指纹图像想干滤波增强的开题报告.doc

重庆科技学院毕业设计（论文）开题报告题 目 指纹图像的相干滤波增强系统设计 学 院 电气与信息工程学院 专业班级 计算机科学与技术11-02 学生姓名 学号 指导教师 2015 年 3 月 9 日毕业设计(论文)开题报告1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析1.1 本课题的目的 指纹识别已经有100多年的历史，由于指纹具有唯一性、永久性和稳定性使得指纹识别成为最广泛使用的生物特征识别技术近30年来，自动指纹识别技术取得了较大的成功，但是由于各种噪声仍然存在，比如伤疤、汗渍、污迹、扭曲等等，直接影响到指纹识别的效率,所以，如何更有效地提高指纹识别率是研究领域的一个热点。1.2 本课题的意义指纹是人类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路。指纹能使手在接触物件时增加摩擦力，从而更容易发力及抓紧物件。是人类进化过程式中自然形成的。目前尚未发现有不同的人拥有相同的指纹，所以每个人的指纹也是独一无二。随着信息化社会的快速发展，大量的信息产品和服务的出现，比如电脑、手机、自动提款机、网上银行等，还有一些重要部门，比如重点实验室，保密资料室、金库等，这些设备和部门都需要可靠、方便、快捷的个人身份认证。传统的身份认证和开锁工具，如学生证、四六级证、毕业证和要是，比较容易伪造和复制，这给需要严格身份认证的部门和单位带来了很大的麻烦和无奈。如何准确的有效的、快速地实现身份认证，成为了一个热点课题。早期指纹识别是人工方式进行的。由于指纹结构的复杂性及对指纹识别要求的严格性。导致人工识别指纹难度大、速度慢和识别准确性受专家经验制约，远不能适应实际工作的要求。计算机技术的诞生和发展，为复杂的科学计算、自动图像处理、特征提取和自动识别提供了可能和基础。指纹图像的识别也变得非常有意义，一是指纹的独有性两个不同人的指纹几乎不可能相同；二是其应用广泛，如指纹锁、银行提款机、远程身份认证；三是教传统认证方式（如签条、印章）更可靠。由于指纹识别的优点，它已经被初步运用于某些领域（如保密单位、考生身份认定、指纹锁等）。随着指纹识别技术的日渐成熟，图像处理及模式识别界曾一度认为指纹识别问题已经得到很好的解决。但实际上，指纹识别的核心技术仍存在许多尚未解决的难题，尤其是对残缺、污损指纹图像进行识别的适应性发面不能令人满意。因此，指纹识别技术现在是，未来几年仍将是一个重要的、极具挑战性的模式识别研究课题.1.3 国内外研究现状分析指纹识别作为一种古老的身份鉴别方法,早在公元前6000一7000年的古叙利亚和中国就已出现，出土的这个时代的陶器上就留有一些制陶艺人的指纹。秦汉时代盛行封泥制,将公私文书写在简犊上,分发时用绳捆绑,在绳端或交叉处封以粘土,盖上印章或指纹,作为信验,以防私拆,这种泥封指纹作为个人标识,既表示真实和信义也可防止伪造。20世纪70年代,随着计算机的广泛应用和模式识别理论的快速发展,人们对指纹的认知也从人工辨识转为理性分析,指纹识别作技术在国外得到了快速的发展。1999年美国联邦调查局建成了第一套综合自动化指纹识别系统,这套设备不仅大大加快了指纹识别的速度,而且提高了指纹比较的自动化水平。我国对指纹识别技术的研究历史是从20世纪80年代初开始的,中国科学院自动化所、清华大学、国防科技大学、吉林大学等高校和科研机构首先开始了这方面的研究工作。九十年代以后,北大高科、长春鸿达集团、西安青松集团等机构分别以所在地的高校为技术依托,陆续开始进行这方面的研究工作。中国科学院光机所对指纹采集技术进行了较为深入的研究,己经可以批量式生产光电活体指纹采集仪。进入二十一世纪后,我国研究指纹识别技术的科研机构进一步增加,如南京大学、山东大学、上海交通大学等国内知名高校科研机构,这进一步推动了国内自动指纹识别技术的快速发展。毕业设计(论文)开题报告2.本课题的任务、重点内容、实现途径 2.1 本课题的任务1.通过查阅文献，理解数字图像处理的基本方法。2.掌握Matlab读写图像、常用的像素点和滤波增强处理函数的编程方法。3.理解偏微分方程中的扩散模型。4.理解非线性扩散模型中的相干滤波方法。5.有人机交互界面，能够选定相干滤波的相干系数、迭代次数、方差等参数，在进行相干滤波的增强。2.2 本课题的重要内容1、收集指纹图像，对指纹图像进行预处理，主要包括裁剪，旋转和归一化大小。2、图像滤波增强的基本方法，线性滤波方法和非线性滤波方法。3、偏微分方程用于图像滤波的基本方法，线性扩散和非线性扩散模型。4、应用偏微分方程中的相干滤波进行指纹图像增强。5、人机交互界面，可以方便的调节参数。2.3 实现途径采集到的指纹图像包含各种噪声，所以很有必要去除噪声以实现正确匹配通常预处理包括分割、归一化、滤波、二值化和细化，它的好坏直接影响到指纹识别的效果在此基础上，提取指纹特征信息，得到输入指纹特征模板，然后用输入指纹特征模板与已登记的指纹特征模板相比较，最后显示识别结果。指纹识别的系统框架如图2.1。指纹图像的预处理 指纹获取 分割 归一化 指纹增强 二值化 细化 特征提取 指纹匹配 输出 图2.1 指纹识别框架图分割是把前景区域和背景区域分离开来。归一化是为了标准化输入图像的灰度值，通过对灰度范围进行归一化调整使其灰度值在特定区域内。指纹增强是增强指纹图像中有用的信息，削弱干扰和噪声，使图像变得更加清晰。通过滤波在尽量保留图像细节特征的条件下对图像的噪声进行抑制。主要运用基于偏微分方程的图像滤波增强方法。使用偏微分方程的突出优点是图像处理和分析的速度、准确性和稳定性都有很大提高。从高斯平滑算子导出了偏微分方程即热传导方程,然而此方程是各向同性扩散方程，在各个方向上同等扩散滤波的同时破坏图像内容， 即图像边缘。因此，有了线性模型到非线性模型的发展。非线性滤波通过控制平滑量，在图像特征多的区域尽可能地少平滑，保护图像尖锐的边缘。基于非线性扩散滤波的指纹增强算法和别的算法相比，这种方法参数选择比较简单。此在本系统中，通过设计的人机交互界面，可选定相干滤波的相干系数、迭代系数、方差等参数再进行相干滤波增强。细化之前进行二值化把图像转化为二值图像，可以提高指纹图像中脊线和谷线的对比度，因此有利于细节点提。细化又称骨骼化，是指在不影响图像的拓扑关系的情况下，将图像中宽度大于一个像素的线条转变为只有一个像素宽度的图像的处理过程。最后提取细节点进行匹配输出结果。本系统主要是基于Matlab软件实现的。Matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用Matlab来解算问题要比用其他语言完成相同的事情简捷得多。毕业设计(论文)开题报告3.完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法 在完成本课题的时候我们必须要的工具有，有关数字图像处理的资料书若干本，计算机一台，并且有windows系列的操作系统，在计算机上还必须有Matlab应用软件。参考资料：1.王大凯，侯榆青，彭进业，图像处理的偏微分方程方法M，科学出版社，2008。 2.程建刚，田捷，何余良，基于非线性扩散滤波的指纹增强算法，自动化学报，2004 年，第30 卷，第6 期，pp:854-862。3. Joachim Weickert. Coherence-Enhancing Diffusion FilteringJ. International Journal of Computer Visi