【正文】 盡量減少電能的消耗，延長使用時間對于其實際應(yīng)用具有很大的意義； 系統(tǒng)應(yīng)具備對外通訊接口，使得用戶能很方便地對它進行二次 開發(fā)。性能卓越的嵌入式處理器構(gòu)建的指紋識別系統(tǒng)，不僅降低了系統(tǒng)成 本，而且大大提高了系統(tǒng)速度。因此，第二章 自動指紋識別原理與算法設(shè)計 19 尋找一種合理的評價標準對于自動指紋識別系統(tǒng)的實際推廣是必要的。系統(tǒng)往往需要在兩個錯誤率之間取一個折中。雖然不同時期手指的濕度、灰塵影響著指紋圖像的質(zhì)量，但使匹配最為困難的是手指在按壓過程中指紋圖像產(chǎn)生的非線性形變，主要是在錄入時指紋的按壓存在或多或少的位置偏差、旋轉(zhuǎn)偏差以及由于按壓力度的不同產(chǎn)生的角度偏差。全局特征用于指紋的分類，它指的是指紋中脊線的總體走向，局部特征是指指紋圖中的細節(jié)特征，指紋的唯一性并不是基于它的全局特征?？焖偌毣惴? 4 連通并行細化算法，其原理是判斷出指紋紋線的邊界點并逐步刪除，該算法速度很快，但細化不徹底，細化后的紋線不是單像 素寬。 原始圖像 二值化圖像 圖 26 動態(tài)閾值法二值化效果圖 ( , )1( , ) a r c t a n2 ( , )yxV i jijV i j? ? 電子科技大學碩士學位論文 16 (2) 二值化后的去噪 指紋圖像經(jīng)過二值化后，由于量化等原因，紋線邊緣凹凸不齊或畫面出現(xiàn)離散點。 ③ 計算每塊圖像的方向信息，如下式所示： （ 24） （ 25） 22 2222( , ) ( ( , ) ( , ) )wwijx x ywwu i v jV i j u v u v??? ? ? ?? ? ? ??? 2222( , ) 2 ( , ) ( , )wwijy x ywwu i v jV i j u v u v??? ? ? ?? ? ??? 第二章 自動指紋識別原理與算法設(shè)計 15 （ 26） 二值化處理 (1) 二值化 指紋圖像二值化即脊線提取，將脊線和谷線分別變?yōu)楹诎變缮?，這樣不僅可以大大減少存儲量，而且可使指紋特征信息更為清晰，使后面判斷過程少受干擾。 Gorman 等 [22]、 Sherlock等 [23]基于方向灰度差分分析的方法； Tojo 等 [33]基于方向微模板分析的方法； Wilson等 [34]基于傅立葉頻譜分析的方法。用指紋方向圖來表示指紋原灰度圖像，不僅可以保留它的整體結(jié)構(gòu)信息，而且可以大大降低數(shù)據(jù)的冗余。 2 39。然而對質(zhì)量較差的指紋圖像，指紋專家仍然能定位出其中的細節(jié)點和判斷指紋的類型，這是因為他們在觀察時依據(jù)了一些重要的視覺線索，如局部紋線方向、紋線的連續(xù)性、紋線的走勢等等，這些特性反映了指紋紋線的結(jié)構(gòu)。實際應(yīng)用中可根據(jù)需要，選擇合適的預(yù)處理方法，為圖像特征提取提供質(zhì)量較好的預(yù)處理圖像，使之盡量減少因圖像噪聲引起的偽特征的數(shù)目。 基于錯誤的 細節(jié)點顯然很難達到較高的指紋匹配精度。 指紋的細節(jié)特征是人工識別與計算機自動識別所依賴的主要根據(jù)。兩枚指紋經(jīng)常會具有相同的總體特征，但是它們的細節(jié)特征卻不可能完全相同。許多算法是基于中心點的，即只能處理和識別具有中心點的指紋。即使兩枚指紋的總體特征相同，但是他們的細節(jié)特征卻不可能完全相同。因為預(yù)處理部分位于指紋識別系統(tǒng)的前端，其處理質(zhì)量將對系統(tǒng)的整體性能產(chǎn)生重要的影響。 第五章 完成了系統(tǒng)關(guān)鍵模塊的硬件和軟件設(shè)計，進行系統(tǒng)測試，最后對實驗結(jié)果進行了總結(jié)和分析。主要研究內(nèi)容如下： 1．閱讀大量的文獻資料，并對指紋圖像預(yù)處理、指紋特征提取、指紋特征匹配各環(huán)節(jié)關(guān)鍵算法進行深入的研究，通過仿真實驗，對各種算法的實際效果進行比較，完成本文的算法設(shè) 計。 上述內(nèi)容是當前自動指紋識別技術(shù)研究實現(xiàn)的重點和難點，同時也是民用指紋識別系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。貝爾實驗室歷經(jīng)數(shù)十年的研究，投資幾十億美金，終于在生物識別技術(shù)方面獲得了突破性的進展，研制成功了半導體指紋傳感芯片，并聯(lián)合 Intel等大機構(gòu)，共同注資成立 Veridi 公司，專業(yè)開發(fā)及生產(chǎn)半導體指紋采集系列產(chǎn)品。這是一種根據(jù)指紋類型、紋線電子科技大學碩士學位論文 4 斷點、交叉點等結(jié)構(gòu)特征得到數(shù)據(jù)的單方向轉(zhuǎn)換（可以從指紋轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換成指紋），而兩枚不同的指紋不會產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常稱為模板，保存為數(shù)據(jù)庫中的一條記錄。 20世紀 80 年代，光學掃描和個人電腦這兩項技術(shù)的革新，使得它們作為指紋取像的工具成為現(xiàn)實，從而使指紋識別可以在其他領(lǐng)域中得以應(yīng)用，比如代替 IC 卡。 指紋用于身份鑒定的歷史悠久。如果考慮到永久 性問題的話，那么臉型、體型、筆跡、聲音等識別方式不是很理想的，因為這些生物特征都會隨著時間慢慢變化；如果考慮到硬件成本因素的話，虹膜和瞳孔識別也不是理想的選擇，因為辨識計算量太大，耗費較多硬件資源，如果用在政府機構(gòu)還可以考慮，但是如果應(yīng)用在一般門禁上的話則成本偏高。這些物或知識與人本身 沒有本質(zhì)的聯(lián)系，一定條件下，有可能被別人獲取，因此實際使用時存在很大的安全漏洞，身份證等可能會被盜取、替換、丟失，密碼則易遺忘或被熟悉的人猜中，而且這些傳統(tǒng)的身份鑒別方法是無法區(qū)分授權(quán)人和冒名頂替者的?；跇俗R的傳統(tǒng)身份認證技術(shù)由于受到證件偽造以及密碼破解等手段的威脅，逐漸表現(xiàn)得有些力不從心，隨之而來的利用身份欺騙而造成公司及個人的機密數(shù)據(jù)泄漏和利益受損的問題也日益嚴重。近年來，隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，指紋識別技術(shù)的研究再次掀起高潮。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 （保密的學位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定） 簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日 摘 要 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），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。除了文中特別加以標注引用的內(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。由于指紋的唯一性和不變性，以及指紋識別技術(shù)的可行性和實用性，指紋識別技術(shù)已成為當前最流行、最方便的身份認證技術(shù)之一。 關(guān)鍵詞 ： 滑動 式指紋傳感器，圖像重組， DSP，指紋識別 I 英文摘要 Abstract With the development of the information technology, more and more people e to the problem of identification. Biometric identification technology is now introduced into the identification domain。 傳統(tǒng)的身份鑒別技術(shù)可以分為兩大類： （ 1） 基 于標識的鑒別技術(shù) （ 2）基于知識的鑒別技術(shù) 基于標識的方法是指擁有特定的標志來獲得個人認證，例如身份證和鑰匙等；而基于知識的方法使用 “所知 ”鑒別個人身份，待鑒別者通過私有的知識和信息來證明自己的身份，如密碼和口令等。其中生理特征有指紋、掌紋、手型、臉型、體型、虹膜、瞳孔、聲音等；行為特征則有筆跡、步態(tài)等。科學研究發(fā)現(xiàn)，兩枚指紋完全相同的概率非常小，可以認為世界上沒有兩 個人的指紋完全相同，而且每個人的指紋是保持終生不變，即使磨損，只要不傷及真皮，也能重新長出。隨著人口數(shù)量的急劇增長和應(yīng)用范圍的擴大，這種方法越來越不能滿足實際應(yīng)用的要求。因此，自動指紋識別系統(tǒng)主要涉及五個功能：圖像讀取、圖像處理、特征提取、保存數(shù)據(jù)和特征匹配。在亞洲，日本和韓國在指紋技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。但是我國臺灣有些公司的指紋識別技術(shù)產(chǎn)品的性能達到國際領(lǐng)先水平，如臺灣祥群科技有限公司，本文使用的就是該公司生產(chǎn)的 滑動 式指紋傳感器，詳細內(nèi)容會在第四章介紹。 便攜式指紋識別系統(tǒng)的開發(fā)不僅具有迫切的市場需求和良好的市場前景，而且可以提 高我們的安全防范水平，也可以產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益、社會效益。 第二章 系統(tǒng)地闡述了指紋識別的基本原理，并對指紋識別算法進行了總結(jié)和分析，并分別將圖像預(yù)處理、特征的提取與對比三部分的算法設(shè)計做了詳細說明。 (2) 指紋圖像預(yù)處理：在實際采集過程中，受各種因素的影響，采集到的指紋圖像不能保證都很清晰，圖像中可能出現(xiàn)紋線粘連、紋線斷裂或?qū)Ρ榷炔痪鶆虻惹樾?，需要對原始的指紋圖像進行預(yù)處理。 指紋特征介紹 人的指紋有兩類特征：總體特征和細節(jié)特征。 環(huán)型（ loop） 弓型（ arch） 螺旋型（ whorl） 圖 22 基本紋 型 第二章 自動指紋識別原理與算法設(shè)計 9 更詳細的總體結(jié)構(gòu)分類如下所述： 模式區(qū)： 模式區(qū)是指紋上包括了總體特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能分辨出指紋是屬于哪一種類型的。 紋數(shù)： 指模式區(qū)內(nèi)指紋 紋線的數(shù)量。 端 點：一條紋路在此終結(jié) 分叉點：一條紋路在此分開成為兩條或更多的紋路 分歧點：兩條平行的紋路在此分開 孤立點：一條特別短的紋路，以至于成為一點 環(huán) 點：一條紋路分開成為兩條之后，立即又合并成為一條，這樣形成的一個小環(huán)稱為環(huán)點 短 紋：一段較短但不至于成為一點的紋路 表 21 各類特征點出現(xiàn)概率情況 類型特征 端點 分叉點 分歧點 短紋 孤立點 環(huán)點 出現(xiàn)概率 % % % % % % ② 方向：節(jié)點可以朝著一定的方向。另外，老人的手指上通常存在很多折皺，皮膚病患者的手指上有很多翹皮，體力勞動者的手指上存在老繭且經(jīng)常會產(chǎn)生劃痕。圖像增強的目的是去除噪聲，同時增強指紋圖像的脊和谷之間的對比度。 指紋圖像增強 數(shù)字圖像處理中一些通用的圖像增強方法如均值濾波、低通濾波、邊緣增強等對指紋圖像的增強效果不理想，這是因為這些方法主要針對圖像中的隨機噪聲，而模糊指紋圖像中的指紋紋線缺陷屬于結(jié)構(gòu)性噪聲。采用這種思想的方法有： (1) O’Gorman等人采用濾波器掩碼在空間域進行濾波 [22]； (2) Sherlock 等人利用 Butterworth帶通濾波器和一種角度選擇濾波器的組合來構(gòu)造濾波器 [23]； (3) Hong 等人采用 Gabor 濾波器在空間域進行濾波 [24]； (4) Kamei 等人濾波處理也是在頻域進行，濾波器形式上為兩個高斯帶通濾波器的乘積，它們分別對方向和頻率進行選擇 [29]； 本文直接在灰度圖上采用常用的圖像增強算法 ——Gabor 濾波法。 方向圖計算 方向圖的概念最 初是由 Graseli 提出的，他指出除奇異區(qū)外，指紋紋線排列一般是平行的，且方向變化平緩，因而指紋數(shù)據(jù)間存在著大量的信息冗余。針對每個像素得到的方向則形成點方向圖。選擇一階偏導算子越復(fù)雜，求導結(jié)果越精確，計算得到的方向信息也越準確，同時算法越耗時。局部閾值法是利用全局閾值算法的思想，將圖像分成若干個 ww? 子塊，對于每一塊選定一個閾值進行二值化。一種好的細化算法應(yīng)該滿足下列條件：收斂性、連接性、拓撲性、保持性、細化性、中軸性、快速性 [38]。該算法在改進的 OPTA 算法的基礎(chǔ)上增加了 8 個消除模板，改進了快速細化算法和改進的 OPTA 算法存在的不足，細化完全徹底，細化后的指紋骨架在紋線中心線，并 且紋線光滑，毛刺較少，保證了以后特征提取以及識別的準確性。例如，比較接近兩個端點，如果它們的方向是相反的，則也可以把這兩個端點連接起來，這是因為，它們可能本來是一條脊線上的，只是由于噪聲或采集時手指太干等原因造成了脊線斷裂。誤識率是指將冒充者識別為真正的生物特征擁有者；拒識率是指生物特征擁有者被系統(tǒng)拒絕。實際上，這幾個參數(shù)都是從具體的測試數(shù)據(jù)集中得出來的，并 不一定對其它的指紋數(shù)據(jù)庫也適用。 電子科技大學碩士學位論文 20 第三章 系統(tǒng)設(shè)計方案 嵌入式指紋識別系統(tǒng)概況 發(fā)展比較成熟的指紋識別系統(tǒng)大多基于 PC 機，但是這類識別系統(tǒng)造價高、系統(tǒng)復(fù)雜、體積龐大，