【正文】 中值濾波的原理中值濾波實際上就是用一個含有奇數(shù)個像素的滑動窗口，將窗口正中點的灰度值用窗口內(nèi)各點的中值代替。在一定的條件下，中值濾波可以克服線性濾波器所帶來的圖像細節(jié)模糊，而且對濾除脈沖干擾及圖像掃描噪聲非常有效；但是，對一些細節(jié)多，特點是點、線、尖頂細節(jié)較多的圖像則不宜采用中值濾波的方法。中值濾波是一種非線性處理技術(shù)，由于它在實際運算過程中并不需要知道圖像的統(tǒng)計特性，所以比較方便。線性平滑濾波器包括領(lǐng)域平均法（均值濾波器） ，非線性平滑濾波器有中值濾波器。將空間域模板用于圖像處理，通常稱為空間濾波，而空間域模板稱為空間濾波器。圖像中的噪聲往往是和信號交織在一起的，尤其是乘性噪聲，如何平滑不當，就會使圖像本身的細節(jié)如邊緣輪廓、線條等模糊不清，從而使圖像降質(zhì)。在空間域中進行時，基本方法就是求像素的平均值或中值；在頻率域中則運用低通濾波技術(shù)。實際獲得的圖像都因受到干擾而含有噪聲，噪聲產(chǎn)生的原因決定了噪聲分布的特性及與圖像信號的關(guān)系。非常好成像區(qū)域 大 小 中分辨率 低于 500dpi 可高達 600dpi 可高達 1000dpi設(shè)備體積 大 小 中耐用性 非常耐用 較耐用 一般殷明：指紋圖像預(yù)處理算法設(shè)計與實現(xiàn) 10 表 三種主要技術(shù)的比較 圖像平滑圖像平滑的主要目的是減少圖像噪聲。干手指好，潮濕、粗糙手指亦可成像。表 給出三種主要技術(shù)的比較。超聲波指紋圖像采集技術(shù)由于其成本過高，還沒有應(yīng)用到指紋識別系統(tǒng)中。所以這樣獲取的圖像是實際指紋紋路凹凸的真實反映。超聲波指紋取像的原理是:當超聲波掃描指紋的表面，緊接著接收設(shè)備獲取的其反射信號，由于指紋的脊和谷的聲阻抗的不同，導(dǎo)致反射回接受器的超聲波的能量不同，測量超聲波能量大小，進而獲得指紋灰度圖像。 Ultrascan 公司首開超聲波指紋圖像采集設(shè)備產(chǎn)品先河。另外，它們并不象玻璃一樣耐磨損，從而影響使用壽命。由于半導(dǎo)體芯片的體積小巧，功耗很低，可以集成到許多現(xiàn)有設(shè)備中，這是光學采集設(shè)備所無法比擬的，現(xiàn)在許多指紋識別系統(tǒng)研發(fā)工作都采用半導(dǎo)體采集設(shè)備來進行。由于提供了局部調(diào)整的能力，圖像不清晰(對比度差)的區(qū)域也能夠被檢測到(如:手指壓得較輕的地方)，并在捕捉的瞬間為這些像素提高靈敏度。半導(dǎo)體指紋傳感器采用了自動控制技術(shù)(AGC 技術(shù))，能夠自動調(diào)節(jié)指紋圖像像素行以及指紋局部范圍的敏感程度，在不同的環(huán)境下結(jié)合反饋的信息便可產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像。 (2)半導(dǎo)體壓感式傳感器安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 其表面的頂層是具有彈性的壓感介質(zhì)材料，它們依照指紋的外表地形(凹凸)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電子信號，并進一步產(chǎn)生具有灰度級的指紋圖像。傳感器陣列的每一點是一個金屬電極，充當電容器的一極，按在傳感面上的手指頭的對應(yīng)點則作為另一極，傳感面形成兩極之間的介電層。 (1)硅電容指紋圖像傳感器 這是最常見的半導(dǎo)體指紋傳感器，它通過電子度量來捕捉指紋。另外臺板上的涂層(膜)和 CCD 陣列隨著時間的推移會有損耗，精確度會降低。潛在指印是手指在臺板上按完后留下的，這種潛在指印降低了指紋圖像的質(zhì)量。 光學采集設(shè)備也有不足之處，主要表現(xiàn)在圖像尺寸和潛在指印兩個方面。如圖 所示。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線由CCD 去獲得，反射光的量依賴于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度以及皮膚與玻璃間的油脂和水分。當今所使用的主要指紋采集技術(shù)有光學指紋采集技術(shù)，半導(dǎo)體指紋采集技術(shù)和超聲波指紋采集技術(shù)。位置(Position): 一節(jié)點的位置通過(x,y)坐標來描述，可以是絕對的，也可以是相對于三角點或特征點的。圖 短紋方向(Orientation): 一節(jié)點可以朝著一定的方向。圖 孤立點環(huán)點(Enclosure ): 一條紋路分開成為兩條之后，立即有合并成為一條，這樣形成的一個小環(huán)稱為環(huán)點，如圖 所示。安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 分叉點分歧點(Ridge Divergence): 一兩條平行的紋路在此分開，如圖 所示。終結(jié)點(Ending)：一條紋路在此終結(jié)，如圖 所示。就是這些特征點提供了指紋唯一性的確認信息。 指紋紋路并不是連續(xù)的、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或打折。圖 紋數(shù)②局部特征 局部特征是指指紋上的節(jié)點的特征，這些具有某種特征的節(jié)點稱為特征點。圖 三角點 指紋模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。圖 核心點殷明：指紋圖像預(yù)處理算法設(shè)計與實現(xiàn) 6 三角點位于從核心點開始的第一個分叉點或者斷點、或者兩條紋路會聚處、孤立點、折轉(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點。許多算法是基于核心點的，既只能處理和識別具有核心點的指紋。SecureTouch 的指紋識別算法使用了所取得的完整指紋而不僅僅是模式區(qū)進行分析和識別，如圖 所示。 環(huán)形（loop） 弓型（arch） 螺旋型（whorl）圖 環(huán)型、弓型、螺旋型指紋圖像 模式區(qū)是指指紋上包括了總體特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是屬于那哪一種類型的。其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案。在考慮局部特征的情況下，英國學者 E. R. Herry 認為，只要比對 13 個特征點重合，就可以確認為是同一個指紋。但指紋識別算法最終都歸結(jié)為在指紋圖象上找到并比對指紋的特征。與人工處理不同，許多生物識別技術(shù)公司并不直接存儲指紋的圖象。此外，中、英、口、德等國也設(shè)有龐大的指紋鑒定機構(gòu)。第二，指紋可以分類。 1880年對指紋進行觀察和研究后得出這樣 3 個結(jié)論:第一，指紋終身不變。即使表皮剝脫，愈后原皮膚花紋亦不變。手指皮膚受損。6個月的嬰兒手指已全部形成花紋。④指紋可貯存性:使用電子計算機配置光電指紋采集器可將指紋圖形錄入計算機存貯器中備查和使用。這是因為手掌面附有的汗液、油垢、灰塵等物質(zhì)，只要手觸摸到適合承受手印的物體上，就可以形成手印。即使在人死之后尸體腐爛以前，除了整個指紋的外形略有變化外，其特征基本穩(wěn)定不變。②穩(wěn)定性:指紋的形態(tài)結(jié)構(gòu)終身基本不變，即指紋的穩(wěn)定性。指紋的這種特定性，是說在全世界現(xiàn)存的人中不可能找到兩個完全相同的指紋。指紋在承痕客體上留下的印痕叫指印，它是指紋的反映再現(xiàn)。第 2 章 指紋圖像預(yù)處理及其實現(xiàn) 指紋的概述 我們手掌及其手指、腳、腳趾內(nèi)側(cè)表面的皮膚凸凹不平產(chǎn)生的紋路會形成各種各樣的圖案。從而降低社會活動中的信任成本，從根本上改變經(jīng)濟和社會交殷明：指紋圖像預(yù)處理算法設(shè)計與實現(xiàn) 4 往模式改變，提高效率。深圳羅湖口岸，指紋出入境系統(tǒng)的實施大大提高了通關(guān)效率，過關(guān)旅客再也不需要拿著身份證排長隊等待檢查。原來的養(yǎng)老保險系統(tǒng)，冒領(lǐng)保險金現(xiàn)象比較嚴重。指紋識別作為一個人基本社會角色定位點，其方便性和準確性已經(jīng)得到了全世界范圍內(nèi)的認可。在現(xiàn)實生活中，有些內(nèi)地考生為了取得成績優(yōu)勢，到偏遠省份重新辦理一套身份系統(tǒng)，包括戶口、身份證、檔案等。在過去的很長一段時間里，我們是通過戶籍制度來進行管理和定義一個人的，一個從出生到死亡都是根據(jù)其出生地來定義和追溯其身份。所有這些角色都是基于你的生物測量基礎(chǔ)上的?；氐郊?，你就是丈夫、孩子、爸爸、舅舅、哥哥等血緣性角色。作為一個人，具有非常復(fù)雜的社會角色。據(jù)統(tǒng)計，到 20 世紀末，全世界生物識別市場約為 1. 56億美元，其中指紋識別約為 1. 2 億美元，這標志著指紋識別是當前最成熟穩(wěn)定，并且應(yīng)用最廣泛的生物識別技術(shù)。20 世紀 80 年代，個人電腦、光學掃描這兩項技術(shù)的革新，使得它們作為指紋取像的工具成為現(xiàn)實，從而使指紋識別可以在其他領(lǐng)域中得以應(yīng)用，比如代替 IC 卡，普通鎖等。20 世紀 60 年代，隨著計算機技術(shù)的誕生、發(fā)展與不斷進步，圖像處理與模式識別方法的日臻完善，人們開始著手研究利用計算機來處理指紋。早期的指紋識別依靠人工對比方式進行。19 世紀初，科學研究發(fā)現(xiàn)了至今仍然承認的指紋的兩個重要特征，一個是兩個不同手指的指紋紋線的式樣不同，另一個是指紋紋線的式樣終生不變。指紋用于身份鑒定的歷史悠久。另外，指紋不隨年齡的增長而發(fā)生變化，是終生不變的。然而，雖然己經(jīng)有許多學者和機構(gòu)就指紋識別領(lǐng)域作出了許多研究，但是目前指紋識別研究還面臨一些問題:目前的識別匹配算法容易受偽特征點和指紋的形變影響，即系統(tǒng)的魯棒性方面還有待提高；對于模糊的指紋圖像匹配精度不高；匹配效率不高等等問題。該算法取得了不錯的效果。該算法直接從灰度圖像中提取特征點。該算法通過波形投影和方向平滑算法有效的降低了噪聲的影響。Ratha 提出一種全新的提取特征的算法。 提出了一種基于方向圖進行細節(jié)特征提取的算法。特征提取環(huán)節(jié)有代表性的研究： Fu 和 Moayer 將 Laplacian 變換和動態(tài)闡值引入到指紋圖像處理中來，通過反復(fù)的迭代運算成功地提取出脊線。該研究組已經(jīng)在 IEEE 國際主流學術(shù)期刊和重要國際會議上發(fā)表了 SCI, EI 檢索論文 40 余篇，并在 2022 年榮獲國家科學進步獎二等獎，并且出版了專著《生物特征識別理論與應(yīng)用》一書。另外，吉林大學、北京郵電大學、重慶大學、上海交通大學等等院校也在從事這方面的研究。還有其他的一些機構(gòu)和個人也在從事這方面的相關(guān)研究。殷明：指紋圖像預(yù)處理算法設(shè)計與實現(xiàn) 2 指紋圖像處理的研究現(xiàn)狀 在國外，美國密歇根州立大學的 Lin Hong 等人長期從事指紋識別的相關(guān)研究，他們從事指紋識別研究的時間非常早，提出了不少具有開創(chuàng)性的算法思想，對指紋識別理論研究起到過非常大的推動作用。而在指紋采集過程中，不可避免的會引入各種噪聲，如圖像中的叉連、斷點等，這些噪聲對指紋特征信息的提取造成一定的影響，甚至會產(chǎn)生許多偽特征點。指紋特征是人終生不變的特征之一，而且不同人的指紋特征相同的可能性幾乎為零，所以世界各國都在爭先研究和開發(fā)實用指紋識別系統(tǒng)。指紋識別技術(shù)作為生物特征識別技術(shù)的一種,是一種比較理想可行的身份驗證技術(shù)。在激烈的市場競爭中, 能否研發(fā)出高效、健壯的指紋識別算法顯得尤為重要。近年來, 隨著嵌入式計算機的蓬勃發(fā)展和指紋傳感器性價比的提高, 這一充滿生機的技術(shù)作為一種高級安全認證手段已越來越頻繁地出現(xiàn)在手機、筆記本電腦、PDA、蜂窩電話等多種數(shù)碼產(chǎn)品中, 廣泛地應(yīng)用在刑偵、IT 、醫(yī)療、金融等諸多行業(yè)。因此可以說這兩種身份識別技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)實的需要，傳統(tǒng)的身份識別技術(shù)己無法滿足現(xiàn)代生活的需要，社會迫切的需要一種更高可靠性的，更方便的保密驗證手段。目前，為了提高安全性、可靠性，一般采取經(jīng)常更換密鑰、甚至是證件等方式。其次，這些認證手段并不是隨身攜帶的，都面臨著證件丟失，密碼遺忘等問題。目前常見的身份識別方法主要是基于實物(如證件、簽名等等)的識別技術(shù)和基于電子技術(shù)的密鑰或者密碼的識別技術(shù)，而這些認證手段存在諸多缺陷。如何保護人們的信息安全已經(jīng)成為不得不面對的問題。同時由于黑客技術(shù)借助互聯(lián)網(wǎng)傳播的十分泛濫，這類高科技犯罪活動追究起來過程非常復(fù)雜，導(dǎo)致了現(xiàn)在黑客犯罪活動十分地猖撅。 thinning安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） III目 錄摘 要 .....................................................................................................................................IAbstract.....................................................................................................................................II第 1 章 緒論 .......................................................................................................................... 1 引言 ......................................................................................................................... 1 指紋圖像處理的研究現(xiàn)狀 ..................................................................................... 2 指紋識別研究的目的和意義 ................................................................................. 3 第 2 章 指紋圖像預(yù)處理及其實現(xiàn) ...................................................................................... 4 指紋的概述 ............................................................................................................. 4 ..................