数字图像处理在指纹识别中的应用
摘 要
指纹具有唯一性和稳定性，因此被人们用来当作鉴别个人身份的主要依据。随着光学技术、化工技术、纳米技术等多种学科的 快速发展．指纹显现和提取技术取得了较快的控展。但有不少显现或提取得到的指纹效果较差，不易分辨指纹纹线与客体背景主间的差异或指纹纹线成像模糊等，主要表现为指纹纹统与客体背景的反差较弱。指纹纹线受客体背景的干扰、两枚或多枚指纹相互重叠干扰、弯曲表面客体上的指数威像问题等。但由于存在指纹图像的噪声和皮肤弹性等因素影响，指纹识别一直存在识别率不高、运算速度较慢的问题。这时可利用数字图像处理技术对不易辨识的指纹进行增强处理．便于后续的指纹识别鉴定。本文总结了基于小波变换的数字图像处理在指纹图像增强、指纹图像二值化、指纹图像压缩编码、指纹图像细化、指纹图像特征提取等方向的各种算法及技术。另外本文还给出了基于matlab软件的指纹自动识别系统实现。在指纹图像的预处理中，首先进行分块归一化，为后续处理提供统一的规格图像；在求方向图中，用沿着某个方向的灰度方差代替Metre方法中的灰度变化，相当于在求点方向图之前先进行了一次均滤波操作，这样得到的方向图更有鲁棒性；在二值化中，阀值的选取引入最大熵的概念，使图像具有抗噪性。但对于部分噪声严重的指纹图像仍然无法识别，另外，算法的运行效率还有待提高。在指纹图像的降噪中：应用中值滤波与小波包变换相结合去除图像随机噪。
关键词：数字图像，指纹处理，小波变换，matlab，指纹识别系统研究
注：本设计（论文）题目来源于教师的国家级（或部级、省级、厅级、市级、校级、企业）科研项目，项目编号为： 。
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Abstract
Fingerprint is unique and stability, and therefore are used as main basis of personal identity. With the rapid development of optical technology, chemical technology, nanotechnology and other disciplines. Fingerprint and extraction technology has made rapid development. But many poor fingerprint effect appeared or extract, is not easy to distinguish the difference between background and object of the main ridge or fingerprint image blur, mainly for the contrast fingerprint system and object background of the weak. Interference, fingerprint by object background two or more fingerprints overlap interference, index Wei curved surface objects like problem etc.. But because of the existence of the fingerprint image noise and the elasticity of the skin and other factors, the fingerprint recognition has been the recognition rate is not high, the low speed problem. Then the difficult identification of fingerprint enhancement processing by using digital image processing technique for fingerprint identification later. This paper summarizes the wavelet transform of digital image processing in the fingerprint images enhancement, two values, fingerprint image compression coding, the fingerprint image thinning, fingerprint image feature extraction algorithm based on direction and technology. In addition the system of automatic fingerprint identification system based on MATLAB software. In the fingerprint image preprocessing, the first block normalization, image unified specifications for the subsequent processing; in the pattern of change, gray gray variance in one direction instead of the Metre method, the equivalent of before asking the direction of point to a mean filtering operation, robustness pattern more so obtained; in the two value, threshold selection by introducing the concept of maximum entropy, the image with noise immunity. But for the fingerprint image noise serious still not recognized, in addition, the efficiency of the algorithm is yet to be improved. In the noise of fingerprint image: application of median filtering and wavelet packet transform combined with random noise removal of images.
KEY WORDS: digital
fingerprint recognition system
image, fingerprint processing, wavelet transform, MATLAB,
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目录
本科毕业设计（论文） ......................................................................... 错误！未定义书签。 1 绪论 ......................................................................................................................................4 1．1指纹识别技术简介 ........................................................................................... 4 1.2 指纹识别技术原理介绍 .................................................................................. 4 1.2.1 指纹图像的采集 ........................................................................................ 5 1.2.2 指纹图像的预处理 .................................................................................. 7 1.2.3 指纹图像的特征提取和识别 .................................................................... 8 1．3国内外自动指纹识别系统的研究状况 ......................................................... 10 1.4 论文的主要研究内容 ...................................................................................... 11 1.5论文的结构安排 ............................................................................................... 12
2 数字图像处理在指纹识别中的各种算法及技术 ..............................................12
2.1 数字图像处理对指纹图像进行增强的算法 ................................................ 12 2.2 基于小波变换的数字图像处理在指纹图像压缩编码中的算法 .................. 13 2.3基于小波变换的数字图像处理在指纹图像二值化中的算法 ....................... 13 2.4基于小波变换的数字图像处理在指纹图像细化中的算法 ........................... 15 2.5基于小波变换的数字图像处理在指纹图像特征识别中的算法 ................... 18 2.5.1 小波理论分析 .......................................................................................... 18 2.5.2 二维小波变换在指纹特征提取中的应用 .............................................. 20
3 基于matlab的指纹识别系统....................................................................................23
3.1指纹识别系统的登录界面 ............................................................................... 23 3.2 指纹识别系统的主界面 .................................................................................. 24 3.3指纹识别系统的图像预处理界面 ................................................................... 25 3.4指纹识别系统的指纹匹配界面 ....................................................................... 26
结论 .........................................................................................................................................28 参 考 文 献 ..................................................................................................................28
附见1 指纹图像预处理函数代码..........................................................................................32 附件2 指纹匹配函数代码......................................................................................................38
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1 绪论
1．1指纹识别技术简介
指纹即指尖表面的纹路，其中突起的纹线称为脊，脊之间的部分称为谷，他们的形成依赖于胚胎发育时的环境。指纹是我们的个体特征，它具有稳定性和独特性两大特性。而这两大特性也使得它能应用于生物特征识别技术中，从而产生了指纹识别技术。指纹识别技术是指利用计算机进行的指纹自动识别的技术，它是一项综合技术，其研究发展涉及到多个前沿及边缘科学，如模糊数学、数学形态学、神经网络、模式识别、计算机视觉、人工智能、数据压缩、并行处理以及网络技术等。
指纹识别技术的应用非常广泛。典型的脱机应用有指纹锁、指纹保险柜、指纹考勤系统等。电子银行，自动取款机、电子商务等基于指纹识别的身份认证系统都属于指纹识别技术的联机应用。以指纹为代表的生物特征识别技术有望在将来的公共领域和民用领域扮演更重要的角色。 1.2 指纹识别技术原理介绍
原理很简单，相信大家都玩过连连看，其实指纹识别和连连看看是类似样的，都是找出两幅相同的图像。而指纹识库中的每一个指纹图像都对应着一个特定的人，只有用这个人的指纹去对比才能确定他就是他本人；或者拿着一个指纹去指纹库中进行一一对比才能确定这枚指纹谁的。这就是指纹识别技术的两类，即验证（Verification）和辨识（Identification）。指纹识别技术的原理如图1.1所示[1]。
大众 训练模块 指纹采集 图像处理 数据库 特征提取 个人 指纹采集 图像处理 鉴别模块 特征提取 匹配 鉴别结果 4
图 1.1 指纹识别技术原理 1.2.1 指纹图像的采集
指纹图像的获取即指纹图像的采集，取像设备常用的可分成四类：光学、硅晶体、传感器、热敏传感器和超声波传感器。
(1)光学取像设备有最悠久的历史，可以追溯到20世纪70年代。依据的是光的 全反射原理(FTIR)r71。光线照到压有指纹的玻璃表面，反射光线由电荷耦合器件(简称CCD：Charge Coupled Device)去获得，反射光的数量依赖于压在玻璃表面指纹的脊和 谷的深度和皮肤与玻璃间的油脂。光线经玻璃射到谷后反射到CCD，而射到脊后则不反射到CCD(确切的是脊上的液体反光的)。 由于最近光学设备的革新，极大地降低了设备的体积。近年来，传感器可以装在 6x3x6英寸的盒子里，在不久的将来更小的设备是3xlxl英寸。这些进展取决于多种光 学技术的发展而不是FTIR的发展。例如：纤维光被用来捕捉指纹图像。纤维光束垂直射到指纹的表面，它照亮指纹并探测反射光。另一个方案是把含有一微型三棱镜矩阵的表面安装在弹性的平面上，当手指压在此表面上时，由于脊和谷的压力不同而改变了微型三棱镜的表面，这些变化通过三棱镜光的反射而反映出来
[2]
。
(2)应用硅晶体传感器是最近在市场上才出现的，尽管它在传奇文学作品中
已经 出现近20年。这些含有微型晶体的平面通过多种技术来绘制指纹图像。电容传感器通过电子度量被设计来捕捉指纹。电容设备能结合大约100，000导体金属阵列的传感器，其外面是绝缘的表面，当用户的手指放在上面时，皮肤组成了电容阵列的另一面。电容器的电容值由于金属间的距离而变化，这里指的是脊(近的)和谷(远的)之间的距离。压感式表面的顶层是具有弹性的压感介质材料，他们依照指纹的外表地形(凹凸)转化为相应的电子信号。温度感应传感器的设计是依据感应在设备上的脊和远离设备的谷温度的不同[3]。
(3)热敏感应传感器的原理是根据皮肤纹理与传感器部分的温度差异来检测指纹。具体来说，指纹的脊线能与传感器相接触，因而能影响到传感器的温度；指纹的谷线与传感器不是直接接触的，中间隔着空气或者水分等，因此传感器受到的温度影响较小。在与传感器表面耦合的过程中，湿润的手指总比干燥的好，
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