【正文】 可以說，用 MATLAB 進行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。 MATLAB 給用戶帶來的是最直觀、最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境?？梢哉f，無論你從事工程方面的哪個學科，都能在 MATLAB里找到合 適的功能。在國外 ,MATLAB 已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗。在 MATLAB 問世不久的 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。經(jīng)過多年的國際競爭 ,MATLAB 以經(jīng)占據(jù)了數(shù)值軟件市場的主導地位。 1984 年， Cleve Moler 和 John Little 成立了 Math Works 公司，正式把 MATLAB 推向市場，并繼續(xù)進行 MATLAB 的研究和開發(fā)。在以后的數(shù)年里 ,MATLAB 在多所大學里作為教學輔助軟件使用 ,并作為面向大眾的免費軟件廣為流傳。 EISPACK 是特征值求解的 FOETRAN 程序庫， LINPACK 是解線性方程的程序庫。學科工具包是專業(yè)性比較強的工具包，控制工具包、信號處理工具包、通信工具包等都屬于此類。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學，工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C、 FORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得多。即， ? ?? ?rotate i 400j ? 表示 iP 和 jQ 對應的脊線相似性到了一定程度。由于事先不知道模板點集與輸入點集的對應關(guān)系，需要考慮所有可能的參照點對。在細節(jié)匹配中，對應脊線將被用來對兩個平面點集進行校準，而且，校準的參數(shù)，也就是兩個點集中任意一對脊線間的旋轉(zhuǎn)角度，將被用來作為判斷它們所對應的細節(jié)點能否看作匹配的細節(jié)點的條件。 細節(jié)點對應的脊線用該脊線上的采樣點來表示，采樣的距離約為脊線間的平均距離。 細節(jié)點信息的提取及記錄 對每一個細節(jié)點，我們記錄如下信息： 1．細節(jié)點的 x,y 坐標。 圖 312 假特征 針對上面這些假特征，我們采用了非常簡單的方法：計算特征點間的距離，如果距離值小于所給的閥值，則認為特征點為假特征點。 M 是待檢測的點， 1 2 8,X X X??? 是它的八鄰域，沿順時針方向排列。 特征提取及其后處理 特征點的提取 特征提取一般是指提取指紋圖像的局部特征，也就是細節(jié)點特征。 保持模板內(nèi)容如下圖所示： 圖 311 保留模塊 具體算法如下： 從圖像的左上角元素 開始進行，每個像素 (圖中為 5P )均抽取出如圖 39所示的 15 個相鄰像素，并且把其中 8 個鄰域像素 ( , 321 PPP ,??? 8P )與圖 310 中的 8 個模板比較，如果和 （ A） （ B） （ C） （ D） （ E） （ F） （ G） （ H） 圖 消除模塊 （ A） （ B） （ C） （ D） （ E） （ F） 圖 保留模塊 五邑大學本科畢業(yè)設計 15 8 個消除模板中的任意一個都不匹配時，保留；如果與 8 個中的任一個匹配，則抽取的元素再和上圖中的 6 個保留模板進行比較，如果與其中任一個匹配的話，則 5P 保留，否則 5P刪去。 這種算法采用 44? 模板，如圖 39 所示，左上角的 33? 方窗 (即 921 PPP ， ??? )為消除模板。 (保持性 ) 5．骨 架紋線的寬度為 1 個像素。一種好的細化方法應滿足下列條件： 1．迭代必須收斂的。 為了進一步壓縮數(shù)據(jù)，得到更精確的細節(jié)特征，提高識別的準確性，對指紋圖像進行細化處理是不可忽略的。 5．將當前像素點的加權(quán)平均灰度值（即 12lX ???????）與動態(tài)閥值進行比較，若小于動態(tài)閥值，同時，當前像素點在波形圖極小點一個有限的鄰域內(nèi)，則當前像素點為脊線點，否則即為谷點，即： ? ? 110, 22255llXf i j ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ???? ??? ? ? ? ???動 態(tài) 閥 值 極 小 點 位 置其 他 （ ） 其中 ? 的取值與指紋讀入器的分辨率有關(guān)，通常取為指紋周期的四分之一，本文取2?? 。以法線方向上各像素點的灰度值做一曲線，可得到近似于正弦的波形圖，如圖 38(B)所示。 將指紋圖像自身的方向結(jié)構(gòu)特點與源圖像灰度值變化特點結(jié)合起來，確定對圖像中每一像素點二值化的動態(tài)閥值。為歸一化權(quán)值，基本濾波器的每個權(quán)值都需要除以該濾波器所有權(quán)值的總和。即對于第 i 行 j 列的點的灰度值 ? ?jif , 的處理如下： 五邑大學本科畢業(yè)設計 11 圖 34 斷裂與叉連 圖 35 平均濾波器的權(quán)值 ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ??? ?? ?? ??????????? 2 2 2 2 2 2 ,1,2, m m m mjifXmjifYmjifZjif ? ? ? ?? ??? ?? ????????2222 ,2,1m m mjifZmjifY （ ） 若圖像中出現(xiàn)斷點，即這一點的灰度值比周圍點都小得多，則經(jīng)過平均濾波器的處理，它的灰度值就接近鄰近點的灰度值了，所以平均濾波器有連接斷點的作用。 (斷裂和叉連的情況；如右圖 34所示 )。這是一種簡單但效果良好的上下文濾波器，上下文濾波法也是基于方向圖的，這是一系列上下文相關(guān)的濾波器，使用時根據(jù)某一快的方向從一系列濾波器中選擇一個相應的濾波器來對這一塊進行濾波。 平滑后的方向場為： ? ? ? ?? ??????????????????jijijiOxy,t an21, 1 （ ） 指紋圖像的濾波 在指紋處理中用到濾波器，主要在于去除圖像噪聲，增強圖像質(zhì)量，即增強指紋脊與谷的對比度，修補圖像 —— 連接脊中出現(xiàn)的斷點、去除圖像中的叉連現(xiàn)象。這樣可以使方向圖精度可以大大提高。這里 M 的大小以包含一脊一谷（即一周期）為宜； 五邑大學本科畢業(yè)設計 9 2．計算塊中每個像素 ? ?jif , 在 x 軸和 y 軸上的梯度 ? ?jiGx , 和 ? ?jiGy , 。 此方向求得的方向特點： 1．方向取值不是 0～ 2? 中的任意值，而是有限的幾個數(shù)。 N （ ） 其中： ? ?kk yx, 是方向 d 上的第 k 個點； ? ?kkd yxf , 是該點的灰度值， N 是所取的方向數(shù)， n 為每個方向上所取的鄰點數(shù)。 方向圖的計算 求點方向圖 五邑大學本科畢業(yè)設計 8 設 ? ?yxf , 是指紋圖像中點 ? ?yx, 的灰度值，要計算該點的方向 ? ?yxD , ，需要先求出 dS （該點臨域沿 d 方向的灰度變化）。我們總是在準確求得方向圖的基礎(chǔ)上運用各種濾波方法或直接找脊的方法來進行預處理。這種方法計算量比較大，在求頻率圖容易產(chǎn)生偏差，不利于單片機的實現(xiàn)。指紋識別技術(shù)是成熟的生物識別技術(shù)，指紋識別系統(tǒng)的特定應用的重要衡量標志是識別率。通常用比對兩個或更多的指紋來達到不損失易用性的同時，極大提高系統(tǒng)的安全性。根據(jù)不同的用途來調(diào)整這兩個值。因此，指紋識別技術(shù)己經(jīng)非常簡單實用。它得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速而可靠的算法理論研究。 指紋識別的可靠性 指紋識別技術(shù)是成熟的生物識別技術(shù)。指紋特征數(shù)據(jù)可以通過電子郵件或其它傳輸方法在計算機網(wǎng)絡上進行傳輸和驗證，通過指紋識別技術(shù)，限定只有指定的人才能訪問相關(guān)的信息，可以極大地提高網(wǎng)上信息的安全性。該技術(shù)把卡的主人的指紋（加密后）存儲在 IC 卡上，并在 IC 卡的讀卡機上加裝指紋識別系統(tǒng)，當讀卡機閱讀卡上的信息時，一并讀入持卡者的指紋，通過比對就可以確認持 卡者是否是卡的真正主人，從而進行下一步的交易。在指紋門禁系統(tǒng)中， 可以是一對一的比對（ one to one matching），也可以是一對幾個比對 （ one to few matching）。 五邑大學本科畢業(yè)設計 5 指紋識別技術(shù)的應用 指紋識別技術(shù)已經(jīng)成熟，其應用日益普遍，除了刑事偵察用之外，在民用方面已非常廣泛，如指紋門禁系統(tǒng)、指紋考勤系統(tǒng)、銀行指紋儲蓄系統(tǒng)、銀行指紋保管箱、指紋醫(yī) 療保險系統(tǒng)、計劃生育指紋管理系統(tǒng)、幼兒接送指紋管理系統(tǒng)、指紋獻血管理系統(tǒng)、證券交易指紋系統(tǒng)、指紋槍械管理系統(tǒng)、智能建筑指紋門禁管理系統(tǒng)、駕駛員指紋管理系統(tǒng)等。 登錄時間：指紋設備登錄一枚指紋所需的時間，通常單次登錄的時間要求不超過 2 s。針對 FAR=%的指標，應采用不少于 1415 幅不同的指紋圖像作循環(huán)測試，總測試次數(shù)為 1000405 次，如果測試中發(fā)生一次錯誤比對成功，則 FAR=1/1000405；針對 FRR=%，應采用不少于 46 幅屬于同一指紋 的圖像組合配對進行測試，則總提交測試的次數(shù)為 1035 次數(shù)，如果發(fā)生一次錯誤拒絕，則 FRR=1/1035。 對于一個已有的系統(tǒng)而言，通過設定不同的系統(tǒng)閾值，就可以看出這兩個指標是互為相關(guān)的， FRR 與 FAR 成反比關(guān)系。為了便于采用量化的方 法表示其性能，引入了下列兩個指標： 拒識率（ false rejection rate， FRR）：是指將相同的指紋誤認為是不同的，而加以拒絕的出錯概率。這些數(shù)據(jù)，通常稱為模板。 指紋識別的原理和方法 指紋識別技術(shù)主要涉及四個功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對。非永久性特征由孤立點、短線、褶皺、疤痕以及由此造成的斷點、叉點等元素構(gòu)成的指紋特征，這類指紋有可能產(chǎn)生、愈合、發(fā)展甚至消失。細節(jié) 特征是實現(xiàn)指紋精確比對的基礎(chǔ)，而紋形特征、紋理特征等則是指紋分類及檢索的重要依據(jù)。針對實際應用，探討該模型算法的優(yōu)點；討論指紋圖像數(shù)據(jù)庫的大小、系統(tǒng)容量、訓練樣本隨機變化、以及選 擇不同算法時對識別率的影響；得出具有一般性指導意義的結(jié)論。當 噪聲增大時，提取了許多虛假細節(jié)點，還有可能丟失細節(jié)點，這就是傳統(tǒng)的基于細節(jié)點識別算法的不足之處之一，因為它只利用了指紋圖像中的一小部分信息（細節(jié)點位置和方向）作為特征進行匹配，丟失了蘊涵在圖像中的其他豐富的結(jié)構(gòu)信息。自動指紋識別過程通常由指紋圖像濾波增強、二值化、細化、特征提取以及指紋匹配等幾個環(huán)節(jié)構(gòu)成。通過取代個人識別碼和口令，生物識別（指紋識別 ）技術(shù)可以阻止非授權(quán)的 “訪問”，可以防止盜用 ATM、蜂窩電話、智能卡、桌面 PC、工作站及其計算機網(wǎng)絡；在通過電話、網(wǎng)絡進行的金融交易時進行身份認證；在建筑物或工作場所生物識別技術(shù)（指紋識別）可以取代鑰匙、證件、圖章等。指紋識別技術(shù)的應用十分廣泛，指紋因具有終生不變性及 穩(wěn)定性 ,而且不同人指紋相同的概率幾乎為零 ,因此指紋自動識別系統(tǒng)被廣泛應用于案例分析、商業(yè)活動中的身份鑒別等領(lǐng)域。 涉密論文按學校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。論文中采用 MATLAB 編程實現(xiàn)全部算法。因此指紋識別技術(shù)逐步發(fā)展為一種新的身份識別方式，并且憑借其良好的安全可靠性，大有取代傳統(tǒng)身份識別方式的趨勢。 本文簡要介紹了指紋識別的基本步驟，分別是指紋圖像預處理、指紋特征提取、指紋匹配。 關(guān)鍵詞 ：指紋識別， 圖像處理，特征提取，特征匹配 五邑大學本科畢業(yè)設計 II Abstract With the continuous development of Biometric Identification Technology,People found that each person39。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期：