【正文】 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。 指紋的生命特征與被測 對象的生命存在與否密切相關。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。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。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但 用于識別的數據量相當大，對這些數據進行比對是需要進行大量運算的模糊匹配算法。 第 3 章 指紋圖像處理及特征提取與實現 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]。這兩個數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。 指紋圖像濾波有兩種方法： 方法一：利用 Gabor 濾波器的參數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。 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。 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。重復這個過程，直到沒有一個像素的值被改變。 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。 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。 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。在歐美等高校 ,MATLAB 已經成為線性代數、自動控制理論、數理統(tǒng)計、數字信號處理、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。由于庫函數都由本領域的專家編寫，用戶不必擔心函數的可靠性。 MATLAB 的出現 ,為各國科學家開發(fā)學科軟件提供了新的基礎。 MATLAB 產生的歷史背景 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)了調用EISPACK 和 LINPACK 的 FORTRAN 程序庫。 為了把細節(jié)點轉移到極坐標系中去，需要在模板細節(jié)點集和輸入細節(jié)點集中各選一個參照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。 假特征點的去除 這樣得到的特征中存在由指紋質量、攝入噪聲等原因造成的很多假特征，如下圖 312五邑大學本科畢業(yè)設計 16 所示 (a)和 (b)中產生了假的端點； (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、梯形結構。 (快速性 ) 五邑大學本科畢業(yè)設計 14 圖 39 統(tǒng)一模塊 下面介紹一種適合于指紋圖像細化的算法，這種方法滿足上面的細化條件，而且可以提出快速算法。 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的值，對極大值極小值求平均，五邑大學本科畢業(yè)設計 13 將此平均值作為該點二值化門限，稱其為動態(tài)閥值。 經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。 于是我們采用在計算方向圖時，采用塊重疊的方式。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），根據這些統(tǒng)計量在各個方向上的差異，確定該點（塊）的方向。在應用系統(tǒng)的設計中，要權衡易用性和安全性。避免了他人用圖章或身 份證復印件代領，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，才可準確發(fā)放養(yǎng)老金。 工作濕度：指紋設備正常工作時所允許的相對濕度變化范圍，一般是 30%～ 95%。 五邑大學本科畢業(yè)設計 4 指紋識別技術的主要指標和測試方法 算法的精確度 指紋識別系統(tǒng)性能指標在很大程度上取決于所采用算法性能。永久性特征包括細節(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。對生物識別 (指紋識別 )技術來說，被廣泛應用意味著它能在影響億萬人的日常生活的各個地方使用。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。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 五邑大學本科畢業(yè)設計 III 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（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。 指紋門禁系統(tǒng)通過將用戶的指紋特征與指紋特征數據庫中的數據進行對比實現用戶身份的鑒別，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，是當前技術最先進、應用最廣泛的門禁系統(tǒng)。實際應用中，根據需求的不同，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。采集設備（即取像設備）分成幾類：光學、半導體傳感器和其他。 工作溫度：指紋設備正常工作時所允許的溫度變化范圍，一般是 0～ 40 ℃ 。 指紋社會保險系統(tǒng)的應用為養(yǎng)老金的準確發(fā)放起了非常有效的作用。拒識率實際上也是系統(tǒng)易用性的重要指標。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。 （ A）原始圖像 （ B）改進前的結果 （ C）改進后的結果 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。水平方向的平均濾波器的權值如右圖 35 所示，其中系數滿足： 0??? ZYX 。若所考察的當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構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 )的矩形窗，計算矩形窗內指紋方向每一列中像素點在 法方向上的加權平均 ? ? ? ? ? ?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 為加權平均系數，滿足 ? ?10 1ld coefficent d?? ?? ， ? ?,kd kdij是 k 列上的第 d個像素的位置。 (中軸性 ) 7. 算法簡單、速度快。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化后的圖像中找到細節(jié)點 (端點和分叉點 )，并記錄它們在圖中的相對位置。 細節(jié)點集的校準： 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 個細節(jié)點。除內部函數外，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造新的專用工具包。這種軟件的缺點是使用面窄 ,接口簡陋 ,程序結構不開放以及沒有標準的基庫 ,很難適應各學科的最新發(fā)展 ,因而很難推廣。 MATLAB 程序書寫形式自由， 利用起豐富的庫函數避開繁雜的子程序編程任務，壓縮了一切不必要的編程工作。在設計研究單位和工業(yè)部門 ,MATLAB 被廣泛用于科學研究和解決各種具體問題。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。 五邑大學本科畢業(yè)設計 19 第 4 章 指紋識別算法的 MATLAB 實現 MATLAB 簡介 MATLAB 的概況 MATLAB 是 矩陣實驗室（ Matrix Laboratory）之意。 3．細節(jié)點的類型，即脊線端點或脊線分叉點。 這種算法的具體實現可引入查表法，即對所要處理的像素周圍模板內前 15 個點預先進行編碼 (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，按上述細化法則，預先在存儲地址上存入相應的細化值 (可用 0、 1 表示， 0 表示保留， 1 表示刪去 )。實際上，是保持原圖的骨架 [7]。 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處理中必不可少的一步。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，在每一個局部領域內都會有一個相對固定準確的頻率。 點 ? ?yx, 的方向為 dS 取值最小的方向。它的目的是減少低質量的圖像對分類識別結果的影響，預處理中一般包括圖像增強、濾波、二值化、細化等步驟。利用現代電子集成制