【正文】 MATLAB 程序書寫形式自由， 利用起豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門 ,MATLAB 被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問題。這種軟件的缺點是使用面窄 ,接口簡陋 ,程序結(jié)構(gòu)不開放以及沒有標(biāo)準(zhǔn)的基庫 ,很難適應(yīng)各學(xué)科的最新發(fā)展 ,因而很難推廣。同年 ,他和 Cleve Moler,Steve Bangert 一起，用C 語言開發(fā)了第二代專業(yè)版。除內(nèi)部函數(shù)外，所有 MATLAB 主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 19 第 4 章 指紋識別算法的 MATLAB 實現(xiàn) MATLAB 簡介 MATLAB 的概況 MATLAB 是 矩陣實驗室（ Matrix Laboratory）之意。 細(xì)節(jié)點集的校準(zhǔn)： 令 ? ? ? ?? ?1 1 1, , , , , ,TTP P P P P PM M MP x y x y??? ??? （ ） 表示模板圖像中的 M 個細(xì)節(jié)點， ? ? ? ?? ?1 1 1, , , , , ,TTQ Q Q Q Q QN N NQ x y x y??? ??? （ ） 表示輸入圖像中的 N 個細(xì)節(jié)點。 3．細(xì)節(jié)點的類型，即脊線端點或脊線分叉點。如果 M 是端點，則它的八鄰域滿足： ? ? ? ?8 1 12N kC R k R k?? ? ? ?? ， ? ? ? ?91RR? （ ） 如果 M 是分叉點，則它的八鄰域滿足： ? ? ? ?8 1 16N kC R k R k?? ? ? ?? ， ? ? ? ?91RR? （ ） 這樣我們就可以在細(xì)化后的圖像中找到細(xì)節(jié)點 (端點和分叉點 )，并記錄它們在圖中的相對位置。 這種算法的具體實現(xiàn)可引入查表法，即對所要處理的像素周圍模板內(nèi)前 15 個點預(yù)先進(jìn)行編碼 (用雙字節(jié) 15 個位來表示，雙字節(jié)的最低位存放 15P 的值，依此類推，次最高位存放15P 的值 )，把編碼值作為存儲地址，按上述細(xì)化法則，預(yù)先在存儲地址上存入相應(yīng)的細(xì)化值 (可用 0、 1 表示， 0 表示保留， 1 表示刪去 )。 (中軸性 ) 7. 算法簡單、速度快。實際上，是保持原圖的骨架 [7]。若所考察的當(dāng)前像素點恰好落在波谷上，則該點就是指紋脊線點，若所考察的當(dāng)前像素點恰好落在波峰上，則該點就是指紋谷點，而谷點到脊點間像素灰度的變化幾乎呈線性，正是基于指紋圖像在結(jié)構(gòu)上和像素灰度變化上的這些特點，本文提出了下述指紋圖像二值化方法： 1．將圖像分成大小為 NN 的小塊 ，用上述方向圖改進(jìn)方法計算各小塊的方向 ? ； 2．對圖像中的每一點 ? ?,ij ，以其所在塊的方向 ? 作為該像素點的方向 ? ?,ij? ，并以該點為中心在其法方向上取 lw? ( ,lw一般為奇數(shù) )的矩形窗，計算矩形窗內(nèi)指紋方向每一列中像素點在 法方向上的加權(quán)平均 ? ? ? ? ? ?0 , 1 , , 1X X X w??? ?，具體公式為： ? ? ? ? ? ?10 ,l k d k ddX k c o e ffic e n t d f i j????? 0,1 1kw? ??? ? （ ） 其中 coefficent 為加權(quán)平均系數(shù)，滿足 ? ?10 1ld coefficent d?? ?? ， ? ?,kd kdij是 k 列上的第 d個像素的位置。 基于方向圖的動態(tài)閥值指紋圖像二值化方法 二值化是指紋圖像預(yù)處理中必不可少的一步。水平方向的平均濾波器的權(quán)值如右圖 35 所示，其中系數(shù)滿足： 0??? ZYX 。這種算法難點在 于需要計算圖像的頻率圖 —— 將指紋圖像看成由脊和谷組成的周期圖像，在每一個局部領(lǐng)域內(nèi)都會有一個相對固定準(zhǔn)確的頻率。 （ A）原始圖像 （ B）改進(jìn)前的結(jié)果 （ C）改進(jìn)后的結(jié)果 圖 33 指紋圖像的方向圖 4．在計算指紋圖像方向圖多采用塊與塊直接不重疊的方式，但這樣求出的塊方向僅由該塊所包含的像素點所決定，沒有考慮其周圍像素 點的影響，很容易造成方向的不連續(xù)性。 點 ? ?yx, 的方向為 dS 取值最小的方向。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。它的目的是減少低質(zhì)量的圖像對分類識別結(jié)果的影響，預(yù)處理中一般包括圖像增強(qiáng)、濾波、二值化、細(xì)化等步驟。拒識率實際上也是系統(tǒng)易用性的重要指標(biāo)。利用現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)生產(chǎn)的小型指紋圖像讀取設(shè)備和速度更快的計五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 6 算機(jī)，提供了在微機(jī)上進(jìn)行指紋比對運(yùn)算的可能。 指紋社會保險系統(tǒng)的應(yīng)用為養(yǎng)老金的準(zhǔn)確發(fā)放起了非常有效的作用。在這些應(yīng)用中，指紋識別系統(tǒng)將取代或者補(bǔ)充許多大量使用照片和 ID 系統(tǒng)。 工作溫度：指紋設(shè)備正常工作時所允許的溫度變化范圍，一般是 0～ 40 ℃ 。 誤識率和拒識率的測試方法 測試這兩個指標(biāo)，通常采用循環(huán)測試方法。采集設(shè)備（即取像設(shè)備）分成幾類：光學(xué)、半導(dǎo)體傳感器和其他。但它與人體生命現(xiàn)象的關(guān)系和規(guī)律仍有待進(jìn)一步認(rèn)識。實際應(yīng)用中，根據(jù)需求的不同，可以將人體的指紋特征分為：永久性特征、非永久性特征和生命特征。 目前指紋識別技術(shù)還有很多困難，例如當(dāng)三維 的指紋被指紋錄入設(shè)備掃描成二維的數(shù)字圖像時，會丟失一部分信息、手指劃破、割傷、弄臟、不同干濕程度以及不同的按壓方式，還會導(dǎo)致指紋圖像的變化，這給可靠的特征提取帶來了相當(dāng)?shù)乩щy；例如傳統(tǒng)的基于細(xì)節(jié)點的識別方法，是依靠提取指紋脊線上的細(xì)節(jié)點，然后對其位置和類型進(jìn)行匹配，來識別指紋的，而噪聲會影響特征提取準(zhǔn)確度，增加錯誤的特征點或丟失真正的特征點。 指紋門禁系統(tǒng)通過將用戶的指紋特征與指紋特征數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比實現(xiàn)用戶身份的鑒別，并不直接保存和使用用戶的指紋圖像信息，不會侵犯到用戶的隱私信息，是當(dāng)前技術(shù)最先進(jìn)、應(yīng)用最廣泛的門禁系統(tǒng)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國 家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。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 through the particular endpoint and intersection on the characteristics of the Fingerprint paper using Matlab programs all algorithm. Key words Fingerprint identification Image processing Feature extraction Feature matching 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 III 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。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。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(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。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(jìn)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。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。當(dāng)噪聲很大時，就要增加圖像增強(qiáng)算法來改善圖像的質(zhì)量，但很難找到一種增強(qiáng)算法能夠適應(yīng)所用的噪聲，多種增強(qiáng)算法又會大幅增加算法運(yùn)行時間，不好的增強(qiáng)算法又會增加人為特征。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。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。 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。即給定一組圖像，然后依次兩兩組合，提交進(jìn)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。 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%。 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。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。另外，匹配算法可靠性也不斷提高。在應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計中，要權(quán)衡易用性和安全性。 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(jìn)行濾波。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。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。 于是我們采用在計算方向圖時，采用塊重疊的方式。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。 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。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(jìn)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(jìn)行兩次掃描 ，不利于處理速度的提高。 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。 (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。 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。 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)。 4．細(xì)節(jié)點對應(yīng)的脊線 ? ?ii ad, 。 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