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指纹识别系统(文献综述).doc
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1、(完整版)指纹识别系统(文献综述)曲阜师范大学 杏坛学院 指纹识别技术综述课题名称 指纹识别技术 专业班级 通信工程310班 学 号 201112302022 姓 名 张喆 指导老师 周崇波 目录1。1 课题背景41。2 目的和意义51。3 理论基础61。4 指纹识别技术的具体表现61。4。1 在涉及国家刑事领域的应用61.4.2 在经济生活方面61。4。3 在公共事务管理方面72.1 本课题目标72.2 功能需求72.3性能需求82。4 开发工具的选择82.5 系统设计原则8指纹识别系统总体设计92.6系统总体设计92.6。1指纹图像的获取92.6.2 指纹图像预处理102。6.3 特征的提
2、取112.6.4模板匹配112。6。5 本章小结11指纹图像预处理之一122.7。1 引言122。7。2 系统算法描述122.7。3 归一化132.7。4 产生方向图132。7。5 图像增强算法162.7。6 图像分割182.7.7 二值化232。7。8细化算法242.7.9指纹的匹配252.8 本章小结25第三章 实验结果与分析273.1 评估标准273.2 实验结果273.2。1 图像分割算法结果比较283。2.2图像增强算法结果比较293.3 本章小结29第四章 结 论30致 谢30参考文献31摘要: 指纹具有唯一性和不变性,指纹识别技术具有很高的可行性和实用性,指纹识别成为目前最流行,
3、最可靠的个人身份认证技术之一.自动指纹识别系统,在很多领域也得到了广泛的应用,例如身份证,电子商务,自动银行等。指纹图像预处理是指纹识别的前提,它的好坏直接影响到指纹识别的成败,但由于指纹图像降质带来的困难,并根据指纹图像的特征提出了合理的假设,再根据假设提出了增强指纹图像对比度的算法,提取指纹有效区域的算法,根据方向信息分割图像的算法以及去除图像中气泡噪声的算法,这些算法处理效果好,能有效地解决指纹图像的预处理问题。 本文简要介绍了指纹识别的基本步骤,分别是指纹图像预处理,指纹特征提取,指纹匹配.在图像预处理中依次介绍了规格化处理,图像增强,二值化处理和细化处理的方法,预处理后将得到一副宽度
4、为一个像素的细化二值图像,然后通过待定的端点和交叉点的特征进行指纹匹配。实验表明,这种方法效果良好。关键字:指纹识别;图像处理;图像分割;图像增强;二值化;细化;特征点提取;指纹匹配ABSTRACTDue to the uniqueness and invariability of fingerprints, and better feasibility and utility of fingerprint verification technology, the automated identification based on fingerprint verification system
5、 is applied in a wild range application domains such as national ID card, electronic commerce, and automated banking。 Fingerprint image preprocessing is a prerequisite of fingerprint recognition, it will have a direct impact on the success of fingerprint recognition, fingerprint image degradation be
6、cause of the difficulties caused by the characteristics of fingerprint images based on reasonable assumptions made, and made under the assumption that contrast enhancement algorithm for the image segmentation algorithm and the information to remove noise in the image bubble algorithms deal with the
7、effect。 It can effectively solve the problem of fingerprint image preprocessing.This paper briefly introduces the basic steps of fingerprint identification, respectively is fingerprint image preprocessing fingerprint feature extraction fingerprint matching. In the image preprocessing, in turn introd
8、uced the standard processes of binary image enhancement processing and refining processing method。 After pretreatment will get a picture of a pixel width is refined binary image, and then through the particular endpoint and crossing the characteristics of the fingerprint matching。 The experiment res
9、ults show that the method effect is good。0 引言自动指纹识别是上世纪六十年代兴起的,利用计算机取代人工来进行指纹识别的一种方法。近年来,随着计算机技术的飞速发展,低价位指纹采集仪的出现以及高可靠算法的实现,更使得自动指纹识别技术越来越多地进入到人们的生活和工作中,自动指纹识别系统的研究和开发正在成为国内外学术界和商业界的热点.相对于其他生物特征鉴别技术例如语音识别及虹膜识别,指纹识别具有许多独到的优点,更重要的是它具有很高的实用性和可行性,已经被认为是一种理想的身份认证技术,有着十分广泛的应用前景,是将来生物特征识别技术的主流。第一章 绪论1.1 课题
10、背景人体生物特征鉴别技术是一项快速发展生命力旺盛的新兴技术,经过若干年的发展与推广已经被广泛应用在犯罪证据的提取和监狱安全等方面,而且它在极其广泛的日常生活领域也具有巨大的潜力,主要体现在如下几个方面:1国防安全,现金提取、电子货币传输、ATM安全、信用卡验证.2人员出入控制,如重要机关、单位、场所的人员出入控制.3海关出入境管理.4国家ID系统,为每个人建立唯一的个人标识,以用于政府部门的管理。5私有设备的使用控制,如移动电话、个人计算机以及汽车等需要钥匙的设备。6其它可以取代钥匙的场合。在人体生物特征鉴别技术的迅速发展中,产生了指纹自动识别技术,其实人们使用指纹进行个人身份鉴定已经有很长的
11、历史。早在公元650年,唐代作家贾公秀在其作品中就着重提到了指纹是确认个人身份的方法 .我国将指纹应用于民间契约及断案有悠久的历史,但是由于缺乏专门性研究,未能将指纹识别技术上升为一门科学。现代指纹识别起源于16世纪后期。苏格兰医生Henry Fauld于1880年10月28日首次在英国Nature上发表论文,指出人的指纹各不相同,恒久不变,并利用现场指纹来鉴定罪犯。接着,William Hersche也在Nature上发表了他本人关于指纹的20多年来的研究成果,从此揭开了现代指纹识别的序幕。1892年,英国Sir Francis Galton对指纹进行了系统地研究,并提出了指纹细节特征分类,
12、将指纹分为斗、箕、弧三大类,使指纹识别应用进入了一个崭新的时期。1899年,英国Edward。Henry建立了著名的henry指纹分类系统并于1901年被英国政府正式采用,随后西方各国亦相继采用,指纹识别的应用正式走上了科学化道路。随着电子计算机的出现,采集技术的发展以及对指纹识别的研究,人们逐渐将人工的指纹识别向指纹自动识别转变. 在这个电子互联程度越来越高的信息化社会里,能够对人体进行精确的鉴别变得越来越重要.在此之前传统的人体鉴别方法或是利用人们只有自己知道的东西,例如个人的密码,id标识等或是利用用户自己拥有的物品,如身份证、钥匙、解码口令等。尽管如此这些方法都不能满足电子事务中对高安
13、全运行的需求.其共同的弱点是,不能有效及时的区分合法用户,和通过非正常手段已经获得了这些东西的非法使用者.人体生理行为特征身份验证正是基于人体的生理上的特征(如视网膜)或行为习惯的特征(如签名)来验证用户身份的,由于这些都是人体所固有的特征,因此这些方法具有有效区分假冒者的能力.因此作为人体生理行为特征鉴别技术的分支,指纹鉴别技术越来越受到社会许多领域的欢迎.与其它生理特征相比,指纹具有更加准确、更加方便等特点,因此是今后应用的主流。虽然目前已经有大量的自动指纹识别系统投入使用,但还是难以满足社会对该类系统的需求。尽管对自动指纹识别技术的研究已经进行了很多年,自动指纹识别技术的设计也已经取得了
14、令人可喜的进步,但诸如阻碍性能的瓶颈等问题却依然存在,识别的准确率程度不能满足在大量用户的使用下保持较高精度和速度,并且其应用的领域还很有限,大多数系统还只是针对某一特定具体领域开发的,但当转向新的领域时却不能继续保持在上一领域高的准确率和稳定性。因此能够开发出具有更高精度和更广泛应用领域的自动指纹识别系统具有极其重要的现实意义和价值。1.2 目的和意义因为指纹具有唯一性、终生不变性、难于伪造性等优良优点,所以将指纹作为法庭证据已经有非常悠久的历史。自从基于计算机系统的自动指纹鉴别技术诞生以来,指纹鉴别技术在过去的二三十年中已经取得了很大进展。作为人体生物特征识别技术中的分支,指纹鉴别技术已经
15、发展很成熟,应用很广泛,具有很大的规模.指纹鉴别技术已应用到门禁、海关、银行保险、国防等领域。但是指纹识别技术仍是国内外科研人员研究的热点之一。这是因为一方面,出于知识产权保护和商业利益的原因,指纹识别的核心技术只被少数企业和技术机构所拥有;另一方面,人们日益增长的物质文化需求对指纹识别系统的性能提出了更高的要求。再者,现有的指纹鉴别算法也还仍然存在一些问题,例如在非理想采集条件下对指纹的鉴别效果不佳,指纹鉴别的若干处理步骤时间复杂度过高等弊端。所以本文将对在非理想采集条件下,及低时间复杂度条件下,对指纹鉴别的若干关键问题进行研究与学习。将有助于提高和改进现有的指纹鉴别技术,从而使其应用到更加
16、广泛的领域。对指纹自动识别技术的研究既有很强的理论价值,也有很高的实用价值和现实意义。1.3 理论基础人体生物特征鉴别,是指通过计算机系统对人体的生理或行为特征的识别,来验证用户个人身份的技术。对其应用,虽曾有争议但最终还是被广泛接受。理论上讲,满足以下要求的生理或行为特征可以用来进行身份验证:普遍性:是指每个人都必须具有的特征。唯一性:任何两个人在该特征上的表现异同.永久性:个人的该项特征不随时间的变化而变化。可采性:该项特征可以方便、定量地进行测量.除此之外在实际应用中,还应考虑以下因素:环境苛刻性:环境对精确的影响程度和环境要求。可接受性:用户能接受的程度.安全性:防止伪造者的能力。基于
17、以上理论要求便可设计出依托于计算机系统的指纹识别系统。1.4 指纹识别技术的具体表现1.4.1 在涉及国家刑事领域的应用1.在枪支的管理方面。我们通过指纹采集器把枪支持有者的信息输入系统, 那么枪支将会因此而具有人身识别的唯一性, 而对枪支的管理也会因此显得轻松而且有效果。2.在侦查破案方面.刑侦领域的主要对象是犯罪嫌疑人和身份不明者,目的是从公众指纹库、犯罪指纹库或现场指纹库中查找有无此人,从而判断此人是否是罪犯。1.4.2 在经济生活方面1.在银行安防领域的应用。银行的安全防范历来是重中之重, 指纹识别信息系统在银行的安全防范领域中也逐步得到运用。2。在社会保障领域的应用.指纹自动识别技术
18、在此领域的具体应用方式就是将离退休人员指纹识别信息系统建立起来, 将指纹的唯一性和不变性作为身份认证识别的基础, 通过计算机技术确定人的身份。3。在电子商务领域的应用。调查显示,消费者在网上购物的总额逐年递增.但相应的, 其中潜在的不安全性也越来越明显, 通过身份证号码和密码来取代传统的直接接触是显而易见地过时了。指纹自动识别技术则带来了曙光.在现有的系统崩溃之前, 随着原有的系统一个一个地失败, 指纹识别技术逐渐成为一种公认的身份认证的好手段。1.4.3 在公共事务管理方面1.在人口综合信息管理方面的应用。第一、 对身份证、驾驶证和准考证等证件的管理。将指纹识别技术应用于对这些证件的管理之中
19、可以有效地防止伪造, 打击犯罪, 极大地减少人们的损失.第二、 对人事考勤的管理。指纹考勤系统是指纹识别技术在人事考勤中的一项成功应用, 与传统的打卡机相比, 它彻底改变了以往认卡不认人而出现的虚假考勤, 以及还需不断购买考勤卡等诸多缺陷.2.在行政业务处理方面的应用。第一、 出入境管理方面。如果我们在各出入境人员的有关证件上通过指纹采集器输入每人的十指指纹信息, 那么就可以有效地遏制伪造护照或走私等违法犯罪活动。第二、重要会议的安全保卫方面。由于指纹的难以伪造性, 这必然使得其具有极高的保密性。第三、在门禁通道管理方面的应用.1。5本文的主要研究内容本次设计主要为了学习图像处理的相关知识,弄
20、懂指纹格式,读取各像素点的颜色信息,将图像转换成灰度图像,根据指纹图像各个部分灰度的不同,将指纹图像二值化,细化二值化后的指纹图像,提取纹线的骨架.对指纹图像进行修补,弥补纹线断裂,指头皮肤受伤等缺陷.寻找指纹的特征点,确定特征点位置和方向,对此,本文将通过MATLAB平台进行对指纹图像的预处理,并得到对指纹特征值提取的图片。第二章需求分析2。1 本课题目标实现指纹图像的图像分割、求方向图、图像增强、二值化等预处理算法功能。2。2 功能需求指纹识别系统是一个典型的模式识别系统,包括指纹图像获取、预处理、特征提取和比对等模块。指纹图像获取:通过专门的指纹采集仪可以采集活体指纹图像。本文主要负责指
21、纹图像的预处理功能的实现:1归一化: 归一化处理将使所有的指纹图像的灰度分布在一个合理的、统一的灰度区域上,从而有利于简化模糊域中的操作过程。2图像分割:所谓图像分割是指根据灰度、彩色、空间纹理、几何形状等特征把图像划分成若干个互不相交的区域,使得这些特征在同一区域内,表现出一致性或相似性,而在不同区域间表现出明显的不同。简单的讲,就是在一幅图像中,把目标从背景中分离出来,以便于进一步处理。3。计算方向图:由于在局部区域内指纹是亮暗相间的近似平行的结构,因此,在指纹的每个局部区域有确定的方向。全体局部方向就构成了指纹的方向图。产生方向图是指纹识别系统的一个重要的步骤, 方向图质量的好坏直接关系
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