【正文】 點作為相應的極坐標系中的原點，并算出其它細節(jié)點相對于參照點的極坐標。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。 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基金的資助下開發(fā)了調(diào)用EISPACK 和 LINPACK 的 FORTRAN 程序庫。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。 MATLAB 的出現(xiàn) ,為各國科學家開發(fā)學科軟件提供了新的基礎。在國內(nèi) ,特別是工程界，MATLAB 一定會盛行起來。由于庫函數(shù)都由本領域的專家編寫，用戶不必擔心函數(shù)的可靠性。 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 。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工具；成為攻讀學位的大學生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。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。 1983年春天 ,Cleve Moler 到 Standford 大學講學 ,MATLAB 深深地吸引了工程師 John Little 敏銳地覺察到 MATLAB 在工程領域的廣闊前景。開放性使 MATLAB 廣受用戶歡迎。 本章小結 本章詳細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。 五邑大學本科畢業(yè)設計 17 圖 313 細節(jié)點的對應脊線 指紋識別中細節(jié)點的匹配 細節(jié)匹配一般在極坐標系中進行，因為指紋圖像的非線性形變往往呈放射狀，在某個區(qū)域內(nèi)的形變比較大，然后非線性地向外擴張，因而，在極坐標中能更好地描述非線性形變；另外，在極坐標中不需要考慮輸入圖像與模板圖像的參照點之間的平移，將一對對應點的坐標相對于參照點轉換為極坐標時，平移就被抵消了；還有，在極坐標系中顯然比在直角坐標系中更便于處理兩幅圖像間的旋轉 [8]。 2．細節(jié)點的方向，這個方向就是該細節(jié)點所在的塊的塊方向。 ? ?1 , (2) , (8)R R R??? 是細化后圖像在 1 2 8,X X X??? 處的灰度。重復這個過程，直到?jīng)]有一個像素的值被改變。 (細化性 ) 6．骨架盡可能接近條紋中心線。 所謂細化，就是從原來的圖中去掉一些點，但仍要保持原有的形狀。顯然，該波形圖的波谷對應指紋圖像的脊線 (指紋圖像中暗的紋線 )，而波峰則對應指紋圖像的谷 (指紋圖像中亮的紋線 )。 圖 36 分離濾波器的權值 圖 37 基本濾波器的權值 用方向濾波器進行濾波去噪時，根據(jù)塊方向圖中的該塊的方向，選用相應的濾波器 (將水平方向的濾波器旋轉塊方向的角度后得到 )，進行濾波。 濾波器的大小由指紋圖像中脊線的周期決定，在我們的試驗中，周期取為 5，因而這里以 Sx5 大小的濾波器為例。 指紋圖像濾波有兩種方法： 方法一：利用 Gabor 濾波器的參數(shù)可利用指紋的方向性和紋理性，用 Gabor 濾波器來作為帶通濾波器，去除噪音，增強脊谷結構。 這里用簡單的梯度算子 [4]： xG ? ?ji, = ? ? ? ? ? ?? ?1,1,121,1 ??????? jifjifjif ? ? ? ? ? ?? ?1,1,121,1 ???????? jifjifjif （ ） ? ??jiGy , ? ? ? ? ? ?? ?1,11,21,1 ??????? jifjifjif ? ? ? ? ? ?? ?1,11,21,1 ???????? jifjifjif （ ） 3．用下面公式計算 MM? 塊的方向 ? ， ? ? ? ?? ? ? ?? ?????????????????? ?? ??????????10102210101,2t a n21 MiMjyxMiMjyxjiGjiGjiGjiG? 0?xG 且 0?yG （ ） 當 MM? 的塊中 xG 或 yG 為 零的比率很大時，塊方向應直接設為 0 或 ? ，這樣 MM?塊中的每一個像素的方向都等于 ? 。這兩個數(shù)的具體取值與圖像的分辨率有關，一般取 N=16，即取 16 個方向， n=8，即一個方向上取 8 個鄰點。 方向圖描述了指紋圖像中每一像素點所在脊線或谷線在該點的切線方向，也可看作是指紋源圖像的一種變化表示方法，既用紋線的方向來表示該紋線。 第 3 章 指紋圖像處理及特征提取與實現(xiàn) 方法概述 基于細節(jié)點特征 的指紋自動識別技術是目前這方面研究中的主流，這種系統(tǒng)的實現(xiàn)有以下一些步驟如圖 31： 五邑大學本科畢業(yè)設計 7 后處理細化指 紋圖 像特 征匹 配預 處 理特征提取濾波結 論二值化 圖 31 基于細節(jié)點特征的指紋自動識別系統(tǒng) 預處理是將輸入 的（直接采集進來的）低質(zhì)量、有噪音的指紋源圖象處理成已細化了的清晰的二值圖像 [3]。盡管指紋識別系統(tǒng)存在著可靠性問題 ，但其安全性也比相同可靠性級別的“用戶 ID+密碼”方案的安全性要高得多。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但 用于識別的數(shù)據(jù)量相當大，對這些數(shù)據(jù)進行比對是需要進行大量運算的模糊匹配算法。網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上貿(mào)易、電子商務等一系列網(wǎng)絡商業(yè)行為就有了安全性保障。前者可以是一個公司、部門，后者可以是一個家庭的成員、銀行的營業(yè)廳、金庫、財務部門、倉庫等機要場所。 比對時間：指紋設備對兩組指紋特征模版進行比對所耗費的時間，通常要求不超過 1 s。這很容易理解，“把關”越嚴，誤識的可能性就越低，但是拒識的可 能性就越高。通過計算機模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結果。 指紋的生命特征與被測 對象的生命存在與否密切相關。 五邑大學本科畢業(yè)設計 3 第 2 章 指紋識別的基本理論及應用 指紋識別的原理和方法 指紋的特征與分類 指紋識別學是一門古老的學科，它是基于人體指紋特征的相對穩(wěn)定與唯一這一統(tǒng)計學結果發(fā)展起來的。指紋圖像濾波增強的目的是將有噪聲干擾的指紋圖像變得更加清晰，使得指紋圖像的脊線更黑，谷線更白，當前在實際指紋圖像增強算法的應用中一般是幾種濾波增強方式結合起來使用，主要的方案是基于傅里葉變換結五邑大學本科畢業(yè)設計 2 合濾波和指紋圖像點方向場的下上下濾波器；指紋圖像二值化，是將指紋圖像變成灰度值只有 0和 255 兩種顏色的圖像，當前，在自動指紋識別中常采用的是根據(jù)指紋圖像的點方向場在指紋紋線方向和指紋紋線垂直方向上對指紋圖像進行 二值化處理；指紋圖像細化是指刪除指紋紋線的邊緣像素，使之只有一個像素寬度，目前在自動指紋識別技術中常用的是 OPTA 算法的改進的圖像模板細化算法；指紋特征提取，是將細化后使用計算機數(shù)字圖像處理技術采集指紋圖像中奇異點、端點、叉點等指紋特征數(shù)據(jù)，目前常用的特征提取算法是先對細化后的指紋圖像進行初步去噪，然后提取特征點，再根據(jù)閾值去除偽特征點；指紋匹配，是指紋預留模板圖像與輸入樣板圖像中的所有特征點的匹配，目前在自動指紋識別系統(tǒng)中常采用可變大小的界限盒的指紋特征匹配算法。指紋識別技術的發(fā)展得益于現(xiàn)代電子集成制造技術的進步和快速可靠的算法的研究。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 關鍵詞 ：指紋識別， 圖像處理，特征提取，特征匹配 五邑大學本科畢業(yè)設計 II Abstract With the continuous development of Biometric Identification Technology,People found that each person39。因此指紋識別技術逐步發(fā)展為一種新的身份識別方式，并且憑借其良好的安全可靠性，大有取代傳統(tǒng)身份識別方式的趨勢。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。 涉密論文按學校規(guī)定處理。通過取代個人識別碼和口令，生物識別（指紋識別 ）技術可以阻止非授權的 “訪問”，可以防止盜用 ATM、蜂窩電話、智能卡、桌面 PC、工作站及其計算機網(wǎng)絡；在通過電話、網(wǎng)絡進行的金融交易時進行身份認證；在建筑物或工作場所生物識別技術（指紋識別）可以取代鑰匙、證件、圖章等。當 噪聲增大時，提取了許多虛假細節(jié)點，還有可能丟失細節(jié)點，這就是傳統(tǒng)的基于細節(jié)點識別算法的不足之處之一，因為它只利用了指紋圖像中的一小部分信息（細節(jié)點位置和方向）作為特征進行匹配，丟失了蘊涵在圖像中的其他豐富的結構信息。細節(jié) 特征是實現(xiàn)指紋精確比對的基礎，而紋形特征、紋理特征等則是指紋分類及檢索的重要依據(jù)。 指紋識別的原理和方法 指紋識別技術主要涉及四個功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對。為了便于采用量化的方 法表示其性能，引入了下列兩個指標： 拒識率（ false rejection rate， FRR）：是指將相同的指紋誤認為是不同的，而加以拒絕的出錯概率。針對 FAR=%的指標，應采用不少于 1415 幅不同的指紋圖像作循環(huán)測試，總測試次數(shù)為 1000405 次，如果測試中發(fā)生一次錯誤比對成功，則 FAR=1/1000405；針對 FRR=%，應采用不少于 46 幅屬于同一指紋 的圖像組合配對進行測試，則總提交測試的次數(shù)為 1035 次數(shù)，如果發(fā)生一次錯誤拒絕，則 FRR=1/1035。 五邑大學本科畢業(yè)設計 5 指紋識別技術的應用 指紋識別技術已經(jīng)成熟，其應用日益普遍，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。該技術把卡的主人的指紋（加密后）存儲在 IC 卡上，并在 IC 卡的讀卡機上加裝指紋識別系統(tǒng)，當讀卡機閱讀卡上的信息時，一并讀入持卡者的指紋，通過比對就可以確認持 卡者是否是卡的真正主人，從而進行下一步的交易。 指紋識別的可靠性 指紋識別技術是成熟的生物識別技術。因此，指紋識別技術己經(jīng)非常簡單實用。通常用比對兩個或更多的指紋來達到不損失易用性的同時，極大提高系統(tǒng)的安全性。這種方法計算量比較大，在求頻率圖容易產(chǎn)生偏差，不利于單片機的實現(xiàn)。 方向圖的計算 求點方向圖 五邑大學本科畢業(yè)設計 8 設 ? ?yxf , 是指紋圖像中點 ? ?yx, 的灰度值，要計算該點的方向 ? ?yxD , ，需要先求出 dS （該點臨域沿 d 方向的灰度變化）。 此方向求得的方向特點： 1．方向取值不是 0～ 2? 中的任意值，而是有限的幾個數(shù)。這樣可以使方向圖精度可以大大提高。這是一種簡單但效果良好的上下文濾波器，上下文濾波法也是基于方向圖的，這是一系列上下文相關的濾波器，使用時根據(jù)某一快的方向從一系列濾波器中選擇一個相應的濾波器來對這一塊進行濾波。即對于第 i 行 j 列的點的灰度值 ? ?jif , 的處理如下： 五邑大學本科畢業(yè)設計 11 圖 34 斷裂與叉連 圖 35 平均濾波器的權值 ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ??? ?? ?? ??????????? 2 2 2 2 2 2 ,1,2, m m m mjifXmjifYmjifZjif ? ? ? ?? ??? ?? ????????2222 ,2,1m m mjifZmjifY （ ） 若圖像中出現(xiàn)斷點，即這一點的灰度值比周圍點都小得多，則經(jīng)過平均濾波器的處理，它的灰度值就接近鄰近點的灰度值了，所以平均濾波器有連接斷點的作用。 將指紋圖像自身的方向結構特點與源圖像灰度值變化特點結合起來，確定對圖像中每一像素點二值化的動態(tài)閥值。 5．將當前像素點的加權平均灰度值（即 12lX ???????）與動態(tài)閥值進行比較，若小于動態(tài)閥值，同時，當前像素點在波形圖極小點一個有限的鄰域內(nèi)，則當前像素點為脊線點，否則即為谷點，即： ? ? 110, 22255llXf i j ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ???? ??? ? ? ? ???動 態(tài) 閥 值 極 小 點 位 置其 他 （ ） 其中 ? 的取值與指紋讀入器的分辨率有關，通常取為指紋周期的四分之一，本文取2?? 。一種好的細化方法應滿足下列條件： 1．迭代必須收斂的。 這種算法采用 44? 模板，如圖 39 所示，左上角的 33?