等。在應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計中，要權(quán)衡易用性和安全性。主要包括拒識率和誤識率，兩者成反比關(guān)系。另外，匹配算法可靠性也不斷提高。自動指紋識別是利用計算機來進行指紋識別的一種方法。避免了他人用圖章或身 份證復(fù)印件代領(lǐng)，而發(fā)放人員無法確定該人是故世的問題，要憑本人的活體指紋，才可準(zhǔn)確發(fā)放養(yǎng)老金。 近年來，互聯(lián)網(wǎng)帶給人們方便與利益已，也存在著安全問題。 把指紋識別技術(shù)同 IC 卡結(jié)合起來，是目前最有前景的一個應(yīng)用之一。如不匹配，則顯示“不成功”或“沒有這個指紋”，門就不開。 工作濕度：指紋設(shè)備正常工作時所允許的相對濕度變化范圍，一般是 30%～ 95%。 系統(tǒng)參數(shù) 登率（ error registration rate， ERR）：指的是指紋設(shè)備出現(xiàn)不能登錄及處理的指紋的概率，ERR 過高將會嚴(yán)重影響設(shè)備的使用范圍，通常要求小于 1%。即給定一組圖像，然后依次兩兩組合，提交進行比對，統(tǒng)計總的提交比對的次數(shù)以及發(fā)生錯誤的次數(shù)，并計算出出錯的比例，就是FRR 和 FAR。 FAR=（錯判的指紋數(shù)目／考察的指紋總數(shù)目） 100%。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 4 指紋識別技術(shù)的主要指標(biāo)和測試方法 算法的精確度 指紋識別系統(tǒng)性能指標(biāo)在很大程度上取決于所采用算法性能。通常手指上平 均具有 70 個節(jié)點，所以這種方法會產(chǎn)生大約 490 個數(shù)據(jù)。目前它已經(jīng)成為現(xiàn)代民用指紋識別應(yīng)用中越來越受關(guān)注的熱點之一。紋理特征多用于計算機指紋識別算法的多維分類及檢索。永久性特征包括細(xì)節(jié)特征（中心點、三角點、端點、叉點、橋接點等）和輔助特征（紋型、紋密度、紋曲率等元素），在人的一生中永不會改變，在手指前端的典型區(qū)域中最為明顯，分布也最均勻。同時，針對構(gòu)建的簡單指紋圖像數(shù)據(jù)庫具有較好的識別效果，并考慮指紋門禁控制系統(tǒng)的實時性； ⑸、參照國內(nèi)外同行取得的研究成果，不斷改進算法模型。當(dāng)噪聲很大時，就要增加圖像增強算法來改善圖像的質(zhì)量，但很難找到一種增強算法能夠適應(yīng)所用的噪聲，多種增強算法又會大幅增加算法運行時間，不好的增強算法又會增加人為特征。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 指紋識別技術(shù)從早期的人工比對到現(xiàn)在采用計算機技術(shù)實現(xiàn)自動指紋識別，指紋對比更加準(zhǔn)確，識 別效率得到極大提高。對生物識別 (指紋識別 )技術(shù)來說，被廣泛應(yīng)用意味著它能在影響億萬人的日常生活的各個地方使用。 目前有很多的生物測定技術(shù)可用于身份認(rèn)證，包括虹膜識別技術(shù)、視網(wǎng)膜識別技術(shù)、面部識別、簽名識別、聲音識別技術(shù)、指紋識別等，具有安全、可靠的特點，其中自動指紋識別系統(tǒng)是目前研究最多、最有應(yīng)用前景的生物識別系統(tǒng)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)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(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。預(yù)處理后將得到一幅寬度為一個像素的細(xì)化二值圖像，然后通過特定的端點和交叉點的特征進行指紋匹配。五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 隨著生物識別技術(shù)的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)每個人的指紋具有唯一性和不變性。在圖像預(yù)處理中，依次介紹了規(guī)格化處理、圖像增強、二值化處理和細(xì)化處理的方法。s fingerprint has uniqueness and Fingerprint Identification Technology gradually developed as a new identity recognition mode， and with its good safety and reliability， it has replaced the traditional identification way trends. This paper briefly introduces the basic step of Fingerprint Identification， they are Fingerprint image preprocessing, Fingerprint characteristic extraction,Fingerprint the Fingerprint image preprocessing,in turn introduced the normalized processing, Image enhancement, Binary treatment and Refining processing pretreatment will get a picture for a pixel width of twentyfirstcentury binary image,then t