指紋識別過程的探究(編輯修改稿)
2025-05-10 05:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 集間的最大相似度(最大重合度)：基于灰度指紋圖像直接提取,基于二值圖像的特征提取,基于細(xì)化圖像的特征提取.目前許多公司和研究組在指紋識別技術(shù)領(lǐng)域中都取得了突破性的進展,推出許多指紋識別與傳統(tǒng) IT 技術(shù)完美結(jié)合的應(yīng)用產(chǎn)品,科院自動化所智能生物信息系統(tǒng)研究組和北京數(shù)字指通軟件技術(shù)有限公司對自動指紋識別技術(shù)進行了長期的理論研究和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā),指紋圖像的識別準(zhǔn)確率和識別速度已,一些公司和機構(gòu)結(jié)合社會應(yīng)用的實際需求,開發(fā)了各種類型的具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的嵌入式指紋識別模塊、指紋應(yīng)用系統(tǒng)軟件等,識別技術(shù)多用于對安全性要求比較高的領(lǐng)域,而在商務(wù)移動辦公領(lǐng)域頗具建樹的富士通、三星及 lBM 等國際知名品牌都擁有技術(shù)與應(yīng)用較為成熟的指紋識別系統(tǒng) [4].與國外相比,我：(1)指紋錄入設(shè)備的質(zhì)量還不太過關(guān)：(2)自動指紋識別算法研究水平還有待提高,在應(yīng)用上的表現(xiàn)為產(chǎn)品適應(yīng)性和易用性較差,對干、濕一些的指紋往往不能正確區(qū)別,對指紋錄入時的旋轉(zhuǎn)、平移比較敏感. 指紋識別的基本原理指紋識別技術(shù)與其它模式識別技術(shù)一樣,并不是直接對指紋圖像進行識別,而是要從圖像中提取關(guān)鍵特征,紋路是手指皮膚的凸起的部分(脊),紋路之間是凹下的部分(谷).因此,理想的指紋圖像是一幅黑白相間的二值,由于指紋通常是用按壓的方式得到的,因此油墨不均勻、紙張不均勻、按壓的壓力不均勻、按壓的位置和方向不同、手指的狀況以及皮膚的變形等因素都會導(dǎo)致,由于光照、環(huán)境等因素的影響,與識別,一般使用指紋鑒定模塊完成對指紋的驗證與識別,訓(xùn)練模塊(指紋數(shù)據(jù)庫的建立)屬于前期性的準(zhǔn)備工作,圖（1）是指紋識別過程示意圖,包括指紋采集、圖像處理、特征提取和匹配 [5]四個模塊. 圖 1 指紋識別的流程3 指紋圖像的獲取所謂指紋圖像的獲取是通過指紋圖像獲取設(shè)備采集指紋圖像（指紋的原始圖像）.指紋圖像獲取設(shè)備分為如下三類:光學(xué)取像設(shè)備、晶體傳感器和超聲波掃描. 光學(xué)取像設(shè)備光學(xué)取像 [6]設(shè)備具有悠久的歷史,它的使用可以追溯到 20 世紀(jì) 70 設(shè)備依據(jù)的是光的全反射原理(FTIR).光線照到壓有指紋的玻璃表面,反射光線由CCD（一種半導(dǎo)體器件,能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號）獲得,反射光的量依賴于壓在方后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全發(fā)射,光線被反射到 CCD,而射向脊的光線不發(fā)生全反射,而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方,這樣就在 CCD 于光學(xué)設(shè)備的革新,其體積不斷變小,在 90 年代中期,傳感器可以裝在 6x3x6 英寸的盒子里,在不久的將來其體積可以減至 3x1x1 .例如可以把含有一微型三棱鏡矩陣的表面安裝在彈性的平面上,當(dāng)手指壓在此表面上時,由于脊和谷的壓力不同將原始指紋圖像應(yīng)用一定的算法進行剪切分割,在基本不損失有用的指紋信息的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個比原始圖像小的指紋圖像,這樣可以減少以后各步驟中所要處理的圖像的數(shù)據(jù)量. 晶體傳感器晶體傳感器 [7]有多種類型,半導(dǎo)體金屬陣列上能結(jié)合大約 100000 個電容傳感器,其外面是絕緣的表面,當(dāng)用戶的手指放在上面時,而隨之發(fā)生變化,這里指的是脊(近的)和谷(遠的)體傳感器是壓感式的,其表面的頂層是具有彈性的壓感介質(zhì)材料,它們依照指紋的外表形狀(凹凸),它通過感最重要的弱點在于,它容易受到靜電的影響,這使得晶體傳感器有時可能取不到圖像,甚至?xí)粨p壞,另外,它并不像玻璃一樣耐磨損,從而影響了使用壽命. 超聲波掃描超聲波 [6]表面,緊接著,接收設(shè)備獲取了其反射信號,測量它的范圍,同,積累在皮膚上的臟物和油脂對超聲波獲得的圖像影響不大,所以這樣的圖像是實際指紋凹凸表面的真實反映,應(yīng)用起來更為方便.總之,三種取像技術(shù)都具有它們各自的優(yōu)勢,也有各自的缺點,下面給出三種主要技術(shù)的比較如（表 1）表 1 三種主要技術(shù)的比較比較項目 光成像技術(shù) 硅晶體電容傳感技術(shù)超聲波掃描體積 大 小 中耐用性 非常耐用 容易損壞 一般成像能力 許多和稍臟的手指成像模糊干手指好,但汗多的和稍臟的手指不成像非常好耗電 較多 較少 較多成本 低 低 很高4 指紋圖像的預(yù)處理指紋圖像的預(yù)處理 [8]：指紋采集設(shè)備所獲得的原始圖像有很多噪聲,比如手指被弄臟,手指有刀傷、疤痕,手指干燥、的是消除噪聲,增強脊和谷的對比度,以便實現(xiàn)指紋圖像特征提取和匹配 [9],處理部分包括以下步驟：圖像分割、平滑處理、銳化處理、圖像二值化、圖像修飾和細(xì)化,如圖（2）所示圖 2 圖像預(yù)處理步驟 圖像分割在采集到指紋圖像后,首先要進行指紋圖像分割 [10],即把圖像分割為指紋區(qū)與非指紋區(qū),目的是割處白背景區(qū)和背景區(qū),保留前景區(qū),盡可能保留模糊區(qū)中能恢復(fù)的部分,以便后續(xù)處理能夠集中于有效區(qū)域,這不僅能提高特征提取的精確度,還能大大減少指：（1）基于圖像灰度特性的灰度均值分割,這種分割容易把有效部分割除掉,而把用力重的模糊不清的區(qū)域保留；（2）基于灰度方差的閥值分割,這種單一分割方法不適合低對比度的圖像；（3）基于指紋紋理方向性,求點方向圖及塊方向圖的可靠性,連續(xù)、單一灰度等難以正確估計區(qū)域及中心、三角附近,方向變化劇烈的區(qū)域,方向圖分割難以取得令人滿意的效果. 圖像平滑平滑的目的是消除原始圖像中的噪聲,應(yīng)用均值濾波器、中值濾波器等技術(shù)都可以,濾波窗口的大小也要（3）為原始圖像和平滑后的圖像.圖 3 平滑圖像 圖像銳化銳化的目的是突出圖像中的邊緣信息,增加脊和谷之間的對比度,以利于對圖像進、相匹配的濾波算子,使之適用于,濾波算子應(yīng)增強在同一的走向,并且在同一位置,減弱任何不同于脊的方向,脊的噪聲,所以其垂直于脊的局部方向上的那些不正確的“橋”會被濾波算子過濾掉.因此,（4）為原始圖像和銳化后的圖像.圖 4 銳化圖像 二值化處理圖像經(jīng)銳化處理后,其中的紋線(脊)部分得到了增強,不過脊的強度
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