指紋識(shí)別系統(tǒng)論文.doc

指紋識(shí)別系統(tǒng)論文-I-指紋識(shí)別系統(tǒng)論文指紋識(shí)別系統(tǒng)論文-II-指紋識(shí)別算法研究摘要隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，人們對(duì)身份認(rèn)證的準(zhǔn)確性、安全性與實(shí)用性提出了更高的要求?；谏锾卣髯R(shí)別的智能身份認(rèn)證技術(shù)也逐漸受到廣泛的關(guān)注。在眾多的生物識(shí)別技術(shù)中，指紋識(shí)別技術(shù)是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種。指紋識(shí)別技術(shù)充分利用了指紋的普遍性、唯一性和永久性的生物特征，已逐步取代了傳統(tǒng)的基于標(biāo)志和數(shù)字的識(shí)別方式，目前在網(wǎng)絡(luò)、銀行、金融、醫(yī)療和安檢等行業(yè)均得到了廣泛應(yīng)用。本文對(duì)指紋識(shí)別系統(tǒng)的原理和基本過程進(jìn)行了分析研究，重點(diǎn)研究了指紋圖像預(yù)處理算法，并且進(jìn)行了驗(yàn)證。在指紋圖像預(yù)處理部分，論文對(duì)預(yù)處理的各個(gè)步驟包括規(guī)格化、圖像分割、中值濾波、二值化、細(xì)化等以及各個(gè)步驟的方法進(jìn)行了深入的分析和研究，選擇了一種圖像預(yù)處理方案。在指紋特征提取部分，采用基于Matlab實(shí)現(xiàn)的指紋細(xì)節(jié)特征提取方法，并給出了去偽算法。指紋特征提取是從細(xì)化后的指紋圖中得到細(xì)節(jié)特征點(diǎn)（即端點(diǎn)和分叉點(diǎn)），此特征點(diǎn)含有大量的偽特征，既耗時(shí)又影響匹配精度。采用了邊緣去偽和距離去偽，使得特征點(diǎn)去偽前后減小了近1/3，然后提取可靠特征點(diǎn)信息，以便實(shí)現(xiàn)指紋匹配。在指紋匹配部分，本文采用基于細(xì)節(jié)點(diǎn)的指紋匹配算法，并進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞指紋識(shí)別；預(yù)處理；特征提取；匹配指紋識(shí)別系統(tǒng)論文-III-FingerprintRecognitionAlgorithmAbstractWiththerapidProgressofcomputerscienceandnetworktechnique，Anaccurate，secureandpracticaltechno1ogyofPersonalidentificationbecomesmoreandmoreimportant.TechnologyofPersonalidentificationbasedonBiometricshasreceivedextensiveattention.TechnologyofFingerprintrecognitionistheearliestoneandisapp1iedwidelyinthealltechniquesofbiometricsrecognition,thenistakingfulladvantageoftheuniversality,uniquenessandpermanencyofthefingerprint,andgraduallyhastakenplaceoftraditionalidentificationmethodthatisbasedonsymbolandnumber.Nowadaysthetechnologyoffingerprintidentificationisfullyusedinnetwork,bank,finance,insuranceandsecurity.Thispaperresearchthebasicprinciplesandprocessofthefingerprintidentificationsystem，andfocusonthepre-processingalgorithmsoffingerprintimageandfinallyverify.Inthefingerprintimageprocessingsection,thesisonpreprocessingstepsincludingspecifications,imagesegmentation,medianfiltering,binarization,refinement,andsoon,andeachstepofthewaytoin-depthanalysisandresearch,isanimageprocessingprogram.Partofthefingerprintfeatureextraction,fingerprint-basedMatlabimplementationdetailsoffeatureextractionmethods,andgivestothepseudo-algorithm.Fingerprintfeatureextractionisrefinedtogetthedetailsoffingerprintfeaturepoints(theendpointandbifurcationpoints),thisfeaturepointscontainalargenumberoffalsefeatures,time-consumingandwillaffectthematchingaccuracy.Usedandthedistancetotheedgeofthefalseandcounterfeit,makesthefeaturepointstoreducethefalsefrontofnearly1/3,andthenextractareliablefeaturepointinformation,inordertoachievethefingerprintmatch.Partofthefingerprintmatch,thepaper-basedfingerprintminutiaematchingalgorithm,andconductresearch.KeywordsFingerprintrecognition；Pretreatment；Featureextraction；Matching指紋識(shí)別系統(tǒng)論文-IV-目錄摘要.IAbstract.II第1章緒論.61.1指紋識(shí)別技術(shù)的背景.61.2指紋識(shí)別研究的目的和意義.61.3指紋識(shí)別在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及分析.71.3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀.71.3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀.81.3.3研究現(xiàn)狀分析.81.4本文研究的主要內(nèi)容及工作安排.91.4.1研究的主要內(nèi)容.91.4.2工作安排.9第2章指紋識(shí)別的組成及原理分析.102.1指紋識(shí)別系統(tǒng)的組成.102.2指紋識(shí)別的基本原理.102.2.1指紋的基本特征.102.2.2全局特征.102.2.3局部特征.122.2.4指紋識(shí)別的一般算法.142.3本章小結(jié).15第3章指紋圖像預(yù)處理.163.1對(duì)指紋圖像進(jìn)行分割.163.2對(duì)指紋圖像進(jìn)行二值化處理.173.3對(duì)指紋圖像進(jìn)行細(xì)化處理.193.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果.223.5本章小結(jié).23第4章指紋圖像特征提取與匹配.244.1指紋圖像特征提取.244.1.1指紋圖像特征提取的方法.244.1.2特征點(diǎn)的提取.244.1.3指紋圖像特征的去偽.254.2指紋圖像的匹配.274.2.1指紋匹配算法綜述.274.2.2指紋匹配過程.284.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果.294.4本章小結(jié).31指紋識(shí)別系統(tǒng)論文-V-結(jié)論.32致謝.33參考文獻(xiàn).34附錄.35指紋識(shí)別系統(tǒng)論文-6-第1章緒論1.1指紋識(shí)別技術(shù)的背景指紋識(shí)別是依據(jù)人的手指尖表面的脊、谷線分布狀態(tài)來識(shí)別和驗(yàn)證人身份的方法。據(jù)考古學(xué)家證實(shí)，公元前7000年到6000年以前，指紋作為身份鑒別的工具已經(jīng)在古敘利亞和中國(guó)開始應(yīng)用。那時(shí)，一些粘土陶器上留有陶藝匠人的指紋。公元前2700多年前的周代，指紋被用于民間契約的簽署，即畫押，旨在保持契約的可信度。盡管指紋在我國(guó)應(yīng)用較早，但由于長(zhǎng)期缺乏專門的系統(tǒng)研究，未能上升到一門專門的學(xué)科。英國(guó)科學(xué)家Galton于1892年出版了指紋學(xué)和指紋分析法【1】，從此奠定了指紋科學(xué)研究的基礎(chǔ)。1899年，英國(guó)學(xué)者亨利將指紋的特征及識(shí)別原理加以分析歸納，科學(xué)地提出了人的指紋各不相同，并提出了基于指紋特征進(jìn)行識(shí)別的原理和方法，以后衍生出的各種識(shí)別方法都是基于該理論。到本世紀(jì)初，指紋學(xué)的研究基本成熟，這時(shí)的指紋鑒別，主要由指紋專家根據(jù)指紋知識(shí)憑經(jīng)驗(yàn)判斷。世界上許多國(guó)家都建立了指紋庫，僅美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局的指紋庫中就存有二億多張指紋卡。然而傳統(tǒng)的指紋識(shí)別方法面臨著從指紋庫中人工查找、對(duì)比指紋卡速度慢、效率低、對(duì)人員要求高等問題。從二十世紀(jì)六十年代開始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的指紋識(shí)別技術(shù)發(fā)生了重大變化。人們開始利用計(jì)算機(jī)來建立指紋識(shí)別系統(tǒng)。1.2指紋識(shí)別研究的目的和意義一直以來，傳統(tǒng)的驗(yàn)證個(gè)人身份的方法，都是驗(yàn)證那人是否持有某有效“物”或者某些“信息”，而不是驗(yàn)證到底是不是本人。只要“物”或“信息”的有效性得到確認(rèn)，那么這個(gè)人就可以進(jìn)行權(quán)利范圍內(nèi)的所有操作。但是這種方法沒有考慮到“物”的可偽造性(也就是不唯一性)和丟失的可能，也沒有考慮到“信息”的被盜或被破解，缺點(diǎn)顯而易見。面對(duì)這樣的問題，生物識(shí)別技術(shù)的優(yōu)越性就顯示出來了，目前已經(jīng)成為安全技術(shù)研究的熱點(diǎn)。要把生物特征用于身份識(shí)別，它就必須符合一定的要求：廣泛性：每個(gè)人都應(yīng)具有這方面的人體特征；唯一性：每個(gè)人具有的這方面的人體特征各不相同；穩(wěn)定性：選擇的這些人體特征不會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)生改變；可采集性：選擇的這些特征要便于提取、測(cè)量?；谝陨咸卣?，人們發(fā)展了語音識(shí)別、面部識(shí)別、虹膜識(shí)別、簽名識(shí)別、指紋識(shí)別等多種生物識(shí)別技術(shù)。而指紋的獨(dú)特性、持久性和防衛(wèi)性能都比較高，是眾多生物特征中綜合性能最高的，成為了生物識(shí)別技術(shù)的首選。同時(shí)，指紋識(shí)別也是目前應(yīng)用的最為廣泛的生物識(shí)別技術(shù)。指紋識(shí)別就是用每個(gè)人獨(dú)特的指紋特征構(gòu)成口令，提高系統(tǒng)的安全性。隨著科技的進(jìn)步，個(gè)人電腦和光學(xué)掃描儀兩項(xiàng)技術(shù)不斷革新，指紋識(shí)別技術(shù)不斷發(fā)展，為指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用指紋識(shí)別系統(tǒng)論文-7-提供了更廣闊的空間?，F(xiàn)在利用指紋來完成身份驗(yàn)證和識(shí)別任務(wù)的系統(tǒng)己經(jīng)大規(guī)模使用。比如：政府機(jī)要部門、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、軍事要地、高級(jí)住宅等重要入口的身份驗(yàn)證，關(guān)鍵設(shè)備的啟動(dòng)控制，銀行金庫、金融系統(tǒng)等，公司、學(xué)校等單位的考勤，甚至部分家庭已經(jīng)使用指紋鎖。這種安全、方便、高效的身份鑒別方法會(huì)帶給人們意想不到的便利：暢想一下，不需要再一記憶繁瑣的密碼、回家不需要帶鑰匙等等，那將是一種怎樣的情景呢？指紋識(shí)別技術(shù)的廣泛應(yīng)用必將開創(chuàng)個(gè)人身份鑒別的新時(shí)代。1.3指紋識(shí)別在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及分析1.3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀人類將指紋作為身份識(shí)別的依據(jù)和驗(yàn)證身份的方法已有悠久的歷史。早在公元前70006000年以前，在敘利亞和中國(guó)，指紋作為身份鑒別的工具已經(jīng)開始應(yīng)用。中國(guó)古代就出現(xiàn)了在文契上的“按指為書”畫押。在歐洲，1788年Mayer首次著文指出指紋的兩個(gè)重要特性：唯一性和穩(wěn)定性；現(xiàn)代的指紋匹配技術(shù)主要是16世紀(jì)后期產(chǎn)生。1872年FrancisGalton提出了分叉點(diǎn)和端點(diǎn)開發(fā)人個(gè)指紋識(shí)別模式，基于這兩種特征的指紋識(shí)別模式至今都在使用。并且這兩種細(xì)節(jié)特征可以為每一枚指紋構(gòu)建唯一的信息。HenryFaulds在1880年，第一次科學(xué)的提出了指紋的兩個(gè)重要特征：一是任何兩個(gè)不同手指的指紋脊線的式樣（ridgepattern）不同，二是指紋脊線的式樣在人的一生中不會(huì)改變。這一發(fā)現(xiàn)奠定了現(xiàn)代指紋識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)，也使得指紋識(shí)別在罪犯鑒定中得到應(yīng)用。FrancisGalton對(duì)指紋進(jìn)行深入研究，并于1888年引入了特征點(diǎn)的分類技術(shù)。1899年，EdwardHenry學(xué)習(xí)了Galton的指紋科學(xué)，建立了著名的“HenrySystem”用于指紋分類。使用精準(zhǔn)的指紋索引給專家指紋識(shí)別帶來極大的便利。早在20世紀(jì)初期，司法部門己經(jīng)正式采用指紋作為有效的身份標(biāo)記，一些指紋識(shí)別機(jī)構(gòu)建立了世界范圍的罪犯指紋檔案庫。1923年P(guān)urkinje首次對(duì)指紋進(jìn)行了分類；19世紀(jì)晚期，F(xiàn).Glton開展了關(guān)于指紋的廣泛研究，并引入了指紋中的細(xì)節(jié)特征作為指紋識(shí)別的依據(jù)。這些研究成果和方法為現(xiàn)代指紋識(shí)別技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，至今，一些方法仍被廣泛使用。1960年，美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局、英國(guó)內(nèi)務(wù)部（HomeoffieeintheUK）和法國(guó)巴黎警察局聯(lián)合開始投巨資研發(fā)指紋識(shí)別系統(tǒng)，并于1975年成功推出了第一個(gè)商業(yè)化系統(tǒng)，隨后，各國(guó)研究機(jī)構(gòu)和許多大