12届 分 生活中常见的数据库应用类 号:
单位代码:10452
临沂大学理学院
毕业论文
指纹识别过程的探究
姓 名 刘冉
学 号 200807690230
年 级 2008
专 业 电子信息工程
系 （院） 理学院
指导教师 樊三强
2012年03月15日
摘 要
本文的主要工作是对指纹识别系统的基本流程进行了简单总结.首先概述了指纹识别的研究意义及现状,并对指纹识别的技术特点和基本原理进行了论述.其次把指纹识别过程的四个模块分成四节进行介绍,模块一主要讲的是指纹采集设备的分类并对其进行了对比,模块二是把图像预处理的详细过程分小节进行了论述,这一步也是指纹识别过程中关键的一步,因为指纹图像处理的好坏关系到最后的匹配,模块三介绍了指纹的特征以及提取的步骤,模块四主要介绍了特征匹配的方法.最后对指纹识别技术进行了简单的总结.
关键词：身份识别；指纹识别；图像处理；特征匹配
ABSTRACT
The paper briefly summarizes the basic process of fingerprint identification system.First,there is an overview of theresearch significance and the current situation of fingerprint recognition, then the technological characteristics of fingerprint identifications and its basic principle is discussed. Second, four sections is used to introduce the four modules of the fingerprint identification: Module one is mainly about the classifications fingerprint collecting device and the contrasts between them. Module two we discuss the image preprocessing in details, this step is a significant one in the process of fingerprint identification ,as the stand or fall of the fingerprint image processing is crucial to the last match.Module three introduce the characteristics of fingerprint and the steps to extract.Module four is mainly introduced the methods of feature matching.And there is a summarization of the fingerprint recognition technology at the end of the paper.
Key words: Identification, fingerprint identification. Image processing, feature matching
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目 录
1引 言 1
2 指纹识别 2
2.1研究的背景及意义 2
2.2指纹识别技术发展现状 2
2.3指纹识别的基本原理 3
3 指纹图像的获取 4
3.1光学取像设备 4
3.2晶体传感器 4
3.3超声波扫描 5
4 指纹图像的预处理 5
4.1图像分割 6
4.2图像平滑 6
4.3图像锐化 6
4.4二值化处理 7
4.5图像修饰 7
4.6细化处理 8
5 指纹图像的特征提取 8
5.1指纹的基本特征 8
5.2特征提取 11
6 指纹图像匹配 12
6.1两级比对方法 12
6.2点模式匹配方法 13
7 总结 13
参考文献 14
致 谢 15
1引 言
指纹是指人类手指上出现的条状纹路,这些纹路的存在增加了皮肤表面的摩擦力,使得我们能够用手来抓起重物.同时人们也很早就意识到,指纹具有唯一性和稳定性,世上没有两个完全相同的指纹,而且人的指纹终生不变.据此,可以把一个人同他的指纹对应起来,通过对他的指纹和预先保存的指纹进行比较,就可以验证他的真实身份,这样依靠指纹进行身份验证的技术称为指纹识别.指纹识别的历史可以追溯到公元前7000年到6000年以前,在古叙利亚和中国,指纹作
为身份鉴别己经开始应用.考古发现,在这个时代,一些粘土陶器上留有陶艺匠人的指纹,中国的一些文件上印有起草者的大拇指指纹.19世纪初,科学研究发现了至今仍然承认的指纹的两个重要特征,一是两个不同手指的指纹纹脊的样式不同,另外一个是指纹纹脊的式样终生不变.这个研究成果使得指纹在刑事侦察中得以正式应用.20世纪60年代,由于计算机可以有效的处理图形图像,人们开始着手研究利用计算机来处理指纹.从那时起,自动指纹识别系统的研究和应用在许多国家展开.20世纪80年代,个人电脑和光学扫描这两项技术的革新与发展,使得它们作为指纹取像的工具成为现实,从而使指纹识别可以在其他领域中得以应用,比如代替钥匙、证件等传统身份识别.90年代后期,随着低价位取像设备的引入及其飞速发展,以及可靠地比对算法的研究发展,个人身份识别应用技术取得了长足发展.
推动指纹识别技术快速发展的另一动力来自于各个领域对身份识别日益增长的需求,尤其是网络信息、安全领域对身份识别的需求.网络信息化时代的一大特就是身份的数字化和隐性化,如何准确鉴定一个人的身份,保护信息安全是当今信息化时代必须解决的一个关键社会问题.现行的许多计算机系统中,包括许多非常机密的系统,都是使用“用户ID+密码”的方法来进行用户的身份认证和访问控制的.实际上,这种方案隐含着一些问题,例如,密码容易被忘记,也容易被人窃取.由于人体的指纹等身体特征具有不可复制的特点,人们把目光转向了指纹识别等生
物识别技术,希望可以借此技术来应付现行系统安全所面临的挑战.研究表明,每个人的指纹、面像、虹膜等特征都与他人不同且终生不变,因此就可以据此识别出人的真实身份.基于这些特征,人们发展了指纹识别、面像识别、虹膜识别等多种生物识别技术,其中的指纹识别技术已经达到实用化、商品化的程度.所谓的生物特征识别是指通过计算机利用人体所固有的生理特征或行为特征来进行个人身份鉴定的识别技术.生物特征与生俱来,多为先天的,主要的生理特征有指纹、虹膜和DNA等特征.行为特征则是习惯使然,多为后天的,包括笔迹、足迹和步态等特征.生物特征识别与传统的身份鉴定手段相比,具有不易遗忘或丢失、防伪性能好和随身携带,随时随地可用的优点. 因此指纹识别技术是主要的生物识别技术之一.
2 指纹识别
2.1研究的背景及意义
科学技术的迅猛发展为人类的生产生活带来了极大的便利,大大地推动了现在社会的进步和发展.在网络化时代的今天,我们每个人都拥有大量的认证密码,比如开机密码、邮箱密码、银行密码、论坛登录密码等等：并配备了各种钥匙,如门锁钥匙、汽车钥匙,保险柜钥匙等.这些都是传统的安全系统所采用的方式,但是这种传统的安全系统存在易遗忘、易丢失、易盗用等不
方便和不安全因素,在现实生活中经常需要对人的身份进行识别,例如登飞机时需要识别登机者的身份,在银行取钱时需要核实取钱者是否是指定账户的合法拥有者等等,但是这些方式存在易遗忘、易丢失、被破译或者是仿制等缺点,因此迫切需要一种准确、方便、安全的识别技术来代替现有的身份识别.指纹特征是人终生不变的特征之一,其具有作为密码信息必须具备的三个重要性质；广泛性、唯一性、终生不变性.因此,指纹识别技术,作为一种可靠的生物识别技术[1],受到了人们的重视.尽管人们已经对自动指纹识别技术作了深入广泛的研究,指纹识别技术也获得了不少应用,但是指纹识别的应用在目前还并没有获得普及,这主要是因为指纹识别在识别准确性和识别速度方面还远远不能满足很多实际应用的要求.相对于其它生物识别认证技术而言,自动指纹识别是一种更为理想的身份确认技术,因为指纹相对于其它几种生物特征具有以下一些独特的性质：
(1)互异性；世界上两个指纹完全相同的概率小于10-9,几乎为零.
(2)不变性；人的指纹特征不随年龄的增长和胖瘦或其他情况的改变而改变.
(3)具有和主体永不分离性；这样对主体身份的识别更具真实性.
(4)指纹的使用比起其它证卡来说更快捷、安全准确、无干扰,可实现快速登录注册.
(5)一个人的十指指纹皆不相同,这样可以方便地利用多个指纹构成多重口令提高系统的安全性.
(6)指纹识别中使用的模板并非最初的指纹图,而是由指纹图中提取的关键特征,这样使系统对模板库的存储量较小.另外,对输入的指纹图提取关键特征后,可以大大减少网络传输的负担,便于实现异地确认,支持计算机的网络功能.
2.2指纹识别技术发展现状
指纹识别算法的研究方向主要分为：基于图像的识别算法和基于特征的识别算法.
基于图像的识别算法认为指纹图像的频域和空域信息可以用来唯一表示并识别不同的指纹[2].它是一种使用全局信息进行识别的方法,例如使用指纹图像的Fourier频谱来表示和识别指纹.这类算法的问题在于图像特征难以定义和匹配,因此算法的拒识率和误识率较高.
基于特征的指纹识别算法是到并比对指纹的特征[3].指纹特征的复杂度足以提供用于鉴别的
足够特征.目前大多数的自动指纹识别系统使用的都是这类算法.指纹特征多种多样,有特征点、奇异点、域方向图、脊线数目,甚至脊线线型等.对应的匹配方法可以分为：基于点模式的匹配,基于脊线的匹配,基于纹理的匹配以及多种细节特征混合的匹配方法.
大多数基于特征的识别算法专注于脊线上的末梢点和分叉点,该方法根据各个特征点的位置和方向来表示和区分指纹,从而使指纹识别问题转化为判断两个特征点集间的最大相似度(最大重合度)的问题.提取该细节特征有多种方法：基于灰度指纹图像直接提取,基于二值图像的特征提取,基于细化图像的特征提取.
目前许多公司和研究组在指纹识别技术领域中都取得了突破性的进展,推出许多指纹识别与传统IT技术完美结合的应用产品,这些产品已经被越来越多的用户所认可.中科院自动化所智能生物信息系统研究组和北京数字指通软件技术有限公司对自动指纹识别技术进行了长期的理论研究和应用系统开发,指纹图像的识别准确率和识别速度已达到国际先进水平.另外,一些公司和机构结合社会应用的实际需求,开发了各种类型的具有独立知识产权的嵌入式指纹识别模块、指纹应用系统软件等,用户反映良好.指纹识别技术多用于对安全性要求比较高的领域,而在商务移动办公领域颇具建树的富士通、三星及lBM等国际知名品牌都拥有技术与应用较为
成熟的指纹识别系统[4].与国外相比,我国在自动指纹识别技术的研究水平上还存在一定的差距.主要表现在：
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