指紋識別過程的探究文(編輯修改稿)
2025-05-10 05:00 本頁面
【文章內容簡介】 ,基于二值圖像的特征提取,基于細化圖像的特征提取.目前許多公司和研究組在指紋識別技術領域中都取得了突破性的進展,推出許多指紋識別與傳統 IT 技術完美結合的應用產品,科院自動化所智能生物信息系統研究組和北京數字指通軟件技術有限公司對自動指紋識別技術進行了長期的理論研究和應用系統開發(fā),指紋圖像的識別準確率和識別速度已,一些公司和機構結合社會應用的實際需求,開發(fā)了各種類型的具有獨立知識產權的嵌入式指紋識別模塊、指紋應用系統軟件等,識別技術多用于對安全性要求比較高的領域,而在商務移動辦公領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與應用較為成熟的指紋識別系統 [4].與國外相比,我：(1)指紋錄入設備的質量還不太過關：(2)自動指紋識別算法研究水平還有待提高,在應用上的表現為產品適應性和易用性較差,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、平移比較敏感. 指紋識別的基本原理指紋識別技術與其它模式識別技術一樣,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,訓練模塊(指紋數據庫的建立)屬于前期性的準備工作,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. 臨沂大學理學院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設計）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備采集指紋圖像（指紋的原始圖像）.指紋圖像獲取設備分為如下三類:光學取像設備、晶體傳感器和超聲波掃描. 光學取像設備光學取像 [6]設備具有悠久的歷史,它的使用可以追溯到 20 世紀 70 設備依據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（一種半導體器件,能夠把光學影像轉化為數字信號）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 于光學設備的革新,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上產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據量. 晶體傳感器晶體傳感器 [7]有多種類型,半導體金屬陣列上能結合大約 100000 個電容傳感器,其外面是絕緣的表面,當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,甚至會被損壞,另外,它并不像玻璃一樣耐磨損,從而影響了使用壽命.臨沂大學理學院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設計） 超聲波掃描超聲波 [6]表面,緊接著,接收設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,應用起來更為方便.總之,三種取像技術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的比較如（表 1）表 1 三種主要技術的比較比較項目 光成像技術 硅晶體電容傳感技術超聲波掃描體積 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 指紋圖像的預處理指紋圖像的預處理 [8]：指紋采集設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、圖像修飾和細化,如圖（2）所示圖 2 圖像預處理步驟臨沂大學理學院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設計） 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,應用均值濾波器、中值濾波器等技術都可以,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 銳化圖像臨沂大學理學院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設計） 二值化處理圖像經銳化處理后,其中的紋線(脊)部分得到了增強,不過脊的強度并不完全相同, [13]的目的就是使脊的
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