【正文】 on Technology gradually developed as a new identity recognition mode， and with its good safety and reliability， it has replaced the traditional identification way trends. This paper briefly introduces the basic step of Fingerprint Identification， they are Fingerprint image preprocessing, Fingerprint characteristic extraction,Fingerprint the Fingerprint image preprocessing,in turn introduced the normalized processing, Image enhancement, Binary treatment and Refining processing pretreatment will get a picture for a pixel width of twentyfirstcentury binary image,then through the particular endpoint and intersection on the characteristics of the Fingerprint paper using Matlab programs all algorithm. Key words Fingerprint identification Image processing Feature extraction Feature matching 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 III 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作者簽名： 日 期： 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 IV 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國 家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。門禁系統(tǒng)是新型現(xiàn)代化公共安全管理系統(tǒng)，它集微機(jī)自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，涉及電子、機(jī)械、光學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和生物技術(shù)等諸多新技術(shù)，是重要部門出入口實(shí)現(xiàn)安全防范管理的有效保障 [1]。指紋識別技術(shù)的應(yīng)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(yīng)用于案例分析、商業(yè)活動中的身份鑒別等領(lǐng)域。 指紋門禁系統(tǒng)通過將用戶的指紋特征與指紋特征數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比實(shí)現(xiàn)用戶身份的鑒別，并不直接保存和使用用戶的指紋圖像信息，不會侵犯到用戶的隱私信息，是當(dāng)前技術(shù)最先進(jìn)、應(yīng)用最廣泛的門禁系統(tǒng)。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(jī)網(wǎng)絡(luò)；在通過電話、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的金融交易時進(jìn)行身份認(rèn)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。指紋所具有的唯一性、不變性、易于獲取、分類存儲有規(guī)律等特性使其成為生物鑒定學(xué)中最為成熟的方式[2]。自動指紋識別過程通常由指紋圖像濾波增強(qiáng)、二值化、細(xì)化、特征提取以及指紋匹配等幾個環(huán)節(jié)構(gòu)成。 目前指紋識別技術(shù)還有很多困難，例如當(dāng)三維的 指紋被指紋錄入設(shè)備掃描成二維的數(shù)字圖像時，會丟失一部分信息、手指劃破、割傷、弄臟、不同干濕程度以及不同的按壓方式，還會導(dǎo)致指紋圖像的變化，這給可靠的特征提取帶來了相當(dāng)?shù)乩щy；例如傳統(tǒng)的基于細(xì)節(jié)點(diǎn)的識別方法，是依靠提取指紋脊線上的細(xì)節(jié)點(diǎn)，然后對其位置和類型進(jìn)行匹配，來識別指紋的，而噪聲會影響特征提取準(zhǔn)確度，增加錯誤的特征點(diǎn)或丟失真正的特征點(diǎn)。當(dāng)噪 聲增大時，提取了許多虛假細(xì)節(jié)點(diǎn)，還有可能丟失細(xì)節(jié)點(diǎn)，這就是傳統(tǒng)的基于細(xì)節(jié)點(diǎn)識別算法的不足之處之一，因?yàn)樗焕昧酥讣y圖像中的一小部分信息（細(xì)節(jié)點(diǎn)位置和方向）作為特征進(jìn)行匹配，丟失了蘊(yùn)涵在圖像中的其他豐富的結(jié)構(gòu)信息。 設(shè)計內(nèi)容與要求 ⑴、熟練掌握圖像處理原理與模式識別原理；熟練掌握 MATLAB 軟件及該軟件中的ImageProcessingToolbox 及其編程技巧； ⑵、掌握指紋識別的概念與實(shí)現(xiàn)過程框圖；熟練掌握指紋圖像的特征、特征提取、指紋識 別方法； ⑶、構(gòu)建指紋識別完整模型，包括圖像獲取、圖形預(yù)處理、特征提取、圖像識別各環(huán)節(jié)的軟件算法；在圖像預(yù)處理過程中，充分考慮圖像去噪、圖像增強(qiáng)等有關(guān)算法；同時，設(shè)計基于指紋識別的用戶管理界面； ⑷、在消化吸收國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，探討指紋識別模型與算法的快速性、魯棒性。針對實(shí)際應(yīng)用，探討該模型算法的優(yōu)點(diǎn)；討論指紋圖像數(shù)據(jù)庫的大小、系統(tǒng)容量、訓(xùn)練樣本隨機(jī)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(dǎo)意義的結(jié)論。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需求的不同，可以將人體的指紋特征分為：永久性特征、非永久性特征和生命特征。細(xì)節(jié)特 征是實(shí)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)。紋理特征則是由平均紋密度、紋密度分布、平均紋曲率、紋曲率分布等紋理參數(shù)構(gòu)成。非永久性特征由孤立點(diǎn)、短線、褶皺、疤痕以及由此造成的斷點(diǎn)、叉點(diǎn)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。但它與人體生命現(xiàn)象的關(guān)系和規(guī)律仍有待進(jìn)一步認(rèn)識。 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。軟件從指紋上找到被稱為“節(jié)點(diǎn)”（ minutiae）的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置，這些點(diǎn)同時具有七種以上的唯一性特征。這些數(shù)據(jù)，通常稱為模板。采集設(shè)備（即取像設(shè)備）分成幾類：光學(xué)、半導(dǎo)體傳感器和其他。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(biāo)： 拒識率（ false rejection rate， FRR）：是指將相同的指紋誤認(rèn)為是不同的，而加以拒絕的出錯概率。 誤識率（ false accept rate， FAR）：是指將不同的指紋誤認(rèn)為是相同的指紋，而加以接收的出錯概率。 對于一個已有的系統(tǒng)而言，通過設(shè)定不同的系統(tǒng)閾值，就可以看出這兩個指標(biāo)是互為相關(guān)的， FRR 與 FAR 成反比關(guān)系。 誤識率和拒識率的測試方法 測試這兩個指標(biāo)，通常采用循環(huán)測試方法。針對 FAR=%的指標(biāo)，應(yīng)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(yīng)采用不少于 46 幅屬于同一指紋的 圖像組合配對進(jìn)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。作為測試樣本的指紋圖像應(yīng)滿足可登記的條件。 登錄時間：指紋設(shè)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。 工作溫度：指紋設(shè)備正常工作時所允許的溫度變化范圍，一般是 0～ 40 ℃ 。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 指紋識別技術(shù)的應(yīng)用 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。在入口將個人的手指按在指紋采集器上，系統(tǒng)將已登錄在指紋庫中的指紋（稱為已經(jīng)注冊）進(jìn)行對比，如果兩者相符（即匹配），則顯示比對成功，門就自動打開。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）。在這些應(yīng)用中，指紋識別系統(tǒng)將取代或者補(bǔ)充許多大量使用照片和 ID 系統(tǒng)。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(jī)上加裝指紋識別系統(tǒng)，當(dāng)讀卡機(jī)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(rèn)持卡 者是否是卡的真正主人，從而進(jìn)行下一步的交易。 ATM卡持卡人可不用密碼，避免老人和孩子記憶密碼的困難。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(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸和驗(yàn)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。 指紋社會保險系統(tǒng)的應(yīng)用為養(yǎng)老金的準(zhǔn)確發(fā)放起了非常有效的作用。 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)。通過他的指紋和預(yù)先保存的指紋進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。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。利用現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)生產(chǎn)的小型指紋圖像讀取設(shè)備和速度更快的計五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 6 算機(jī)，提供了在微機(jī)上進(jìn)行指紋比對運(yùn)算的可能。因此，指紋識別技術(shù)己經(jīng)非常簡單實(shí)用。 指紋識別系統(tǒng)的特定應(yīng)用的重要衡量標(biāo)志是識別率。根據(jù)不同的用途來調(diào)整這兩個值。拒識率實(shí)際上也是系統(tǒng)易用性的重要指標(biāo)。通常用比對兩個或更多的指紋來達(dá)到不損失易用性的同時，極大提高系統(tǒng)的安全性。 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。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(yīng)用的重要衡量標(biāo)志是識別率。它的目的是減少低質(zhì)量的圖像對分類識別結(jié)果的影響，預(yù)處理中一般包括圖像增強(qiáng)、濾波、二值化、細(xì)化等步驟。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(jī)的實(shí)現(xiàn)。這 種方法對于從不同渠道獲得的 圖像均有不錯的效果。我們總是在準(zhǔn)確求得方向圖的基礎(chǔ)上運(yùn)用各種濾波方法或直接找脊的方法來進(jìn)行預(yù)處理。方向圖分為兩種：一種是點(diǎn)方向圖，表示源指紋圖像中每一點(diǎn)脊線的方向：另一種是塊方向圖，表示源指紋圖像中每一塊脊線的大致方向。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 方向圖的計算 求點(diǎn)方向圖 設(shè) ? ?yxf , 是指紋圖像中點(diǎn) ? ?yx, 的灰度值，要計算該點(diǎn)的方向 ? ?yxD, ，需要先求出 dS （該點(diǎn)臨域沿 d 方向的灰度變化）。 N （ ） 其中： ? ?kk yx, 是方向 d 上的第 k 個點(diǎn)； ? ?kkd yxf , 是該點(diǎn)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(diǎn)數(shù)。 點(diǎn) ? ?yx, 的方向?yàn)?dS 取值最小的方向。 此方向求得的方向特點(diǎn)： 1．方向取值不是 0～ 2? 中的任意值，而是有限的幾個數(shù)。（ 4/? 與 4/5? 認(rèn)為是不同方向） 由點(diǎn)方向圖求塊方向圖的 算法 把點(diǎn)方向圖分成 ww? 大小的塊，對每一塊計算方向直方圖（橫坐標(biāo)的方向取到的 N個值，縱坐標(biāo)為取這些方向的象素個數(shù)），方向直方圖中的峰值所對應(yīng)的方向，即該塊的方向。這里 M 的大小以包含一脊一谷（即一周期）為宜； 2．計算塊中每個像素 ? ?jif , 在 x 軸和 y 軸上的梯度 ? ?jiGx , 和 ? ?jiGy , 。 （ A）原始圖像 （ B）改進(jìn)前的結(jié)果 （ C）改進(jìn)后的結(jié)果 圖 33 指紋圖像的方向圖 4．在計算指紋圖像方向圖多采用塊與塊直接不重疊的方式，但這樣求出的塊方向僅由該塊所包含的像素點(diǎn)所 決定，沒有考慮其周圍像素點(diǎn)的影響，很容易造成方向的不連續(xù)性。這樣可以使方向圖精度可以大大提高。 計算步驟： 將方向圖轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的向量場： 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 ? ? ? ?? ?jiOjix ,2co s, ?? （ ） ? ? ? ?? ?jiOjiy ,2sin, ?? （ ） 這里 x? ， y? 分別是向量場 x， y 方向上的分量。 平滑后的方向場為： ? ? ? ?? ??????????????????jijijiOxy,t a n21, 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(qiáng)圖像質(zhì)量，即增強(qiáng)指紋脊與谷的對比度，修補(bǔ)圖像 —— 連接脊中出現(xiàn)的斷點(diǎn)、去除圖像中的叉連現(xiàn)象。這種算法難點(diǎn)在于需要計算圖像的頻率圖 —— 將指紋圖像看成由脊和谷組成的周期圖像，在每一個局部領(lǐng)域內(nèi)都會有一個相對固定準(zhǔn)確的頻率。這