【導(dǎo)讀】隨著生物識(shí)別技術(shù)的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)每個(gè)人的指紋具有唯一性和不變性。傳統(tǒng)身份識(shí)別方式的趨勢(shì)。在圖像預(yù)處理中，依次介紹了規(guī)格化處理、圖像增強(qiáng)、二值化處理和細(xì)化處理的方。預(yù)處理后將得到一幅寬度為一個(gè)像素的細(xì)化二值圖像，然后通過(guò)特定的端點(diǎn)和交叉點(diǎn)。的特征進(jìn)行指紋匹配。論文中采用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)全部算法。下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的。獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人。和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 （ B） （ C） （ D） （ E） （ F） 圖 保留模塊 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 8 個(gè)消除模板中的任意一個(gè)都不匹配時(shí)，保留；如果與 8 個(gè)中的任一個(gè)匹配，則抽取的元素再和上圖中的 6 個(gè)保留模板進(jìn)行比較，如果與其中任一個(gè)匹配的話(huà)，則 5P 保留，否則 5P刪去。重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到?jīng)]有一個(gè)像素的值被改變。 這種算法的具體實(shí)現(xiàn)可引入查表法，即對(duì)所要處理的像素周?chē)０鍍?nèi)前 15 個(gè)點(diǎn)預(yù)先進(jìn)行編碼 (用雙字節(jié) 15 個(gè)位來(lái)表示，雙字節(jié)的最低位存放 15P 的值，依此類(lèi)推，次最高位存放15P 的值 )，把編碼值作為存儲(chǔ)地址，按上述細(xì)化法則，預(yù)先在存儲(chǔ)地址上存入相應(yīng)的細(xì)化值 (可用 0、 1 表示， 0 表示保留， 1 表示刪去 )。 細(xì)化時(shí)，移動(dòng) 4x4 的方窗內(nèi)象素的編碼地址去查找相應(yīng)的細(xì)化值，用細(xì)化值替換當(dāng)前像素值。 特征提取及其后處理 特征點(diǎn)的提取 特征提取一般是指提取指紋圖像的局部特征，也就是細(xì)節(jié)點(diǎn)特征。在基于細(xì)節(jié)點(diǎn)的指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中，特征提取是在細(xì)化后的指紋圖像上進(jìn)行的。 特征提取的首要問(wèn)題是確定細(xì)節(jié)點(diǎn)和它的位置，細(xì)節(jié)點(diǎn)的位置和細(xì)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置很重要，盡管每個(gè)指紋中包括將近 80 個(gè)細(xì)節(jié)，只要確定十幾個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)就己經(jīng)足夠用來(lái)識(shí)別了。 探測(cè)細(xì)節(jié)點(diǎn)的算法很簡(jiǎn)單，如圖 312 所示的 3x3 模板就可以用來(lái)確定特征的位置 。 M 是待檢測(cè)的點(diǎn)， 1 2 8,X X X??? 是它的八鄰域，沿順時(shí)針?lè)较蚺帕小?? ?1 , (2) , (8)R R R??? 是細(xì)化后圖像在 1 2 8,X X X??? 處的灰度。如果 M 是端點(diǎn)，則它的八鄰域滿(mǎn)足： ? ? ? ?8 1 12N kC R k R k?? ? ? ?? ， ? ? ? ?91RR? （ ） 如果 M 是分叉點(diǎn)，則它的八鄰域滿(mǎn)足： ? ? ? ?8 1 16N kC R k R k?? ? ? ?? ， ? ? ? ?91RR? （ ） 這樣我們就可以在細(xì)化后的圖像中找到細(xì)節(jié)點(diǎn) (端點(diǎn)和分叉點(diǎn) )，并記錄它們?cè)趫D中的相對(duì)位置。 假特征點(diǎn)的去除 這樣得到的特征中存在由指紋質(zhì)量、攝入噪聲等原因造成的很多假特征，如下圖 312五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 所示 (a)和 (b)中產(chǎn)生了假的端點(diǎn)； (c)和 (d)中形成了錯(cuò)誤的斷開(kāi)和連接； (e)中顯示的是一個(gè)由不平滑的脊引起的毛刺，出現(xiàn)了假端點(diǎn)和假分叉兩種特征： (f)~(g)是幾種錯(cuò)誤連接的例子，分別 稱(chēng)為橋形、三角形、梯形結(jié)構(gòu)。 圖 312 假特征 針對(duì)上面這些假特征，我們采用了非常簡(jiǎn)單的方法：計(jì)算特征點(diǎn)間的距離，如果距離值小于所給的閥值，則認(rèn)為特征點(diǎn)為假特征點(diǎn)。這種算法實(shí)現(xiàn)起來(lái)也很簡(jiǎn)單：掃描特征點(diǎn)的某一鄰域，如果該鄰域中出現(xiàn)其他特征點(diǎn)的話(huà)，將該特征點(diǎn)與出現(xiàn)的特征點(diǎn)同時(shí)去除，如此循環(huán)幾次，當(dāng)沒(méi)有特征點(diǎn)被刪去時(shí)，處理完成。 這種方法中鄰域的選取很重要，如果取得比較小，則可能起不到去除假特征點(diǎn)的作用；如果取得比較大的話(huà)，則可能將真正的特征點(diǎn)也一并刪 去。在具體實(shí)現(xiàn)中，我們?nèi)∑浒霃綖榧箤挼囊话搿? 細(xì)節(jié)點(diǎn)信息的提取及記錄 對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)，我們記錄如下信息： 1．細(xì)節(jié)點(diǎn)的 x,y 坐標(biāo)。 2．細(xì)節(jié)點(diǎn)的方向，這個(gè)方向就是該細(xì)節(jié)點(diǎn)所在的塊的塊方向。 3．細(xì)節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型，即脊線(xiàn)端點(diǎn)或脊線(xiàn)分叉點(diǎn)。 4．細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線(xiàn) ? ?ii ad, 。 細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線(xiàn)用該脊線(xiàn)上的采樣點(diǎn)來(lái)表示，采樣的距離約為脊線(xiàn)間的平均距離。分叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線(xiàn)是與該細(xì)節(jié)點(diǎn)的方向最近的那條，端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線(xiàn)就是該細(xì)節(jié)點(diǎn)所在的脊線(xiàn)。采樣點(diǎn)用該點(diǎn)與對(duì)應(yīng)細(xì)節(jié)點(diǎn)的距離 jd ，和連接該點(diǎn)與對(duì)應(yīng)細(xì)節(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)與對(duì)應(yīng)細(xì)節(jié)點(diǎn)方向的夾角 ja 來(lái)表示， ja 的取值范圍在 180 到 180 度之間。下圖給出了細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線(xiàn)與脊線(xiàn)上的采樣點(diǎn)的例子。在細(xì)節(jié)匹配中，對(duì)應(yīng)脊線(xiàn)將被用來(lái)對(duì)兩個(gè)平面點(diǎn)集進(jìn)行校準(zhǔn)，而且，校準(zhǔn)的參數(shù)，也就是兩個(gè)點(diǎn)集中任意一對(duì)脊線(xiàn)間的旋轉(zhuǎn)角度，將被用來(lái)作為判斷它們所對(duì)應(yīng)的細(xì)節(jié)點(diǎn)能否看作匹配的細(xì)節(jié)點(diǎn)的條件。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 313 細(xì)節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)脊線(xiàn) 指紋識(shí)別中細(xì)節(jié)點(diǎn)的匹配 細(xì)節(jié)匹配一般在極坐標(biāo)系中進(jìn)行，因?yàn)橹讣y圖像的非線(xiàn)性形變往往呈放射狀，在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的形變比較大，然后非線(xiàn)性地向外擴(kuò)張，因而，在極坐標(biāo)中能更好地描述非線(xiàn)性形變；另外，在極坐標(biāo)中不需要考慮輸入圖像與模板圖像的參照點(diǎn)之間的平移，將一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)相對(duì)于參照點(diǎn)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)時(shí)，平移就被抵消了；還有，在極坐標(biāo)系中顯然比在直角坐標(biāo)系中更便于處理兩幅圖像間的旋轉(zhuǎn) [8]。 細(xì)節(jié)點(diǎn)集的校準(zhǔn)： 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(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)， ? ? ? ?? ?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(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)。 為了把細(xì)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到極坐標(biāo)系中去，需要在模板細(xì)節(jié)點(diǎn)集和輸入細(xì)節(jié)點(diǎn)集中各選一個(gè)參照點(diǎn)作為相應(yīng)的極坐標(biāo)系中的原點(diǎn)，并算出其它細(xì)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參照點(diǎn)的極坐標(biāo)。由于事先不知道模板點(diǎn)集與輸入點(diǎn)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要考慮所有可能的參照點(diǎn)對(duì)。 對(duì)模板點(diǎn)集中的每一點(diǎn) ? ?1iP i M?? 和輸入點(diǎn)集中的每一點(diǎn) ? ?1jQ j N?? ，定義??? ?rotate ij 為將 iP 和 jQ 當(dāng)作參照點(diǎn)對(duì)時(shí)，從輸入圖像到模板圖像的旋轉(zhuǎn)角度。如果， iP 和jQ 可以被當(dāng)作一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，即它們分別對(duì)應(yīng)的脊線(xiàn)相似性到了一定程度 ，則 ? ?? ?rotate i j 將取 0 度到 360 度間的一個(gè)值，否則，我們定義 ??? ?rotate i j 取值為 400，以表示 iP 和 jQ 不能是一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)。如果 iP 和 jQ 是不同類(lèi)型的細(xì)節(jié)點(diǎn)，也就是說(shuō)它們一個(gè)是端點(diǎn)，一個(gè)是分叉五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 點(diǎn)，則它們不是對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)， ??? ?rotate i j 取值為 400。即， ? ?? ?rotate i 400j ? 表示 iP 和 jQ 對(duì)應(yīng)的脊線(xiàn)相似性到了一定程度。 本章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了指紋識(shí)別過(guò)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 第 4 章 指紋識(shí)別算法的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 的概況 MATLAB 是 矩陣實(shí)驗(yàn)室（ Matrix Laboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專(zhuān)業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)，工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來(lái)解算問(wèn)題要比用 C、 FORTRAN 等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多。當(dāng)前流行的 MATLAB 包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包 (Toolbox)。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能工具包用來(lái)擴(kuò)充 MATLAB 的符號(hào)計(jì)算、可視化建模仿真、文字 處理及實(shí)時(shí)控制等功能。學(xué)科工具包是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的工具包，控制工具包、信號(hào)處理工具包、通信工具包等都屬于此類(lèi)。開(kāi)放性使 MATLAB 廣受用戶(hù)歡迎。除內(nèi)部函數(shù)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(hù)通過(guò)對(duì)源程序的修改或加入自己編寫(xiě)程序構(gòu)造新的專(zhuān)用工具包。 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(guó)國(guó)家科學(xué)基金的資助下開(kāi)發(fā)了調(diào)用EISPACK 和 LINPACK 的 FORTRAN 程序庫(kù)。 EISPACK 是特征值求解的 FOETRAN 程序庫(kù)， LINPACK 是解線(xiàn)性方程的程序庫(kù)。在當(dāng)時(shí)，這兩個(gè)程序庫(kù)代表矩陣運(yùn)算的最高水平。 到 70 年代后期，身為美國(guó) New Mexico 大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主任的 Cleve Moler 在給學(xué)生講授線(xiàn)性代數(shù)課程時(shí)，想教學(xué)生使用 EISPACK和 LINPACK程序庫(kù)，但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用 FORTRAN編寫(xiě)接口程序很費(fèi)時(shí)間，于是他開(kāi)始自己動(dòng)手，利用業(yè)余時(shí)間為學(xué)生編寫(xiě) EISPACK 和LINPACK 的接口程序。 Cleve Moler給這個(gè)接口程序取名為 MATLAB,該名為矩陣 (matrix)和實(shí)驗(yàn)室 (labotatory)兩個(gè)英 文單詞的前三個(gè)字母的組合。在以后的數(shù)年里 ,MATLAB 在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用 ,并作為面向大眾的免費(fèi)軟件廣為流傳。 1983年春天 ,Cleve Moler 到 Standford 大學(xué)講學(xué) ,MATLAB 深深地吸引了工程師 John Little 敏銳地覺(jué)察到 MATLAB 在工程領(lǐng)域的廣闊前景。同年 ,他和 Cleve Moler,Steve Bangert 一起，用C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了第二代專(zhuān)業(yè)版。這一代的 MATLAB 語(yǔ)言同時(shí)具備了數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)圖示化的功能。 1984 年， Cleve Moler 和 John Little 成立了 Math Works 公司，正式把 MATLAB 推向市場(chǎng)，并繼續(xù)進(jìn)行 MATLAB 的研究和開(kāi)發(fā)。 在當(dāng)今 30 多個(gè)數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中，就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言，可分為兩五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 大類(lèi)。一類(lèi)是數(shù)值計(jì)算型軟件，如 MATLAB,Xmath,Gauss 等，這類(lèi)軟件長(zhǎng)于數(shù)值計(jì)算，對(duì)處理大批數(shù)據(jù)效率高；另一類(lèi)是數(shù)學(xué)分析型軟件， Mathematical,Maple 等 ,這類(lèi)軟件以符號(hào)計(jì)算見(jiàn)長(zhǎng) ,能給出解析解和任意精確解 ,其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時(shí)效率較低。 Math Works 公司順應(yīng)多功能需求之潮流 ,在 其卓越數(shù)值計(jì)算和圖示能力的基礎(chǔ)上 ,又率先在專(zhuān)業(yè)水平上開(kāi)拓了其符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模和實(shí)時(shí)控制能力 ,開(kāi)發(fā)了適合多學(xué)科 ,多部門(mén) 要求的新一代科技應(yīng)用軟件 MATLAB。經(jīng)過(guò)多年的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng) ,MATLAB 以經(jīng)占據(jù)了數(shù)值軟件市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。在 MATLAB進(jìn)入市場(chǎng)前 ,國(guó)際上的許多軟件包都是直接以 FORTRAN、C 語(yǔ)言等編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。這種軟件的缺點(diǎn)是使用面窄 ,接口簡(jiǎn)陋 ,程序結(jié)構(gòu)不開(kāi)放以及沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的基庫(kù) ,很難適應(yīng)各學(xué)科的最新發(fā)展 ,因而很難推廣。 MATLAB 的出現(xiàn) ,為各國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)學(xué)科軟件提供了新的基礎(chǔ)。在 MATLAB 問(wèn)世不久的 80 年代中期 ,原先控制領(lǐng)域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在 MATLAB 上重建。 Math Works 公司 1993 年推出了 MATLAB 版 ,1995 年推出 版（ for ） ,1997 年推出 版 ,1999 年推出 版。 MATLAB 較 MATLAB 無(wú)論是界面還是內(nèi)容都有長(zhǎng)足的進(jìn)展 ,其幫助信息采用超文本格式和 PDF格式 ,在 Netscape IE 及以上版本 ,Acrobat Reader 中可以方便地瀏覽。時(shí)至今日 ,經(jīng)過(guò) Math Works 公司的不斷完善 ,MATLAB 已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科 ,多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大大大型軟件。在國(guó)外 ,MATLAB 已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校 ,MATLAB 已經(jīng)成為線(xiàn)性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén) ,MATLAB 被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問(wèn)題。在國(guó)內(nèi) ,特別是工程界，MATLAB 一定會(huì)盛行起來(lái)?？梢哉f(shuō)，無(wú)論你從事工程方面的哪個(gè)學(xué)科，都能在 MATLAB里找到合 適的功能。 MATLAB 的語(yǔ)言特點(diǎn) 一種語(yǔ)言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語(yǔ)言的特點(diǎn)，正如同 FORTRAN 和 C 等高級(jí)語(yǔ)言使人們擺脫了需要直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱(chēng)作為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的 MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來(lái)。 MATLAB 最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。 MATLAB 用更直觀(guān)的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了 C 和 FORTRAN 語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。 MATLAB 給用戶(hù)帶來(lái)的是最直觀(guān)、最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。 以下簡(jiǎn)單介紹一下 MATLAB 的主要特點(diǎn) : 1）、語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富 。 MATLAB 程序書(shū)寫(xiě)形式自由， 利用起豐富的庫(kù)函數(shù)避開(kāi)繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫(kù)函數(shù)都由本領(lǐng)域的專(zhuān)家編寫(xiě)，用戶(hù)不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性?？梢哉f(shuō)，用 MATLAB 進(jìn)行科技開(kāi)發(fā)是站在專(zhuān)家的肩膀上。 具有