【正文】 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(guò)電子郵件或其它傳輸方法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸和驗(yàn)證，通過(guò)指紋識(shí)別技術(shù)，限定只有指定的人才能訪問(wèn)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(huì)保險(xiǎn)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(shí)別的可靠性 指紋識(shí)別技術(shù)是成熟的生物識(shí)別技術(shù)。通過(guò)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(jì)算機(jī)，提供了在微機(jī)上進(jìn)行指紋比對(duì)運(yùn)算的可能。因此，指紋識(shí)別技術(shù)己經(jīng)非常簡(jiǎn)單實(shí)用。指紋識(shí)別系統(tǒng)的特定應(yīng)用的重要衡量標(biāo)志是識(shí)別率。根據(jù)不同的用途來(lái)調(diào)整這兩個(gè)值。拒識(shí)率實(shí)際上也是系統(tǒng)易用性的重要指標(biāo)。通常用比對(duì)兩個(gè)或更多的指紋來(lái)達(dá)到不損失易用性的同時(shí)，極大提高系統(tǒng)的安全性。指紋識(shí)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(shí)別技術(shù)是成熟的生物識(shí)別技術(shù)，指紋識(shí)別系統(tǒng)的特定應(yīng)用的重要衡量標(biāo)志是識(shí)別率。它的目的是減少低質(zhì)量的圖像對(duì)分類(lèi)識(shí)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(jì)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(duì)于從不同渠道獲得的圖像均有不錯(cuò)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(lái)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。 方向圖的計(jì)算 求點(diǎn)方向圖設(shè)是指紋圖像中點(diǎn)的灰度值，要計(jì)算該點(diǎn)的方向，需要先求出（該點(diǎn)臨域沿d方向的灰度變化）。N （）其中：是方向d上的第k個(gè)點(diǎn)；是該點(diǎn)的灰度值，N是所取的方向數(shù)，n為每個(gè)方向上所取的鄰點(diǎn)數(shù)。 點(diǎn)的方向?yàn)槿≈底钚〉姆较?。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(gè)數(shù)。（與認(rèn)為是不同方向） 由點(diǎn)方向圖求塊方向圖的算法把點(diǎn)方向圖分成大小的塊，對(duì)每一塊計(jì)算方向直方圖（橫坐標(biāo)的方向取到的N個(gè)值，縱坐標(biāo)為取這些方向的象素個(gè)數(shù)），方向直方圖中的峰值所對(duì)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(jì)算塊中每個(gè)像素在x軸和y軸上的梯度和。（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(jì)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(méi)有考慮其周?chē)袼攸c(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(jì)算步驟：將方向圖轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的向量場(chǎng)： （） （）這里，分別是向量場(chǎng)x，y方向上的分量。平滑后的方向場(chǎng)為： （） 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(duì)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(jì)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(gè)局部領(lǐng)域內(nèi)都會(huì)有一個(gè)相對(duì)固定準(zhǔn)確的頻率。這是一種簡(jiǎn)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(shí)根據(jù)某一快的方向從一系列濾波器中選擇一個(gè)相應(yīng)的濾波器來(lái)對(duì)這一塊進(jìn)行濾波。一個(gè)基本的濾波器由兩部分組成：平均濾波器和分離濾波器。(斷裂和叉連的情況；如右圖34所示)。水平方向的平均濾波器的權(quán)值如右圖35所示，其中系數(shù)滿(mǎn)足：。即對(duì)于第i行j列的點(diǎn)的灰度值的處理如下：　 　　　　　圖34 斷裂與叉連 圖35 平均濾波器的權(quán)值 （）若圖像中出現(xiàn)斷點(diǎn)，即這一點(diǎn)的灰度值比周?chē)c(diǎn)都小得多，則經(jīng)過(guò)平均濾波器的處理，它的灰度值就接近鄰近點(diǎn)的灰度值了，所以平均濾波器有連接斷點(diǎn)的作用。分離濾波器處理圖像過(guò)程與平均濾波器相同，圖像中的叉連點(diǎn)是把相鄰的兩條脊線連接起來(lái)的點(diǎn)，所以叉連點(diǎn)的上下點(diǎn)灰度值較大，而其同一行上的鄰點(diǎn)的灰度值較小，通過(guò)分離濾波器的處理，叉連點(diǎn)的灰度值會(huì)明顯降低，所以分離濾波器有去除叉連點(diǎn)的作用。為歸一化權(quán)值，基本濾波器的每個(gè)權(quán)值都需要除以該濾波器所有權(quán)值的總和。 基于方向圖的動(dòng)態(tài)閥值指紋圖像二值化方法二值化是指紋圖像預(yù)處理中必不可少的一步。將指紋圖像自身的方向結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與源圖像灰度值變化特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，確定對(duì)圖像中每一像素點(diǎn)二值化的動(dòng)態(tài)閥值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，該方法得到的二值化圖像能夠基本保持源圖像上的特征點(diǎn)不丟失，確保了以后的特征提取和比對(duì)的正確性和可靠性。以法線方向上各像素點(diǎn)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。若所考察的當(dāng)前像素點(diǎn)恰好落在波谷上，則該點(diǎn)就是指紋脊線點(diǎn)，若所考察的當(dāng)前像素點(diǎn)恰好落在波峰上，則該點(diǎn)就是指紋谷點(diǎn)，而谷點(diǎn)到脊點(diǎn)間像素灰度的變化幾乎呈線性，正是基于指紋圖像在結(jié)構(gòu)上和像素灰度變化上的這些特點(diǎn)，本文提出了下述指紋圖像二值化方法：1．將圖像分成大小為NN的小塊，用上述方向圖改進(jìn)方法計(jì)算各小塊的方向；2．對(duì)圖像中的每一點(diǎn)，以其所在塊的方向作為該像素點(diǎn)的方向，并以該點(diǎn)為中心在其法方向上取(一般為奇數(shù))的矩形窗，計(jì)算矩形窗內(nèi)指紋方向每一列中像素點(diǎn)在法方向上的加權(quán)平均，具體公式為： （）其中coefficent為加權(quán)平均系數(shù)，滿(mǎn)足 ，是k列上的第d個(gè)像素的位置。5．將當(dāng)前像素點(diǎn)的加權(quán)平均灰度值（即）與動(dòng)態(tài)閥值進(jìn)行比較，若小于動(dòng)態(tài)閥值，同時(shí)，當(dāng)前像素點(diǎn)在波形圖極小點(diǎn)一個(gè)有限的鄰域內(nèi)，則當(dāng)前像素點(diǎn)為脊線點(diǎn)，否則即為谷點(diǎn)，即： （）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。本算法在具體實(shí)現(xiàn)中可利用同一塊中所有像素有同樣方向的條件，推導(dǎo)出快速算法，防止一些點(diǎn)的重復(fù)掃描，大大縮短處理時(shí)間。為了進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)，得到更精確的細(xì)節(jié)特征，提高識(shí)別的準(zhǔn)確性，對(duì)指紋圖像進(jìn)行細(xì)化處理是不可忽略的。實(shí)際上，是保持原圖的骨架[7]。一種好的細(xì)化方法應(yīng)滿(mǎn)足下列條件：1．迭代必須收斂的。(連接性)3．不引起紋線的逐步吞食。(保持性)5．骨架紋線的寬度為1個(gè)像素。(中軸性) 7. 算法簡(jiǎn)單、速度快。這種算法采用模板，如圖39所示，左上角的方窗(即)為消除模板。消除模板具體如下： （A） （B） （C） （D） （E） （F） （G） （H） 圖310 消除模塊圖（A）~（D） 4個(gè)模板能有效去除邊緣上的突出物，保證了細(xì)化后的指紋骨架處于指紋脊線中心，避免了細(xì)化后的指紋骨架出現(xiàn)毛刺。 （A） （B） （C） （D） （E） （F） 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(kāi)始進(jìn)行，每個(gè)像素(圖中為)均抽取出如圖39所示的15個(gè)相鄰像素，并且把其中8個(gè)鄰域像素()與圖310中的8個(gè)模板比較，如果和8個(gè)消除模板中的任意一個(gè)都不匹配時(shí)，保留；如果與8個(gè)中的任一個(gè)匹配，則抽取的元素再和上圖中的6個(gè)保留模板進(jìn)行比較，如果與其中任一個(gè)匹配的話(huà)，則保留，否則刪去。這種算法的具體實(shí)現(xiàn)可引入查表法，即對(duì)所要處理的像素周?chē)０鍍?nèi)前15個(gè)點(diǎn)預(yù)先進(jìn)行編碼(用雙字節(jié)15個(gè)位來(lái)表示，雙字節(jié)的最低位存放的值，依此類(lèi)推，次最高位存放的值)，把編碼值作為存儲(chǔ)地址，按上述細(xì)化法則，預(yù)先在存儲(chǔ)地址上存入相應(yīng)的細(xì)化值(可用0、1表示，0表示保留，1表示刪去)。 特征提取及其后處理 特征點(diǎn)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(xì)節(jié)點(diǎn)特征。特征提取的首要問(wèn)題是確定細(xì)節(jié)點(diǎn)和它的位置，細(xì)節(jié)點(diǎn)的位置和細(xì)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置很重要，盡管每個(gè)指紋中包括將近80個(gè)細(xì)節(jié)，只要確定十幾個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)就己經(jīng)足夠用來(lái)識(shí)別了。M是待檢測(cè)的點(diǎn)，是它的八鄰域，沿順時(shí)針?lè)较蚺帕小Ｈ绻鸐是端點(diǎn)，則它的八鄰域滿(mǎn)足：， （） 如果M是分叉點(diǎn)，則它的八鄰域滿(mǎn)足：， （）這樣我們就可以在細(xì)化后的圖像中找到細(xì)節(jié)點(diǎn)(端點(diǎn)和分叉點(diǎn))，并記錄它們?cè)趫D中的相對(duì)位置。 圖312 假特征針對(duì)上面這些假特征，我們采用了非常簡(jiǎn)單的方法：計(jì)算特征點(diǎn)間的距離，如果距離值小于所給的閥值，則認(rèn)為特征點(diǎn)為假特征點(diǎn)。這種方法中鄰域的選取很重要，如果取得比較小，則可能起不到去除假特征點(diǎn)的作用；如果取得比較大的話(huà)，則可能將真正的特征點(diǎn)也一并刪去。 細(xì)節(jié)點(diǎn)信息的提取及記錄對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)，我們記錄如下信息：1．細(xì)節(jié)點(diǎn)的x,y坐標(biāo)。3．細(xì)節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型，即脊線端點(diǎn)或脊線分叉點(diǎn)。細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線用該脊線上的采樣點(diǎn)來(lái)表示，采樣的距離約為脊線間的平均距離。采樣點(diǎn)用該點(diǎn)與對(duì)應(yīng)細(xì)節(jié)點(diǎn)的距離，和連接該點(diǎn)與對(duì)應(yīng)細(xì)節(jié)點(diǎn)的直線與對(duì)應(yīng)細(xì)節(jié)點(diǎn)方向的夾角來(lái)表示，的取值范圍在180到180度之間。在細(xì)節(jié)匹配中，對(duì)應(yīng)脊線將被用來(lái)對(duì)兩個(gè)平面點(diǎn)集進(jìn)行校準(zhǔn)，而且，校準(zhǔn)的參數(shù)，也就是兩個(gè)點(diǎn)集中任意一對(duì)脊線間的旋轉(zhuǎn)角度，將被用來(lái)作為判斷它們所對(duì)應(yīng)的細(xì)節(jié)點(diǎn)能否看作匹配的細(xì)節(jié)點(diǎn)的條件。細(xì)節(jié)點(diǎn)集的校準(zhǔn)：令 （）表示模板圖像中的M個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)， （）表示輸入圖像中的N個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)。由于事先不知道模板點(diǎn)集與輸入點(diǎn)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要考慮所有可能的參照點(diǎn)對(duì)。如果，和可以被當(dāng)作一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，即它們分別對(duì)應(yīng)的脊線相似性到了一定程度，則將取0度到360度間的一個(gè)值，否則，我們定義取值為400，以表示和不能是一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)。即，表示和對(duì)應(yīng)的脊線相似性到了一定程度。 第4章 指紋識(shí)別算法的MATLAB實(shí)現(xiàn) MATLAB簡(jiǎn)介 MATLAB 的概況 MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）之意。 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)，工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C、FORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。學(xué)科工具包是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的工具包，控制工具包、信號(hào)處理工具包、通信工具包等都屬于此類(lèi)。除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶(hù)通過(guò)對(duì)源程序的修改或加入自己編寫(xiě)程序構(gòu)造新的專(zhuān)用工具包。 EISPACK是特征值求解的FOETRAN 程序庫(kù)，LINPACK是解線性方程的程序庫(kù)。 到70年代后期，身為美國(guó)New Mexico大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主任的Cleve Moler在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時(shí)，想教學(xué)生使用EISPACK和LINPACK程序庫(kù)，但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用FORTRAN編寫(xiě)接口程序很費(fèi)時(shí)間，于是他開(kāi)始自己動(dòng)手，利用業(yè)余時(shí)間為學(xué)生編寫(xiě)EISPACK 和LINPACK的接口程序。在以后的數(shù)年里,MATLAB在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用,并作為面向大眾的免費(fèi)軟件廣為流傳。同年,他和Cleve Moler,Steve Bangert一起，用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了第二代專(zhuān)業(yè)版。1984年，Cleve Moler和John Little成立了Math Works公司，正式把MATLAB推向市場(chǎng)，并繼續(xù)進(jìn)行MATLAB的研究和開(kāi)發(fā)。一類(lèi)是數(shù)值計(jì)算型軟件，如 MATLAB,Xmath,Gauss 等，這類(lèi)軟件長(zhǎng)于數(shù)值計(jì)算，對(duì)處理大批數(shù)據(jù)效率高；另一類(lèi)是數(shù)學(xué)分析型軟件，Mathematical,Maple等,這類(lèi)軟件以符號(hào)計(jì)算見(jiàn)長(zhǎng),能給出解析解和任意精確解,其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時(shí)效率較低。經(jīng)過(guò)多年的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng),MATLAB以經(jīng)占據(jù)了數(shù)值軟件市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。這種軟件的缺點(diǎn)是使用面窄,接口簡(jiǎn)陋,程序結(jié)構(gòu)不開(kāi)放以及沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的基庫(kù),很難適應(yīng)各學(xué)科的最新發(fā)展,因而很難推廣。在 MATLAB 問(wèn)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。MATLAB ,其幫助信息采用超文本格式和PDF格式,在 Netscape IE ,Acrobat Reader中可以方便地瀏覽。在國(guó)外,MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén),MATLAB被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問(wèn)題?？梢哉f(shuō)，無(wú)論你從事工程方面的哪個(gè)學(xué)科，都能在MATLAB里找到合適的功能。MATLAB最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。MATLAB給用戶(hù)帶來(lái)的是最直觀、最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。MATLAB程序書(shū)寫(xiě)形式自由，利用起豐富的庫(kù)函數(shù)避開(kāi)繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作?？梢哉f(shuō)，用MATLAB進(jìn)行科技開(kāi)發(fā)是站在專(zhuān)家的肩膀上。例如，如果用戶(hù)想求解一個(gè)線性代數(shù)方程，就得編寫(xiě)一個(gè)程序塊讀入數(shù)據(jù)，然后再使用一種求解線性方程的算法（例