【正文】 邊緣更明顯，畫面更清晰，努力把它變成一幅清晰的點(diǎn)線圖，以便于提高所提取的指紋數(shù)字圖像特征。細(xì)化時(shí)注意紋線的連接性、方位性、特征點(diǎn)和中間點(diǎn)等關(guān)鍵特征，使其保持不變。因此如何準(zhǔn)確高效的提取指紋數(shù)字圖像特征，北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 采取什么樣的步驟和方式提取圖像特征將為后面的指紋數(shù)字圖像匹配工作奠定基礎(chǔ)，也是指紋數(shù)字圖像特征提取部分主要討論的內(nèi)容。 在采集指紋的過程中 ， 由于各方面條件的限制 ， 不可避免的會(huì)引入各種噪聲 ， 這些噪聲的存在會(huì)對(duì)指紋特征信息的提取造成一定的影響 ， 嚴(yán)重時(shí)甚至可能造成提取出錯(cuò)誤的信息。 通過上面的介紹不難發(fā)現(xiàn) ， 研究各種指紋圖像增強(qiáng)的方法 ， 其實(shí)可以歸結(jié)到濾波器的設(shè)計(jì)上 ， 而濾波器的設(shè)計(jì)主要依賴于兩個(gè)參數(shù)指紋紋路的方向與寬度。反之，如果該階段引入數(shù)字噪聲，就會(huì)直接降低數(shù)字圖像質(zhì)量，影響辨別精度。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 由于局部閉值算法效果更好 ， 本文就采用了該算法。指紋數(shù)字圖像的細(xì)化的目的是為了提取指紋數(shù)字圖像特定范圍的特征，然后采用相關(guān)的細(xì)化算法處理，得到與原來指紋數(shù)字圖像形狀近似的由簡單的弧或曲線組成的圖形，使這些細(xì)線處于物體的中軸附近。 （ 1） 4 鄰域、 4 連通和 8 鄰域、 8 連通的概念。符合上述條件即為單像素寬。 如果滿足家下列條件： ① ( ) ； ② ( ) ； ③ ； 其中 N(P)是 P 非零鄰點(diǎn)的個(gè)數(shù) ， S(P)是以 P1， P2， P3…… P8為序時(shí)這些點(diǎn)的值從 0 到 1 變化的次數(shù)。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 進(jìn)行指紋圖像特征提取的目的：給指紋圖像中的特征點(diǎn)賦予一些參數(shù)、標(biāo)記 ， 使得用這些參數(shù)、標(biāo)一記能把每一個(gè)指紋唯一的區(qū)別出來。 對(duì)于細(xì)化后的圖像 ， 如果存在指紋脊線上一個(gè)值為 1 的像素點(diǎn) ， 它的 8 個(gè)鄰域中只有一個(gè)值為 1 的像素點(diǎn) ， 那么這個(gè)像素點(diǎn)為末梢點(diǎn) ， 也就是端點(diǎn)如果它有且僅有兩個(gè)相互不相鄰的值為 1的相鄰像素點(diǎn) ， 那么這個(gè)點(diǎn)為脊線上的點(diǎn)如果它有兩個(gè)以上互不相鄰的值為 1的相鄰像素點(diǎn) ， 那么這個(gè)點(diǎn)為分叉點(diǎn)。 （ 3）計(jì)算交叉點(diǎn)： ∑ | | ，其中 () ∑ ( ) () 如果在計(jì)算過程中出現(xiàn)符合式（ ）、式（ ）的像素點(diǎn) ， 那么這個(gè)像素點(diǎn)就是。大量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用也表明 ， 使用這兩類特征點(diǎn)就足以描述指紋的唯一性。指紋的總體特征通常被用來進(jìn)行指紋的大體分類指紋的局部特征 ， 也就是細(xì)節(jié)特征 ， 通常被用來進(jìn)行指紋的匹配。該算法把一次迭代分為兩次掃描 ， 細(xì)化過程中由周邊向中間逐層細(xì)化 ， 使細(xì)化后的脊線位于原圖的中軸。 （ 3）邊界點(diǎn)：屬于目標(biāo)點(diǎn)，且其 4 鄰點(diǎn)中至少有一個(gè)為背景點(diǎn)。同時(shí)細(xì)化算法應(yīng)該滿足下列條件： （ a）細(xì)化性：骨架紋線的寬度為單像素寬（ 1 個(gè)像素）； （ b）連接性：紋線的連接性不被破壞； （ c）拓?fù)湫裕罕３衷瓐D像的基本結(jié)構(gòu)特性 ， 不引起紋線的逐步吞食 （ d）保持性：保護(hù)指紋的細(xì)節(jié)特征； （ e）收斂性：迭代必須是收斂的； （ f）中軸性：骨架盡可能接近條紋中心線； （ g）快速性：算法簡單而且速度快。 實(shí)驗(yàn)表明 ， 對(duì)指紋圖像進(jìn)行二值化處理 ， 這種以區(qū)域灰度幅度為函數(shù)的平滑自適應(yīng)閉值法完全適合。對(duì)選取的閥值應(yīng)盡量使該塊圖像內(nèi)大于該閉值的像素點(diǎn)和小于該閉值的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)相等。對(duì)指紋數(shù)字圖像二值化的好處在于使得數(shù)字圖像的幾何性質(zhì)只與 0 和 1 的位置有關(guān)，不再涉及像素的灰度數(shù)值，使處理變得簡單，這給存儲(chǔ)和處理帶來了巨大的方便，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的性能。Toshio Kamei[14]提出了另外一種基于 Fourier 的指紋圖像增強(qiáng)方法 ， 在這種方法中 ， 他們利用了兩個(gè)分別處理紋路和局部方向的分離的濾波器 ， 此外 ， 他們還定義了一個(gè)選擇圖像特征的能量函數(shù)。 圖 a 正常質(zhì)量指紋圖像 圖 b 濕化質(zhì)量指紋圖像 圖 c 干化質(zhì)量指紋圖像 圖 指紋圖像質(zhì)量對(duì)比 圖 a 端點(diǎn) 圖 b 分叉點(diǎn) 圖 端點(diǎn)和分叉點(diǎn)示意圖 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖像增強(qiáng) 指紋數(shù)字圖像增強(qiáng)是對(duì)低質(zhì)量的指紋圖像采用一定的算法進(jìn)行處理，使其紋線結(jié)構(gòu)清晰化，盡量突出和保留固有的特征信息以避免產(chǎn)生偽特征信息的圖像處理過程。 在當(dāng)前的指紋識(shí)別技術(shù)中，采用的較為普遍的特征提取是提取細(xì)節(jié)點(diǎn)（ minutia points），主要是提取兩種細(xì)節(jié)特征點(diǎn)：端點(diǎn)和分叉點(diǎn)。 最后一步是細(xì)化。指紋匹配時(shí)主要依據(jù)下述信息細(xì)節(jié)點(diǎn)的位置、方向、指紋的紋型、脊線的趨勢、細(xì)節(jié)特征點(diǎn)之間的脊線數(shù)目等。圖像二值化是設(shè)定閉值 ， 把灰度圖像變換成用和分別表示目標(biāo)和背景的二值圖像。圖像預(yù)處理一般包括圖像增強(qiáng)、分割、濾波、二值化、細(xì)化等幾個(gè)步驟 [10]。 由上圖我們可以清楚的看到弓型指紋（圖 a 和圖 b）具有的一個(gè)中心點(diǎn)，箕型指紋（圖 c 和圖 d）具有一個(gè)中心點(diǎn)和一個(gè)三角點(diǎn)，斗型指紋（圖 e）具有一個(gè)中心點(diǎn)和兩個(gè)三角點(diǎn)。 指紋分類根據(jù)指紋中的兩類特殊結(jié)構(gòu) core 點(diǎn) delta 點(diǎn)（如圖 所示）的數(shù)目和位置不同可將 指紋劃分為不同的類型 [5]。是 人類進(jìn)化 過程式中自然形成的。隨著人們生活水平的不斷提高，汽車數(shù)量的增加，汽車給人們帶來許多方便。另外在需要密碼的保險(xiǎn)柜、手機(jī)和筆記本電腦等產(chǎn)品上 ， 指紋辨識(shí)技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。許多大公司有專門的機(jī)構(gòu)從事該項(xiàng)技術(shù)的研究、開發(fā)、應(yīng)用 ， 包括 IBM、 Inter、 Microsoft、 Digitalpersona、 Identix、 Motorola、韓國現(xiàn)代、朝鮮培富士、法國 TLOMAOM、臺(tái)灣 Aeter 公司、 Veridi、 BAC 等 ， 其中 Identix公司在生物識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域獨(dú)樹一幟 ， 韓國現(xiàn)代、朝鮮培富士在識(shí)別算法上都達(dá)到世界先進(jìn)水平。有的產(chǎn)品還不太成熟 ， 特別是應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)上的產(chǎn)品。 （ 1） 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 近年來 ， 特別是從 1998 年來 ， 我國在指紋識(shí)別技術(shù)方面得到較大發(fā)展 ， 可以說是日新月異 ， 除有引進(jìn)技術(shù)外 ， 還有國內(nèi)公司獨(dú)立研究開發(fā)出的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多項(xiàng)指紋識(shí)別類產(chǎn)品。 （ 五 ） 開發(fā)用于實(shí)時(shí)特征提取和 匹配的專用電路。一般的特征提取算法容易受到圖像質(zhì)量的影響 ， 不夠穩(wěn)定。 目前 ， 在指紋識(shí)別算法的研究方面 ， 國內(nèi)外指紋識(shí)別算法基本上都是采用基于細(xì)節(jié)點(diǎn)特征的 ， 從研究角度來說 ， 國內(nèi)外的差距并不明顯。首款采用滑動(dòng)式傳感器的筆記本便是 IBM 的 T42，當(dāng)時(shí) IBM向 ST（意法半導(dǎo)體）提出需求，希望對(duì)方能夠?yàn)槠溲兄瓶梢栽诠P記本上使用的指紋傳感器，后者為此成立了一家子公司，就是如今在指紋識(shí)別領(lǐng)域赫赫有名的 UPEK。 在未來，指紋識(shí)別技術(shù)又會(huì)如何發(fā)展呢？目前比較熱門 的要屬超聲波傳感技術(shù)。但是它也存在較多的缺陷：如手指表面的灰塵和油脂對(duì)掃描質(zhì)量影響很大，而精心復(fù)制的指模也可以將該系統(tǒng)輕松欺騙；此外，對(duì)應(yīng)的光學(xué)掃描設(shè)備體積龐大、耗電量較高、圖像獲取的時(shí)間也比較長，無法用于筆記本電腦、掌上電腦、移動(dòng)電話等便攜電子產(chǎn)品中。 90 年代后期 ， 低價(jià)位取像設(shè)備的引入及其飛速發(fā)展 ， 可靠的對(duì)比算法為個(gè)人身份識(shí)別應(yīng)用提供有利的條件 [7]。 19世紀(jì)初 ， 科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了至今仍然承認(rèn)的指紋的兩個(gè)重要特征 ， 一是兩個(gè)不同手指的指紋紋脊的式樣不同 ， 另外一個(gè)是指紋紋脊的式樣終生不變 ， 即指紋的唯一性和不變性。對(duì)于很多朋友而言，指紋識(shí)別也確實(shí)是個(gè)很方便很有效的技術(shù)。當(dāng)指紋匹配不正確時(shí)，便會(huì)通過 GSM 短消息通知用戶，然后用戶便可以直接通過回復(fù)短信對(duì)汽車進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，給人們生活帶來了許多便捷，具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 第一章：論述了本課題的研究背景，研究內(nèi)容及研究方法，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做了初步的介紹。 研究意義 就目前市場上的安全防護(hù)系統(tǒng)來說，其有著 共同的特點(diǎn)：功能比較單調(diào)、報(bào)警行為大多為報(bào)警鳴笛 ， 這已經(jīng)不能滿足人們生活著如此復(fù)雜變化多端的社會(huì)中的要求了 ， 現(xiàn)在考慮的是能否將網(wǎng)絡(luò)式報(bào)警的一部分與指紋識(shí)別系統(tǒng)兩者相結(jié)合的方式來降低汽車被盜地可能性， 所以本文介紹的是采用指紋識(shí)別系統(tǒng)與短消息通訊相結(jié)合的方式驗(yàn)證或報(bào)警的方式來完成電動(dòng)車防盜系統(tǒng)的基本框架設(shè)計(jì)。 （ 2）指紋樣本便于獲取 ， 易于開發(fā)識(shí)別系統(tǒng) ， 實(shí)用性強(qiáng)。每人都有十個(gè)獨(dú)一無二的指頭 ， 都是唯一的識(shí)別代碼 ， 它杜絕了通過模具取得他人指紋 ， 仿冒他人身份的可能性 ， 這種代碼成本為零 ，安全系數(shù)高 ， 終身可用。 聲音識(shí)別分為依賴內(nèi)容和不依賴內(nèi)容兩種方式。利用簽名進(jìn)行身份識(shí)別有兩種方式 靜態(tài)方式； 動(dòng)態(tài)方式。視網(wǎng)膜識(shí)別與瞳孔識(shí)別具有很大的相似性。這一技術(shù)在身份識(shí)別中簡單、有效 ， 它有潛力成為將來生物特征識(shí)別技術(shù)的主流。生物識(shí)別技術(shù)具有非凡的理論意義和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)中國公安部統(tǒng)計(jì) ， 2021年上半年 ， 中國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá) ， 跟 2021年保有量相比較 ， 增加 %， 其中汽車保有量超過 5300萬輛 ， 預(yù)計(jì)到 2021年 ，中國的汽車保有量將超過 7000萬輛 [1]。本系統(tǒng)利用了數(shù)字圖像處理等相關(guān)技術(shù)，通過對(duì)采集到的指紋進(jìn)行指紋圖像的處理及特征點(diǎn)的提取，再采用指紋識(shí)別算法對(duì)指紋進(jìn)行自動(dòng)匹配，由于指紋的唯一性，使用戶的安全得到了提高 ，同時(shí)使用戶不必?cái)y帶大串鑰匙，提高了便攜性。利用人體獨(dú)有的特征：指紋的唯一性進(jìn)行防盜，它具有安全性能高、便捷、實(shí)時(shí)監(jiān)控等特點(diǎn)。2021年全國汽車生產(chǎn) 567萬輛 ， 2021年 700萬輛 ， 2021年達(dá)到 1000萬輛。生物識(shí)別技術(shù)的研究幾十年來一直為各國科學(xué)家和政府所關(guān)注 ， 美、日、歐等相繼投入了大量的資金和人員 ， 加快此技術(shù)的研究和應(yīng)用。從理論上講 ， 虹膜的這些特性使得虹膜識(shí)別可以成為防偽性能最好的生物特征識(shí)別手段之一。將一束低亮度光線照向人的眼球 ， 即可通過相應(yīng)設(shè)備采集到視網(wǎng)膜圖像。將簽名數(shù)字化是這樣一個(gè)過程 ， 測量圖像本身以及整個(gè)簽名的動(dòng)作 — 在每個(gè)字母以及字母之間的不同速度、順序和壓力簽名識(shí)別和聲音識(shí)別一樣 ， 是一種行為測定學(xué)。聲音識(shí)別是較早開始研究的生物特征識(shí)別手段之一，又稱為聲紋識(shí)別 。 （ 6）指紋識(shí)別技術(shù) 指紋識(shí)別作為識(shí)別技術(shù)已經(jīng)有很長的歷史了 ， 有 著堅(jiān)實(shí)的市場后盾 ， 指紋識(shí)別技術(shù)通過分析指紋的全局特征和局部特征 ， 特征點(diǎn)如脊、谷和終點(diǎn)、分叉點(diǎn)或分歧點(diǎn) ， 從指紋中抽取的特征值可以非常的詳盡 ， 以便可靠地通過指紋來確認(rèn)一個(gè)人的身份。并且每個(gè)人的指紋特征是相當(dāng)穩(wěn)定的 ， 很難發(fā)北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 生變化。 （ 5）指紋的采集方式屬于非損傷性和非敏感性的采集 ， 易于被操作者接受 ， 并且采集設(shè)備較為簡單 ， 容易小型化 ， 價(jià)格低廉。 論文內(nèi)容結(jié)構(gòu) 本文主要是對(duì)目前汽車防盜系統(tǒng)做了進(jìn)一步的改進(jìn)，利用指紋識(shí)別技術(shù)以及 GSM 短信模塊來對(duì)汽車防盜進(jìn)行防治和通知用戶。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2汽車指紋識(shí)別及防盜系統(tǒng) 概述 指紋識(shí)別的 發(fā)展 史 現(xiàn)在指紋識(shí)別技術(shù)幾乎成為了一種標(biāo)準(zhǔn)配置。 指紋在中國古代的借貸契約、買賣文憑、婚約休書、獄詞供狀、軍隊(duì)名籍等方面的廣泛應(yīng)用 ， 反應(yīng)了我國人民已經(jīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn) ， 認(rèn)識(shí)到指紋可以代表一個(gè)人。 20世紀(jì) 90 年代中期開始出 現(xiàn)半導(dǎo)體的指紋傳感器。光學(xué)掃描技術(shù)發(fā)展成熟、成本低廉，耐用性也相當(dāng)不錯(cuò)，因而成為早期指紋識(shí)別技術(shù)的主流。但是電容式指紋識(shí)別技術(shù)也有一定的不足，首先是穩(wěn)定性不如光學(xué)傳感技術(shù)；其次成本較高，因而目前硅晶體電容傳感器相比都要袖珍很多，指紋取像區(qū)域往往都小于 1平方英寸；最后，硅晶體電容傳感器很容易受到靜電的影響，輕則影響圖像取樣，重則直接損壞傳感器。而由于滑動(dòng)式傳感器的誕生，傳感器可以做的很小，一方面可以控制體積，二來也可以降低成本。指紋雖然穩(wěn)定性很好 ， 但是仍然存在脫皮等問題 ， 這個(gè)時(shí)候往往對(duì)算法性能產(chǎn)生 極大的挑戰(zhàn) ， 也是 AFIS 研究者需要努力克服的問題。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 （ 二 ） 特征提取和指紋圖像分類。關(guān)于指紋圖像的壓縮方面 ， 美國聯(lián)邦調(diào)查局已經(jīng)公布了一個(gè)基于小波變換的指紋圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。這樣的開發(fā)就只能局限于個(gè)人計(jì)算機(jī)或是一些嵌入式計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行 ，軟件和硬件成本都很高 ， 不利于指紋識(shí)別產(chǎn)品的推廣。 應(yīng)用 ： 目前國內(nèi)公司多以指紋門禁作為主導(dǎo)產(chǎn)品 ， 并開發(fā)出適合考勤 ， 汽車門鎖 ， 銀行、證券領(lǐng)域的內(nèi)部授權(quán) ， 保管箱 ， 計(jì)算機(jī)開啟 ， 醫(yī)療 ， 選舉 ， 門票 ， 付費(fèi)電視等應(yīng)用產(chǎn)品。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 2） 國外發(fā)展現(xiàn)狀 目前 ， 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行指紋識(shí)別的技術(shù)在國外己比較成熟 ， 并且已經(jīng)開始大規(guī)模推廣。 汽車指紋識(shí)別 及防盜系統(tǒng)的 現(xiàn)狀與發(fā)展 就目前來說，指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)的上升階段，其廣泛的應(yīng)用已經(jīng)涵蓋了大部分領(lǐng)域，例如，手機(jī)解鎖、安防門禁、辦公考勤等。全世界每年汽車銷售量