指纹识别的软件系统设计.docx
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指纹识别的软件系统设计
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中南民族大学
毕业论文(设计)
学院:
生物医学工程学院
专业:
生物医学工程年级:
2007
题目:
指纹识别的软件系统设计
指导教师姓名:
喻胜辉职称:
2011年4月10日
中南民族大学本科毕业论文(设计)原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
2011年4月10日
注:
本页放在学位论文封面后,目录前面
摘要4
ABSTRACT4
绪论6
1.1.背景介绍6
1.2.指纹识别中的基本概念6
1.3.指纹识别技术的特点7
1.4.本文主要研究内容7
1.4.1.指纹采集8
1.4.2.指纹图像预处理8
1.4.3.特征提取9
1.4.4.指纹匹配9
指纹图像的预处理11
2.1.图像场及其计算11
2.1.1.梯度场11
2.1.2.方向场11
2.2.图像分割、均衡、平滑12
2.2.1.计算梯度场分割指纹图像12
2.2.2.指纹图像灰度的均衡化12
2.2.3.指纹图像平滑噪声13
2.3.图像智能增强14
2.4.图像骨架细化提取15
2.4.1图像智能二值化领域分析法15
2.4.2图像噪声的去除15
2.4.3图像细化15
指纹图像特征提取17
3.1.指纹特征的提取17
3.1.1端点的提取17
3.1.2叉点的提取17
3.1.3中心点、三角点的提取17
3.2.去除伪指纹特征点18
指纹的匹配20
4.1.指纹图像的配准20
4.1.1指纹“配准”特征点(场法)20
4.1.2指纹图像的“柔性”配准(特殊点法)20
4.2.指纹图像的匹配21
4.2.1相似度21
4.2.2指纹图像匹配的模型和界限盒(可变)模型21
4.3.指纹比对的算法(复向量法)21
4.3.1复向量法定义21
4.3.2利用复数法解决两个几何拓扑结构相似的原理22
总结与展望23
5.1.总结23
5.2.展望23
致谢24
参考文献24
指纹识别的软件系统设计
摘要
近年来,生物识别技术得到广泛的关注,被认为是自动身份识别的最终技术。
其中自动指纹识别技术是目前最成熟的生物识别技术,具有广阔的发展前景。
指纹唯一性和稳定性被人们用来当作鉴别个人身份的主要依据。
自动指纹识别系统是基于计算机来进行指纹识别的技术,可以方便、高效、安全、可靠地应用在金融安全、数据加密、电子商务等各个领域,并将在我们的生产和生活中发挥越来越重要的作用。
本文的内容描述了自动指纹识别系统的设计和工作过程,按照设计过程,该系统主要包括三个大部分:
指纹图像的预处理、特征提取以及模式匹配。
在预处理方面,通过对URU4500采集仪得到的指纹图像的分析,在分割时采用一种不需要考虑指纹的方向及脊线频率等因素,且求取指纹的方向图和频率场之前进行分割:
在方向图和脊线频率的基础上,实现了一种基于脊线方向分析的方法对指纹图象进行二值化;实现了一种利用数学形态学的细化算法,构成了一个完整的指纹图像预处理过程。
对于细化后的二值图像,我们在后处理中对伪特征进行了剔除,减少了特征提取和匹配的复杂度。
在指纹图像的特征提取和指纹匹配方面,本文以向量表示每个指纹特征点的信息,以向量组构成整个指纹的信息;为了提高指纹旋转后的识别率,本文还对指纹的特征提取和匹配算法做了改进。
本文在PC机上用vc++实现了整个自动指纹识别系统的算法,并且,该系统的所有算法都通过了硬件调试。
试验结果显示,本文采用或改进的指纹处理算法很好的完成了各自的功能,达到了设计的要求;整机联试显示,该系统达到了规定的指标要求。
关键词:
自动指纹识别系统,预处理,特征提取,匹配。
ABSTRACT
Recently,theBiometrictechnologyhasbeenuniversallynoticed,anditisconsideredthatthistechnologyhasagreatfuture.Now,FingerprintIdentificationisthemostdevelopedBiometrictechnologyextensivelyusedinmanyfields,,whichhasabrightfutLlre.
Duetotheiruniquenessandpersistence,fingerprintsareusedasmainbasisofpersonalidentity.Automatedfingerprintidentificationsystem,technologyoffingerprintidentificationusingcomputer,isofconvenience,highefficiency,securityandreliability,Ithasbeenappliedinmanyfieldssuchasfinancialsecurity,dataencryption,electronicalbusinessandwillplayamoreandmoreimportantr01einour1ife.
Thispaperisaboutthestudyanddesignofautomatedfingerprintidentificationsystem.Accordingtotheprocessofthedesign,thepapercanbedevidedintothreecomponents:
pre—processing,featureextraction,matchingoffingerprintimages.
Intheaspectofpreprocessing,aneasysegmentationmethodisimplementedthroughtheanalysisoffingerprintimagesfromURU4500andthehistogramoftheimages.Wealsoimproveonthebinarizationmethodoffmgerprintimagesbasedonthe2ndderivativebytheorientationandridgefrequencyoftheimages,Andthenanewthinningalgorithmisimplementedzone.Whichthewholeon16-pixels-neighborscomposepreprocessingalgorithm.
Thefalseminutiaeareeliminatedforthethinnedimageinpost-processing,
whichrducetheinminutiaeextractionandresponse-timerequirementmatching.
Inthealgorithmofminutiaeextraction,avectorisfortheinformationofaminutia,andtheminutiaeofafingerprintimagearecomposedofvectors.Toimprovethematchingrateoftherotateimages,weimproveonthealgorithmofminutiaeextractionandfingerprintmatching.
C++BuilderimplementsallalgorithmsofAFISonPC.Experimentsresultsshowthatailalgorithmsperformwell.ThewholesystemistestedonthehardwareofDSP,too,whichdemonstratesthatoursystemmeetsthegivenrequirementandworkswell.
Keywords:
AutomaticFingerprintIdentificationSystem,preprocessing,minutiaeextraction,fingerprintmatching.
第一章绪论
1.1.背景介绍
19世纪仞,科学家研究发现了至今仍然承认的两个重要特征,一是两个不同手指的指纹脊线样式不同,另外一个是指纹纹脊的样式终身不变,即指纹的唯一性和不变性。
这两个研究成果使得指纹在犯罪事件的鉴别中得以诈式应用,例如1986年阿根廷首次应用指纹别技术,然后苏格兰存1901年被应用,20世纪初其他囡家也相继将此技术应用到犯罪事实的鉴别中【1】。
20世纪60年代,由于计算机可以有效的处理图像,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AFIS在法律实施方面的研究和应用,相继在世界许多国家展开。
1.2.指纹识别中的基本概念
指纹图像是比较复杂的,它有着许多不同于其他图像的特征。
与人工处理不同,现代的生物识别技术并不直接存储指纹的图像(一是考虑到隐私权,二是由于存储空问),而是记录从指纹原图像中提取到的特征,基于特征的指纹识别算法最终归结为在指纹图像上找到特征并进行比对。
我们定义了指纹的两类特征来进行指纹的验证:
总体特征和细节特征。
◆总体特征
总体特征是指那些用肉眼直接就可以观察到的特征,包括:
纹形:
环型,拱型,螺旋型。
其他的指纹图案都基于这三种基本图案。
仅仅依靠图案类型来分辨指纹是远远不够的,这只是一个粗略的分类,但通过分类使得在大数据库中搜寻指纹更为方便。
模式区:
模式区是指指纹上包括了总体特征的区域,即从模式区就能够分辨出指纹是属于那一种类型的。
有的指纹识别算法只使用模式区的数据。
。
核心点:
核心点位于指纹纹路的渐进中心,它在读取指纹和比对指纹时作为参考点。
许多算法是基于核心点的,即只能处理和识别具有核心点的指纹。
三角点:
三角点位于从核心点开始的第一个分叉点或者断点、或者两条纹路会聚处、折转处,或者指向这些奇异点。
三角点提供了指纹纹路的计数跟踪的开始之处
纹数:
指模式区内指纹纹路的数量。
在计算指纹的纹数时,一般先连接核心点和三角点,这条连线与指纹纹路相交的数量即可认为是指纹的纹数。
两枚不同指纹可能会有相同的总体特征,所以要识别两枚指纹,仅仅依靠总体特征是不够的,还需要通过细节特征来识别。
◆细节特征
细节特征点是由脊线和谷线交替出现的模式构成,指纹的脊线并不是连续的、平滑笔直的,而是经常出现中断、分叉和打折,这些断点、分叉点和转折点称为细节特征,又称细节特征点,这些特征点提供了指纹唯一性的确认信息,一枚指纹可能有十几种类型的特征点,其中出现频率较高的细节特征点有纹线端点、
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- 关 键 词:
- 指纹识别 软件 系统 设计