【正文】 真心的表示感謝。然后要感謝學(xué)院的老師和領(lǐng)導(dǎo)，讓我在大學(xué)四年里學(xué)到很所東西，為出生社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 29 參考文獻(xiàn) [1] 馬曉路 劉倩 . MATLAB圖像處理從入門到精通 .中國鐵道出版社 [2] 賈淵 劉鵬程 .偏微分方程圖像處理及程序設(shè)計(jì) .北京：科學(xué)出版社 [3] 周品 .圖像處理與圖像用戶界面設(shè)計(jì) .北京：清華大學(xué)出版社 [4] 王慶 . 指紋圖像增強(qiáng)及分類 .南京： 南京理工大學(xué) 2020 [5] 周曉 朱才志 .偏微分方程在圖像處理中的應(yīng)用 .安徽教育學(xué)院學(xué)報(bào) 2020 [6] 朱長(zhǎng)江 鄧引斌 .偏微分方程教程 .北京：科學(xué)出版社 2020 [7] 楊新 .圖像偏微分方程的原理和應(yīng)用 . 上海：上海交通大學(xué)出版社 2020 [8] Rafael Steven .Digital Image Processing .BEIJNG： Publishing House of Electronics Industry 2020重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 致謝 30 致謝 完成這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，首先要感謝我的指導(dǎo)老師陳老師，在我對(duì)該畢業(yè)設(shè)計(jì)一竅不通時(shí)，是陳老師細(xì)心的給我講解，讓我理解了很多基本的知識(shí)，有了完成該畢業(yè)設(shè)計(jì)的方向。并列舉更多的濾波方法讓用戶有更多的選擇性，在基于偏微分方程濾波這個(gè)模塊，應(yīng)該更 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 總結(jié)與展望 28 著重講解相干濾波增強(qiáng)的方法，讓用戶可以通過界面濾波的效果圖更直觀更清楚看到該方法的優(yōu)勢(shì)。 （ 3）建立 MATLAB GUI 界面，界面設(shè)計(jì)比較單一，該系統(tǒng)只是簡(jiǎn)單的將圖像濾波的方法通過 M文件與 GUI 界面結(jié)合實(shí)現(xiàn)，并不能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)各濾波的效果分析。 研究展望 本課題的完成情況有以下幾點(diǎn)不足的地方： （ 1）本文在研究圖像濾波之前，并沒有對(duì)采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理，而是直接將圖像進(jìn)行濾波，這樣可能會(huì)導(dǎo)致濾波后的圖像效果不是很好。四種濾波方法的效果圖顯示在一個(gè)界面上，有利于進(jìn)行對(duì)比分析。 （ 2）重點(diǎn)研究了基于偏微分方程的指紋圖像濾波，闡述了偏微分方程用于圖像處理的發(fā)展?fàn)顩r，分析了線性擴(kuò)散模型、非線性擴(kuò)散 PM 方程，并重點(diǎn)研究了指紋圖像相干濾波增強(qiáng)。本論文主要完成的任務(wù)如下： （ 1） 簡(jiǎn)單介紹了指紋識(shí)別系統(tǒng)，重點(diǎn)研究了預(yù)處理模塊中指紋濾波。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 總結(jié)與展望 27 5 總結(jié)與展望 本論文總結(jié) 本論文主要介紹了指紋識(shí)別的研究意義與背景，并介紹了基于偏微分方程濾波的發(fā)展與歷史研究，概括了指紋識(shí)別的基本原理。 圖 原始圖像 圖 10 圖 50 圖 200 圖 、圖 、圖 分別是指紋濾波系統(tǒng)將圖 的原始圖像 經(jīng)過不同的迭代次數(shù)后得到的效果圖。 對(duì)于非線性相干增強(qiáng)擴(kuò)散的方法，選擇最合適的停止時(shí)間也很重要。 圖 原始圖像與灰度曲線圖 圖 均值濾波 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 指紋圖像濾波的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 圖 中值濾波 圖 高斯濾波 圖 非線性相干增強(qiáng)擴(kuò)散 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 指紋圖像濾波的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 從上幾幅圖可以看出，均值濾波、高斯濾波、中值濾波后的指紋圖像反而更模糊，并且指紋本身的紋線特征并沒有被有效的保護(hù)好。為了比較常用的濾 波方法和改進(jìn)的相干濾波增強(qiáng)的方法，將幾種濾波方法的效果圖和灰度曲線圖進(jìn)行比較。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 基于偏微分方程的圖像濾波方法是連續(xù)性的，而本文最先分析的三種常見的濾波方法是離散模型。最后可以比較經(jīng)過四種濾波方法后的結(jié)果圖。 圖 點(diǎn)擊“中值濾波”按鈕 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 指紋圖像濾波的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 接著選擇高斯濾波的高斯尺度的值，再點(diǎn)擊“高斯濾波”按鈕，系統(tǒng)將會(huì)把高斯濾波后的效果圖顯示在對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系中。 加載指紋圖像 退出程序 均 值 濾 波 中 值 濾 波 高 斯 濾 波 偏 微 分 濾 波 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 指紋圖像濾波的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 圖 圖 顯示待處理指紋圖像 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 指紋圖像濾波的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 在選定待處理的指紋圖像后，開始對(duì)指紋圖像進(jìn)行濾波，首先是均值濾波，選定窗 口大小的值，點(diǎn)擊“均值濾波”按鈕，系統(tǒng)將會(huì)把均值濾波后的效果圖顯示在對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系中。 cla() %清屏 axes() imshow(imres01,[]) 在選定好需要的控鍵，編寫好相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)后，運(yùn)行 GUI界面，可進(jìn)入指紋濾波運(yùn)行界面。grad39。struc39。 if 3==size(im,3) im = rgb2gray(im)。String39。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 指紋圖像濾波的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 （ 5）“基于偏微分方程濾波”按鈕的回調(diào)函數(shù) function pushbutton6_Callback(hObject, eventdata, handles) im = 。replicate39。conv39。 imres=imfilter(aSmooth,gau39。replicate39。conv39。 gau = gau/sum(gau)。 t = (width:width)。last39。 %設(shè)定濾波器的寬度 ssq = sigma^2。 GaussianDieOff=。 其中 gaussianFilter函數(shù)為： function imres = gaussianFilter(im,sigma) if 3==size(im,3) im = rgb2gray(im)。% sigma為標(biāo)準(zhǔn)差 axes() imshow(imres01,[]) = imres01。))。 sigma = str2double(get(,39。 %獲取區(qū)域圖片數(shù)據(jù) imres(x,y) = median(subim(:))。%返回圖像的行和列 wd = floor(N/2)。 imres = im。 其中 medianFilter函數(shù)為： function imres = medianFilter(im,N) if 3==size(im,3) im = rgb2gray(im)。 axes() imshow(imres01,[]) 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 指紋圖像濾波的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 = imres01。))。 win = str2double(get(,39。)。,39。 imres = imfilter(im, h, 39。 end im = double(im)。 guidata(hObject, handles)。 imres01 = averageFilter(im,win)。String39。 （ 2）“均值濾波”按鈕的回調(diào)函數(shù) function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles) im = 。 = im。 %將 fid1讀入到圖像數(shù)組 im中 if 3==size(im,3) im = rgb2gray(im)。 %打開文件對(duì)話框 fid1 = fullfile(PathName, FileName)。*.png39。*.jpg39。 本系統(tǒng)是將指紋圖像的均值濾波、中值濾波、高斯濾波和基于偏微分方程的非線性濾波的效果圖同步顯示到界面上，對(duì)于每一個(gè)濾波方法都可以人為的選擇該方法的參數(shù)，然后將圖像濾波的效果圖進(jìn)行對(duì)比，最后點(diǎn)擊退出程序按鈕，圖 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 指紋圖像濾波的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 像用戶界面將自動(dòng)退出。 圖 指紋濾波 GUI界面 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 圖形用戶界面如圖 ，主要由六個(gè)命令按鈕 Push Button、六個(gè)圖形窗 axes，五個(gè)靜態(tài)文本框 Static Text 以及四個(gè)文件編輯器 Edit Text 組成。 fig文件包括 GUI的圖像窗口和所有子對(duì)象。 MATLAB GUI 的建立和軟件功能的實(shí)現(xiàn) 打開 MATLAB 軟件， 點(diǎn)擊界面上的 GUIDE 圖標(biāo)就可以進(jìn)入圖像用戶界面進(jìn)行編輯，選擇相應(yīng)的組件進(jìn)行界面布局。 用戶可以選擇這些基本的用戶界面元素 ，設(shè)計(jì)滿意的圖形界面。 Math Works 公司不斷更新 MATLAB 版本，在 MATLAB 及以上版本增加了圖形界面（ GUI）功能， GUI（ Graphical User Interfaces）是由窗口、光標(biāo)、菜單、按鍵等對(duì)象構(gòu)成的一個(gè)用戶界面， 對(duì)于一般的用戶使用 GUIDE 創(chuàng)建圖形用戶界面應(yīng)用程序已經(jīng)足夠了。 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)、工程中常用的十分相似，它比 C語言、 VF 語言要簡(jiǎn)捷、方便很多，用戶使用 MATLAB 軟件可以直接調(diào)用 C語言、 C++等語言，因?yàn)橐话愕?MATLAB 版本都加入了這些基本的編程語言。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集為一體?；谄⒎址匠痰臑V波方法主要使用的是相干濾波增強(qiáng)的方法。指紋錄入模塊主要是輸入指紋數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)錄入指紋是已經(jīng)處理好的指紋圖像，只需要將指紋圖像讀入到 MATLAB 中，然后進(jìn)行指紋圖像處理。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 指紋圖像濾波的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 4 指紋圖像濾波的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路與步驟 本系統(tǒng)主要是通過 MATLAB 軟件實(shí)現(xiàn)的，利用圖形用戶界面（ GUI）實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，將指紋錄入系統(tǒng)中，點(diǎn)擊濾波方法的控件，就可以對(duì)指紋圖像進(jìn)行濾波處理，幾種濾波方法設(shè)計(jì)在一個(gè)界面上，可以進(jìn)行濾波結(jié)果圖的對(duì)比，為選擇更好的濾波方法提供了可靠的依據(jù)。 從圖 就可以 看出指紋圖像 明顯加強(qiáng)了且圖像 紋理 變得 更加清晰，脊線和谷線更加分明。但是大部分的紋線是具有相似的結(jié)構(gòu)，這種相似的結(jié)構(gòu)在圖像中表現(xiàn)為具有一致性方法的紋線，即具有線性結(jié)構(gòu)的定向紋理。 將上述的方法運(yùn)用到指紋圖像中， 如圖 是原始圖像經(jīng)過 50 次的相干濾波增強(qiáng)后的結(jié)構(gòu)圖。 通過上面對(duì)相干增強(qiáng)擴(kuò)散的分析， 可以知道 C1和 C2兩個(gè)方向是相互垂直的，它們表示的該方向上的擴(kuò)散程度， C1是梯度方向， C2是垂直梯度的方向，該方向是指向具有一致性結(jié)構(gòu)的方向，該值的大小是由μ 1μ 2值來決定，當(dāng)μ 1μ 2增大時(shí)，紋線的一致性就越強(qiáng)， C2值 也 越大 ，這樣在該方向的增強(qiáng)效果就越好。 C1對(duì)應(yīng)的 特征向量和梯度 的方向是平行的，而 C2是與 β 有關(guān)的一個(gè)增函數(shù) ，它對(duì)應(yīng)的特征量剛好與 C1對(duì)應(yīng)的 特征向量相互垂直。 通過標(biāo)準(zhǔn)偏差是 ρ 的 高斯函數(shù)與該矩陣進(jìn)行卷積