指纹识别门禁系统(软件)本科毕业论文.docx

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1、指纹识别门禁系统(软件)本科毕业论文摘要随着生物识别技术的不断发展，人们发现每个人的指纹具有唯一性和不变性。因而指纹识别技术逐步发展为一种新的身份识别方式，并且凭借其良好的安全可靠性，大有取代传统身份识别方式的趋势。本文扼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、图像加强、二值化处理和细化处理的方法。预处理后将得到一幅宽度为一个像素的细化二值图像，然后通过特定的端点和穿插点的特征进行指纹匹配。论文中采用MATLAB编程实现全部算法。关键词：指纹识别，图像处理，特征提取，特征匹配AbstractWiththecontinuou

2、sdevelopmentofBiometricIdentificationTechnology,Peoplefoundthateachpersonsfingerprinthasuniquenessandinvariant.ThereforeFingerprintIdentificationTechnologygraduallydevelopedasanewidentityrecognitionmode，andwithitsgoodsafetyandreliability，ithasreplacedthetraditionalidentificationwaytrends.Thispaperbr

3、ieflyintroducesthebasicstepofFingerprintIdentification，theyareFingerprintimagepreprocessing,Fingerprintcharacteristicextraction,Fingerprintmatching.IntheFingerprintimagepreprocessing,inturnintroducedthenormalizedprocessing,Imageenhancement,BinarytreatmentandRefiningprocessingmethod.Afterpretreatment

4、willgetapictureforapixelwidthoftwenty-first-centurybinaryimage,thenthroughtheparticularendpointandintersectiononthecharacteristicsoftheFingerprintmatching.ThispaperusingMatlabprogramsallalgorithm.KeywordsFingerprintidentificationImageprocessingFeatureextractionFeaturematching毕业设计论文原创性声明和使用受权讲明原创性声明本

5、人郑重承诺：所呈交的毕业设计论文，是我个人在指导老师的指导下进行的研究工作及获得的成果。尽我所知，除文中十分加以标注和致谢的地方外，不包含其别人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过奉献的个人或集体，均已在文中作了明确的讲明并表示了谢意。作者签名：日期：指导老师签名：日期：使用受权讲明本人完全了解大学关于采集、保存、使用毕业设计论文的规定，即：根据学校要求提交毕业设计论文的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校能够采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不

6、以赢利为目的前提下，学校能够公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：学位论文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获得的研究成果。除了文中十分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。对本文的研究做出重要奉献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承当。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用受权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人受权大学能够将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库

7、进行检索，能够采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日目录摘要.IAbstract.II第1章绪论.(1)1.1研究背景及意义(1)1.2国内外研究现状及分析(1)1.3设计内容与要求(2)第2章指纹识别的基本理论及应用(3)2.1指纹识别的原理和方法(3)2.1.1指纹的特征与分类(3)2.1.2指纹识别的原理和方法(3)2.2.1算法的准确度(4)2.2.2误识率和拒识率的测试方法(4)2.2.3系统参数(4)2.3指纹识别技术的应用(5)2.4指纹识别的可靠性(5)2.5本章小结(6)第3章指纹图像处理及特征

8、提取与实现(7)3.1方法概述(7)3.2方向图的计算(8)3.2.1求点方向图(8)3.2.2由点方向图求块方向图的算法(8)3.2.3最小均方估计块方向算法(9)3.3指纹图像的滤波(10)3.4基于方向图的动态阀值指纹图像二值化方法(12)3.5指纹图像的细化算法(14)3.6特征提取及其后处理(16)3.6.1特征点的提取(16)3.6.2假特征点的去除(16)3.6.3细节点信息的提取及记录(17)3.6.4指纹识别中细节点的匹配(17)3.7本章小结(18)第4章指纹识别算法的MATLAB实现(19)4.1MATLAB简介(19)4.1.1MATLAB的大概情况(19)4.1.2M

9、ATLAB产生的历史背景(19)4.1.3MATLAB的语言特点(21)4.1.4MATLAB在指纹识别中的应用(22)4.2指纹图像预处理(23)4.2.1图像规格化(23)4.2.2图像分割(23)4.2.3图像二值化(24)4.2.4图像加强(24)4.2.5图像细化(25)4.3特征点提取(25)4.3.1找出所有的端点和穿插点(25)4.3.2纹线光滑处理(25)4.3.3去除图像边缘的端点(25)4.4找出特征点(26)4.4.1single_point函数(26)4.4.2walk函数(26)4.4.3last1函数(26)4.5特征点匹配(26)4.5.1纹线长度匹配(26)4

10、.5.2三角形边长匹配(27)4.5.3点类型匹配(27)4.6本章小结(27)结论(28)参考文献(29)致谢(30)附录1图像预处理代码(31)附录2特征点提取代码(37)附录3找特征点代码(40)附录4特征点匹配代码(43)第1章绪论1.1研究背景及意义当代门禁系统是一种随着电子技术和计算机技术的发展而迅速发展起来的安防系统，一套当代化的、功能齐全的门禁系统，不仅可用于进出口控制，而且有助于单位内部的有序化管理。门禁系统是新型当代化公共安全管理系统，它集微机自动识别技术和当代安全管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术和生物技术等众多新技术，是重要部门出入口实现安全防备

11、管理的有效保障1。目前有很多的生物测定技术可用于身份认证，包括虹膜识别技术、视网膜识别技术、面部识别、签名识别、声音识别技术、指纹识别等，具有安全、可靠的特点，其中自动指纹识别系统是目前研究最多、最有应用前景的生物识别系统。指纹识别技术的应用特别广泛，指纹因具有终生不变性及稳定性,而且不同人指纹一样的概率几乎为零,因而指纹自动识别系统被广泛应用于案例分析、商业活动中的身份鉴别等领域。指纹识别技术的发展得益于当代电子集成制造技术的进步和快速可靠的算法的研究。指纹门禁系统通过将用户的指纹特征与指纹特征数据库中的数据进行比照实现用户身份的鉴别，并不直接保存和使用用户的指纹图像信息，不会侵犯到用户的隐

12、私信息，是当前技术最先进、应用最广泛的门禁系统。对生物识别(指纹识别)技术来讲，被广泛应用意味着它能在影响亿万人的日常生活的各个地方使用。通过取代个人识别码和口令，生物识别指纹识别技术能够阻止非受权的“访问，能够防止盗用ATM、蜂窝电话、智能卡、桌面PC、工作站及其计算机网络；在通过电话、网络进行的金融交易时进行身份认证；在建筑物或工作场所生物识别技术指纹识别能够取代钥匙、证件、图章等。生物识别(指纹识别)技术的飞速发展及其广泛应用将创始个人身份鉴别的现代。指纹所具有的唯一性、不变性、易于获取、分类存储有规律等特性使其成为生物鉴定学中最为成熟的方式2。1.2国内外研究现状及分析指纹识别技术从早

13、期的人工比对到如今采用计算机技术实现自动指纹识别，指纹比照愈加准确，识别效率得到极大提高。自动指纹识别经过通常由指纹图像滤波加强、二值化、细化、特征提取以及指纹匹配等几个环节构成。指纹图像滤波加强的目的是将有噪声干扰的指纹图像变得愈加明晰，使得指纹图像的脊线更黑，谷线更白，当前在实际指纹图像加强算法的应用中一般是几种滤波加强方式结合起来使用，主要的方案是基于傅里叶变换结合滤波和指纹图像点方向场的下上下滤波器；指纹图像二值化，是将指纹图像变成灰度值只要0和255两种颜色的图像，当前，在自动指纹识别中常采用的是根据指纹图像的点方向场在指纹纹线方向和指纹纹线垂直方向上对指纹图像进行二值化处理；指纹图

14、像细化是指删除指纹纹线的边缘像素，使之只要一个像素宽度，目前在自动指纹识别技术中常用的是OPTA算法的改良的图像模板细化算法；指纹特征提取，是将细化后使用计算机数字图像处理技术收集指纹图像中奇异点、端点、叉点等指纹特征数据，目前常用的特征提取算法是先对细化后的指纹图像进行初步去噪，然后提取特征点，再根据阈值去除伪特征点；指纹匹配，是指纹预留模板图像与输入样板图像中的所有特征点的匹配，目前在自动指纹识别系统中常采用可变大小的界线盒的指纹特征匹配算法。目前指纹识别技术还有很多困难，例如当三维的指纹被指纹录入设备扫描成二维的数字图像时，会丢失一部分信息、，手指划破、割伤、弄脏、不同干湿程度以及不同的

15、按压方式，还会导致指纹图像的变化，这给可靠的特征提取带来了相当地困难；例如传统的基于细节点的识别方法，是依靠提取指纹脊线上的细节点，然后对其位置和类型进行匹配，来识别指纹的，而噪声会影响特征提取准确度，增加错误的特征点或丢失真正的特征点。当噪声很大时，就要增加图像加强算法来改善图像的质量，但很难找到一种加强算法能够适应所用的噪声，多种加强算法又会大幅增加算法运行时间，不好的加强算法又会增加人为特征。当噪声增大时，提取了很多虚假细节点，还有可能丢失细节点，这就是传统的基于细节点识别算法的缺乏之处之一，由于它只利用了指纹图像中的一小部分信息细节点位置和方向作为特征进行匹配，丢失了蕴涵在图像中的其他

16、丰富的构造信息。不难想象，基于这种方法的识别算法，很难全面适应指纹的变化。1.3设计内容与要求、熟练把握图像处理原理与形式识别原理；熟练把握MATLAB软件及该软件中的ImageProcessingToolbox及其编程技巧；、把握指纹识别的概念与实现经过框图；熟练把握指纹图像的特征、特征提取、指纹识别方法；、构建指纹识别完好模型，包括图像获取、图形预处理、特征提取、图像识别各环节的软件算法；在图像预处理经过中，充分考虑图像去噪、图像加强等有关算法；同时，设计基于指纹识别的用户管理界面；、在消化吸收国内外研究成果的基础上，讨论指纹识别模型与算法的快速性、鲁棒性。同时，针对构建的简单指纹图像数据

17、库具有较好的识别效果，并考虑指纹门禁控制系统的实时性；、参照国内外同行获得的研究成果，不断改良算法模型。针对实际应用，讨论该模型算法的优点；讨论指纹图像数据库的大小、系统容量、训练样本随机变化、以及选择不同算法时对识别率的影响；得出具有一般性指导意义的结论。第2章指纹识别的基本理论及应用2.1指纹识别的原理和方法2.1.1指纹的特征与分类指纹识别学是一门古老的学科，它是基于人体指纹特征的相对稳定与唯一这一统计学结果发展起来的。实际应用中，根据需求的不同，能够将人体的指纹特征分为：永久性特征、非永久性特征和生命特征。永久性特征包括细节特征中心点、三角点、端点、叉点、桥接点等和辅助特征纹型、纹密度

18、、纹曲率等元素，在人的一生中永不会改变，在手指前端的典型区域中最为明显，分布也最均匀。细节特征是实现指纹准确比对的基础，而纹形特征、纹理特征等则是指纹分类及检索的重要根据。人类指纹的纹形特征根据其形态的不同通常能够分为“弓型、箕型、斗型三大类型，以及“孤形、帐形、正箕形、反箕形、环形、螺形、囊形、双箕形和杂形等9种形态。纹理特征则是由平均纹密度、纹密度分布、平均纹曲率、纹曲率分布等纹理参数构成。纹理特征多用于计算机指纹识别算法的多维分类及检索。非永久性特征由孤立点、短线、褶皱、疤痕以及由此造成的断点、叉点等元素构成的指纹特征，这类指纹有可能产生、愈合、发展甚至消失。指纹的生命特征与被测对象的生

19、命存在与否密切相关。但它与人体生命现象的关系和规律仍有待进一步认识。目前它已经成为当代民用指纹识别应用中越来越受关注的热门之一。2.1.2指纹识别的原理和方法指纹识别技术主要涉及四个功能：读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对。通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像，然后要对原始图像进行初步的处理，使之更明晰，再通过指纹辨识软件建立指纹的特征数据。软件从指纹上找到被称为“节点minutiae的数据点，即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有七种以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70个节点，所以这种方法会产生大约490个数据。这些数据，通常称为模板。通过计算机模糊比拟的方法，把两

20、个指纹的模板进行比拟，计算出它们的类似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。收集设备即取像设备分成几类：光学、半导体传感器和其他。2.2指纹识别技术的主要指标和测试方法2.2.1算法的准确度指纹识别系统性能指标在很大程度上取决于所采用算法性能。为了便于采用量化的方法表示其性能，引入了下列两个指标：拒识率falserejectionrate，FRR：是指将一样的指纹误以为是不同的，而加以拒绝的出错概率。FRR=拒识的指纹数目考察的指纹总数目100%。误识率falseacceptrate，FAR：是指将不同的指纹误以为是一样的指纹，而加以接收的出错概率。FAR=错判的指纹数目考察的指纹总数目100%。

21、对于一个已有的系统而言，通过设定不同的系统阈值，就能够看出这两个指标是互为相关的，FRR与FAR成反比关系。这很容易理解，“把关越严，误识的可能性就越低，但是拒识的可能性就越高。2.2.2误识率和拒识率的测试方法测试这两个指标，通常采用循环测试方法。即给定一组图像，然后依次两两组合，提交进行比对，统计总的提交比对的次数以及发生错误的次数，并计算出出错的比例，就是FRR和FAR。针对FAR=0.0001%的指标，应采用不少于1415幅不同的指纹图像作循环测试，总测试次数为1000405次，假如测试中发生一次错误比对成功，则FAR=1/1000405；针对FRR=0.1%，应采用不少于46幅属于同

22、一指纹的图像组合配对进行测试，则总提交测试的次数为1035次数，假如发生一次错误拒绝，则FRR=1/1035。测试所采用的样本数越多，结果越准确。作为测试样本的指纹图像应知足可登记的条件。2.2.3系统参数登率errorregistrationrate，ERR：指的是指纹设备出现不能登录及处理的指纹的概率，ERR过高将会严重影响设备的使用范围，通常要求小于1%。登录时间：指纹设备登录一枚指纹所需的时间，通常单次登录的时间要求不超过2s。比对时间：指纹设备对两组指纹特征模版进行比对所消耗的时间，通常要求不超过1s。工作温度：指纹设备正常工作时所允许的温度变化范围，一般是040。工作湿度：指纹设备

23、正常工作时所允许的相对湿度变化范围，一般是30%95%。2.3指纹识别技术的应用指纹识别技术已经成熟，其应用日益普遍，除了刑事侦察用之外，在民用方面已非常广泛，如指纹门禁系统、指纹考勤系统、银行指纹储蓄系统、银行指纹保管箱、指纹医疗保险系统、计划生育指纹管理系统、幼儿接送指纹管理系统、指纹献血管理系统、证券交易指纹系统、指纹枪械管理系统、智能建筑指纹门禁管理系统、驾驶员指纹管理系统等。指纹门禁系统和指纹考勤系统是开发和使用得最早的一种出入管理系统，包括对讲指纹门禁、联机指纹门禁、脱机指纹门禁等等。在入口将个人的手指按在指纹收集器上，系统将已登录在指纹库中的指纹称为已经注册进行比照，假如两者相符

24、即匹配，则显示比对成功，门就自动打开。如不匹配，则显示“不成功或“没有这个指纹，门就不开。在指纹门禁系统中，能够是一对一的比对onetoonematching，可以以是一对几个比对onetofewmatching。前者能够是一个公司、部门，后者能够是一个家庭的成员、银行的营业厅、金库、财务部门、仓库等机要场所。在这些应用中，指纹识别系统将取代或者补充很多大量使用照片和ID系统。把指纹识别技术同IC卡结合起来，是目前最有前景的一个应用之一。该技术把卡的主人的指纹加密后存储在IC卡上，并在IC卡的读卡机上加装指纹识别系统，当读卡机阅读卡上的信息时，一并读入持卡者的指纹，通过比对就能够确认持卡者能否

25、是卡的真正主人，进而进行下一步的交易。指纹IC卡可取代现行的ATM卡、制造防伪证件等。ATM卡持卡人可不用密码，避免老人和孩子记忆密码的困难。近年来，互联网带给人们方便与利益已，也存在着安全问题。指纹特征数据能够通过电子邮件或其它传输方法在计算机网络上进行传输和验证，通过指纹识别技术，限定只要指定的人才能访问相关的信息，能够极大地提高网上信息的安全性。网上银行、网上贸易、电子商务等一系列网络商业行为就有了安全性保障。指纹社会保险系统的应用为养老金的准确发放起了非常有效的作用。避免了别人用图章或身份证复印件代领，而发放人员无法确定该人是故世的问题，要凭本人的活体指纹，才可准确发放养老金。2.4指纹识别的可靠性指纹识别技术是成熟的生物识别技术。由于每个人包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和穿插点上各不一样，是唯一的，并且终生不变。通过他的指纹和预先保存的指纹进行比拟，就能够验证他的真实身份。自动指纹识别是利用计算