指纹识别技术的研究与设计--指纹图像预处理之一 计算机科学与技术专业毕业设计 毕业论文.doc
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1、 毕业设计论文题目名称:指纹识别技术的研究与设计 -指纹图像预处理之一院系名称:计算机学院班 级:计科051学 号:200500814127学生姓名:李旭指导教师:杜俊俐 2021 年 5 月论文编号:200500814127 指纹识别技术的研究与设计-指纹图像预处理之一Fingerprint Identification Technology Research and Design- One of fingerprint image preprocessing院系名称:计算机学院班 级:计科051学 号:200500814127学生姓名:李旭指导教师:杜俊俐 2021年 5 月摘要指纹图像预
2、处理与是图像处理与模式识别的分支之一, 经过假设干年的开展技术日趋成熟。由于指纹的唯一性和不变性,以及指纹识别技术的可行性和实用性,指纹识别已成为当前最流行、最方便、最可靠的个人身份认证技术之一。尽管在此技术上已有多种成型产品,但因为许多核心技术因商业利益和保密需要而未经公开,以及社会的开展对系统的性能提出了更高的要求,所以从事该领域研究,仍具有重要的理论意义和实用价值。 本文完成了如下工作: 1通过比拟多种预处理算法,本文选择并实现了指纹图像分割、图像增强、求方向图、二值化等算法。 2在细化及识别处理方面,本文提出了8邻域查表的细化算法。对上述各算法,本文均进行了模拟实验。结果说明,算法的性
3、能到达了设计要求,使整个系统能够快速、准确、可靠地工作。能够完成对256级的灰度指纹图像的处理任务。关键词 指纹识别;图像处理;图像分割;图像增强; AbstractFingerprint Image Processing and Recognition of image processing and pattern recognition is a branch of one of a number of years through the development of technology matures. As the only fingerprint and invariance, a
4、s well as fingerprint identification technology feasibility and practicability, fingerprint identification has become the most popular, most convenient and most reliable one of the personal identity authentication technology. Although this technology has been in a variety of molding products, but be
5、cause many of the core technologies for commercial interests and the need for confidentiality and without public, as well as the development of the social system performance has put forward higher requirements, so in this field research, still has an important theoretical and practical value. In thi
6、s paper, based on the work of our predecessors, to complete the following tasks: First, by comparing the various pretreatment algorithm, the paper choice and realized fingerprint image segmentation, and direction plans, the value of the algorithms. Second, identification and refinement in processing
7、, this paper presents the eight-neighbor look-up table. The above algorithm, a simulation conducted this experiment. The results showed that the performance of the algorithm design requirements so that the whole system can be fast, accurate, reliable work. Able to complete the 256 grayscale fingerpr
8、int image processing tasks.Key words Fingerprint Image Recognization Image Processing Image Segmentation Image Enhancement 目 录摘要IAbstractII目 录III第1章 绪论1 课题背景1 目的和意义21.3 理论根底2 指纹识别技术的具体表现3 在涉及国家刑事领域的应用3 在经济生活方面3 在公共事务管理方面4 本文的主要研究内容4第2章 需求分析5 本课题目标5 功能需求5 性能需求5 开发工具的选择6 系统设计原那么6第3章 指纹识别系统总体设计7 系统总体设计
9、7 指纹图像的获取7 指纹图像预处理8 特征的提取9 模板匹配9 本章小结9第4章 指纹图像预处理之一10 引言10 系统算法描述10 归一化11 产生方向图11 图像增强算法14 图像分割17 二值化23 细化算法23 指纹的匹配24 本章小结25第5章 实验结果与分析26 评估标准26 实验结果26 图像分割算法结果比拟27 图像增强算法结果比拟28 本章小结29第6章 结 论30致 谢31参考文献32附录133附录2 系统用户手册35附录3 程序源代码36第1章 绪论1.1 课题背景人体生物特征鉴别技术是一项快速开展生命力旺盛的新兴技术,经过假设干年的开展与推广已经被广泛应用在犯罪证据的
10、提取和监狱平安等方面,而且它在极其广泛的日常生活领域也具有巨大的潜力,主要表达在如下几个方面:1国防平安,现金提取、电子货币传输、ATM平安、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 、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开展中,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
11、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,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.Henr
12、y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,采集技术的开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平安运行的需求。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
13、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送。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
14、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,指纹鉴别技术已经开展很成熟,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
15、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,指纹鉴别的假设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,对指纹鉴别的假设干关键问题进行研究与学习。将有助于提高和改良现有的指纹鉴别技术,从而使其应用到更加广泛的领域。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 理论根底人体
16、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。平安性:防止伪造者的能力。基于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
17、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。银行的平安防范历来是重中之重, 指纹识别信息系统在银行的平安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
18、根底, 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, 其中潜在的不平安性也越来越明显, 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。指纹自动识别技术那么带来了曙光。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
19、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, 以及还需不断购置考勤卡等诸多缺陷。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、重要会议的平安保卫方面。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文将在学习已有理论成果的根底上,对指纹识别过程中假设干处理步骤如图像分割、图像增强、二值化等进行研究与学习,最后将得到的实验结果进行分析与比照
20、。从实验所得结果来看,在采用不同的算法实现情况下,对指纹图像的处理过程是可行的、有效的,到达了实验预期目的。第2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
21、分成假设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,把目标从背景中别离出来,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到图像增强的效果并最终影响到准确提取特征点。4.指纹图像增强指纹图像增强的目的主要是为了减少噪音,增强脊谷比照度,使得图像更加清晰真实,便于提高后续指纹特征值提取的准确性5二值化:0代表黑色,1代表白色。二值化是把灰
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