【正文】 畢業(yè)設(shè)計 7 后處理細(xì)化指 紋圖 像特 征匹 配預(yù) 處 理特征提取濾波結(jié) 論二值化 圖 31 基于細(xì)節(jié)點(diǎn)特征的指紋自動識別系統(tǒng) 預(yù)處理是將輸入 的（直接采集進(jìn)來的）低質(zhì)量、有噪音的指紋源圖象處理成已細(xì)化了的清晰的二值圖像 [3]。指紋識別技術(shù)已經(jīng)成熟，其應(yīng)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(xiàn)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。 本章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了指紋識別的基本理論，是我們對指紋識別原理及處理方法有了初步的了解。在應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計中，要權(quán)衡易用性和安全性。盡管指紋識別系統(tǒng)存在著可靠性問題 ，但其安全性也比相同可靠性級別的“用戶 ID+密碼”方案的安全性要高得多。主要包括拒識率和誤識率，兩者成反比關(guān)系。由于計算機(jī)處理指紋時，只是涉及了一些有限的信息，而且比對算法并不是十分精確匹配，其結(jié)果也不能保證 100%準(zhǔn)確。另外，匹配算法可靠性也不斷提高。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但 用于識別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對是需要進(jìn)行大量運(yùn)算的模糊匹配算法。自動指紋識別是利用計算機(jī)來進(jìn)行指紋識別的一種方法。因為每個人包括指紋在內(nèi)的皮膚紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，是唯一的，并且終生不變。避免了他人用圖章或身 份證復(fù)印件代領(lǐng)，而發(fā)放人員無法確定該人是故世的問題，要憑本人的活體指紋，才可準(zhǔn)確發(fā)放養(yǎng)老金。網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上貿(mào)易、電子商務(wù)等一系列網(wǎng)絡(luò)商業(yè)行為就有了安全性保障。 近年來，互聯(lián)網(wǎng)帶給人們方便與利益已，也存在著安全問題。指紋 IC 卡可取代現(xiàn)行的 ATM 卡、制造防偽證件等。 把指紋識別技術(shù)同 IC 卡結(jié)合起來，是目前最有前景的一個應(yīng)用之一。前者可以是一個公司、部門，后者可以是一個家庭的成員、銀行的營業(yè)廳、金庫、財務(wù)部門、倉庫等機(jī)要場所。如不匹配，則顯示“不成功”或“沒有這個指紋”，門就不開。 指紋門禁系統(tǒng)和指紋考勤系統(tǒng)是開發(fā)和使用得最早的一種出入管理系統(tǒng)，包括對講指紋門禁、聯(lián)機(jī)指紋門禁、脫機(jī)指紋門禁等等。 工作濕度：指紋設(shè)備正常工作時所允許的相對濕度變化范圍，一般是 30%～ 95%。 比對時間：指紋設(shè)備對兩組指紋特征模版進(jìn)行比對所耗費(fèi)的時間，通常要求不超過 1 s。 系統(tǒng)參數(shù) 登率（ error registration rate， ERR）：指的是指紋設(shè)備出現(xiàn)不能登錄及處理的指紋的概率，ERR 過高將會嚴(yán)重影響設(shè)備的使用范圍，通常要求小于 1%。測試所采用的樣本數(shù)越多，結(jié)果越準(zhǔn)確。即給定一組圖像，然后依次兩兩組合，提交進(jìn)行比對，統(tǒng)計總的提交比對的次數(shù)以及發(fā)生錯誤的次數(shù)，并計算出出錯的比例，就是FRR 和 FAR。這很容易理解，“把關(guān)”越嚴(yán)，誤識的可能性就越低，但是拒識的可 能性就越高。 FAR=（錯判的指紋數(shù)目／考察的指紋總數(shù)目） 100%。 FRR=（拒識的指紋數(shù)目／考察的指紋總數(shù)目） 100%。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 4 指紋識別技術(shù)的主要指標(biāo)和測試方法 算法的精確度 指紋識別系統(tǒng)性能指標(biāo)在很大程度上取決于所采用算法性能。通過計算機(jī)模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進(jìn)行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結(jié)果。通常手指上平 均具有 70 個節(jié)點(diǎn)，所以這種方法會產(chǎn)生大約 490 個數(shù)據(jù)。通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，然后要對原始圖像進(jìn)行初步的處理，使之更清晰，再通過指紋辨識軟件建立指紋的特征數(shù)據(jù)。目前它已經(jīng)成為現(xiàn)代民用指紋識別應(yīng)用中越來越受關(guān)注的熱點(diǎn)之一。 指紋的生命特征與被測 對象的生命存在與否密切相關(guān)。紋理特征多用于計算機(jī)指紋識別算法的多維分類及檢索。人類指紋的紋形特征根據(jù)其形態(tài)的不同通?？梢苑譃椤肮?、箕型、斗型”三大類型，以及“孤形、帳形、正箕形、反箕形、環(huán)形、螺形、囊形、雙箕形和雜形”等 9 種形態(tài)。永久性特征包括細(xì)節(jié)特征（中心點(diǎn)、三角點(diǎn)、端點(diǎn)、叉點(diǎn)、橋接點(diǎn)等）和輔助特征（紋型、紋密度、紋曲率等元素），在人的一生中永不會改變，在手指前端的典型區(qū)域中最為明顯，分布也最均勻。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 3 第 2 章 指紋識別的基本理論及應(yīng)用 指紋識別的原理和方法 指紋的特征與分類 指紋識別學(xué)是一門古老的學(xué)科，它是基于人體指紋特征的相對穩(wěn)定與唯一這一統(tǒng)計學(xué)結(jié)果發(fā)展起來的。同時，針對構(gòu)建的簡單指紋圖像數(shù)據(jù)庫具有較好的識別效果，并考慮指紋門禁控制系統(tǒng)的實時性； ⑸、參照國內(nèi)外同行取得的研究成果，不斷改進(jìn)算法模型。不難想象，基于這種方法的識別算法，很難全面適應(yīng)指紋的變化。當(dāng)噪聲很大時，就要增加圖像增強(qiáng)算法來改善圖像的質(zhì)量，但很難找到一種增強(qiáng)算法能夠適應(yīng)所用的噪聲，多種增強(qiáng)算法又會大幅增加算法運(yùn)行時間，不好的增強(qiáng)算法又會增加人為特征。指紋圖像濾波增強(qiáng)的目的是將有噪聲干擾的指紋圖像變得更加清晰，使得指紋圖像的脊線更黑，谷線更白，當(dāng)前在實際指紋圖像增強(qiáng)算法的應(yīng)用中一般是幾種濾波增強(qiáng)方式結(jié)合起來使用，主要的方案是基于傅里葉變換結(jié)五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2 合濾波和指紋圖像點(diǎn)方向場的下上下濾波器；指紋圖像二值化，是將指紋圖像變成灰度值只有 0和 255 兩種顏色的圖像，當(dāng)前，在自動指紋識別中常采用的是根據(jù)指紋圖像的點(diǎn)方向場在指紋紋線方向和指紋紋線垂直方向上對指紋圖像進(jìn)行 二值化處理；指紋圖像細(xì)化是指刪除指紋紋線的邊緣像素，使之只有一個像素寬度，目前在自動指紋識別技術(shù)中常用的是 OPTA 算法的改進(jìn)的圖像模板細(xì)化算法；指紋特征提取，是將細(xì)化后使用計算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)采集指紋圖像中奇異點(diǎn)、端點(diǎn)、叉點(diǎn)等指紋特征數(shù)據(jù)，目前常用的特征提取算法是先對細(xì)化后的指紋圖像進(jìn)行初步去噪，然后提取特征點(diǎn)，再根據(jù)閾值去除偽特征點(diǎn)；指紋匹配，是指紋預(yù)留模板圖像與輸入樣板圖像中的所有特征點(diǎn)的匹配，目前在自動指紋識別系統(tǒng)中常采用可變大小的界限盒的指紋特征匹配算法。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 指紋識別技術(shù)從早期的人工比對到現(xiàn)在采用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)自動指紋識別，指紋對比更加準(zhǔn)確，識 別效率得到極大提高。生物識別(指紋識別 )技術(shù)的飛速發(fā)展及其廣泛應(yīng)用將開創(chuàng)個人身份鑒別的新時代。對生物識別 (指紋識別 )技術(shù)來說，被廣泛應(yīng)用意味著它能在影響億萬人的日常生活的各個地方使用。指紋識別技術(shù)的發(fā)展得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)的進(jìn)步和快速可靠的算法的研究。 目前有很多的生物測定技術(shù)可用于身份認(rèn)證，包括虹膜識別技術(shù)、視網(wǎng)膜識別技術(shù)、面部識別、簽名識別、聲音識別技術(shù)、指紋識別等，具有安全、可靠的特點(diǎn)，其中自動指紋識別系統(tǒng)是目前研究最多、最有應(yīng)用前景的生物識別系統(tǒng)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 V 目 錄 摘要 ........................................................................ I Abstract .......................................................................................................................................... II 第 1 章 緒論 ................................................................................................................................... 1 研究背景及意義 ............................................................................................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 ................................................................................................... 1 設(shè)計內(nèi)容與要求 ............................................................................................................... 2 第 2 章 指紋識別的基本理論及應(yīng)用 ........................................................................................... 3 指紋識別的原理和方法 ................................................................................................... 3 指紋的特征與分類 ................................................................................................. 3 指紋識別的原理和方法 ......................................................................................... 3 算法的精確度 ......................................................................................................... 4 誤識率和拒識率的測試方法 ................................................................................. 4 系統(tǒng)參數(shù) ................................................................................................................. 4 指紋識別技術(shù)的應(yīng)用 ....................................................................................................... 5 指紋識別的可靠性 ........................................................................................................... 5 本章小結(jié) ........................................................................................................................... 6 第 3 章 指紋圖像處理及特征提取與實現(xiàn) ................................................................................... 6 方法概述 ........................................................................................................................... 6 方向圖的計算 ................................................................................................................... 7 求點(diǎn)方向圖 .................................................................................................................... 7 由點(diǎn)方向圖求塊方向圖的算法 ............................................................................. 8 最小均方估計塊方向算法 ..................................................................................... 8 指紋圖像的濾波 ............................................................................................................. 10 基于方向圖的動態(tài)閥值指紋圖像二值化方法 ..............................