（计算机系统结构专业论文）指纹图像处理与匹配技术研究.pdf

， 1 1 r 埘， 1 - 一 ， ad i s s e r t a t i o s t u d yo n p 。- - r 一 一、 ， 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年一年半口两年口 学位论文作者签名：毛0 旧 签字日期： 友缈尹7 、尹 。 导师签名：li 刁p 签字日期： _ 纱p 7 罗 v vlll 、洲 黟 乙。7 山一 ： 名 。 鹳 加 者乍tjt 艾论 期 位学 日 、 y 东北大学博士学位论文 摘要 指纹图像处理与匹配技术研究 二 摘要 1 随着网络的普及，当前社会对个人身份的安全性要求逐渐提高。指纹以其便携性、 唯一性和识别率高等优点已经成为当前应用最广泛的生物识别技术之一。尽管国内外已 经发表了很多关于指纹识别技术的研究，而且很多基于指纹识别技术的商业产品也已经 问世，但是由于指纹图像的复杂性和识别系统应用性的需求，指纹识别技术仍然存在着 很多亟待解决的问题。 本文在参考和分析了大量近年来国内外关于指纹识别技术的学术资料的基础上，并 综合利用图像处理、模式识别和机器学习等相关方面的知识，对指纹识别技术中的指纹 图像分割、指纹图像增强、指纹的核心点特征提取和指纹匹配等方面做了深入地研究， 并取得了一些在理论和实际应用上都有价值的研究成果。本文的贡献点可概括如下： ( 1 ) 研究了指纹图像分割技术。从三个方面分析了指纹图像的特征。分析了指纹图 像局部的像素灰度的均值和方差、纹路清晰程度以及局部纹路的对称性，提出了指纹的 块内一致性、块间一致性和局部纹路统一性等概念。从多个角度对指纹进行前景和背景 的分割操作。实验结果表明，本算法可以对指纹图像进行很好地分割，并可以很好地处 理指纹中的噪音以及前景和背景区域的交界处，同时消耗了更少的计算时间。 ( 2 ) 研究了指纹图像滤波增强技术。提出了一种改进的基于g a b o rf i l t e r 的方法对指 纹图像进行增强处理。与传统的方法中采用固定增强区域的策略不同，本文根据局部纹 ，路的频率和方向选取了一个可以自动调整的滤波区域。并利用g a b o rf i l t e r 的偶对称性， 快速实现滤波计算。实验结果表明，本方法选取的滤波区域更为合理也更加有效，可以 对指纹纹路进行有效地增强并且减少亍计算时间。 ( 3 ) 研究了指纹核心点特征提取技术。提出了一种利用支持向量机和复数滤波器的 指纹核心点定位算法。首先根据指纹核心点区域与非核心点区域的纹路特点构建特征数 据，并利用支持向量机构建分类模型。利用分类模型进行预测得到指纹核心点的候选区 - i i i - 东北大学博士学位论文摘要 域。根据核一1 1 , 点周围纹路的类对称性走向的特点，构建基于正切函数的复数滤波器，对 指纹核心点的位置和方向值进行精确定位。与传统的复数滤波器相比，本文设计的滤波 器能更好地描述指纹核心点周围纹路的特性。实验结果表明，本方法可以更为准确地定 位指纹的核心点的位置和方向，在计算效率上也有所提高。 ( 4 ) 指纹图像在获取的过程中存在着弹性形变，会在一定程度上改变指纹的纹路位 置。本文设计了一种基于消除形变的指纹匹配方法。首先利用邻近的细节点构建邻接特 征联合体( a f u ) ，接着比较模板指纹和待查询指纹的a f u 得到参考细节点，利用参考 细节点对指纹进行比对。根据待匹配的细节点与参考细节点之间的纹路频率和方向信息 计算出指纹的局部纹路形变量，根据形变量对细节点的位置和方向进行调整以消除形变 所产生的影响，并用调整后的数据进行指纹匹配。实验结果表明，本方法可以很好地减 小指纹图像中出现形变所带来的影响，有较高的匹配效率。 ( 5 ) 指纹图像的不完整性以及噪音的存在会给基于单一参考点的指纹匹配造成影 响。本文提出了基于多参考点的指纹匹配方法。首先利用细节点及其周围的纹路构建局 部特征单元( l f u ) ，比较模板指纹和待查询指纹的局部特征单元得到候选匹配细节点 集合( p m s ) 。通过对候选匹配细节点集合提纯得到真匹配细节点集合( t m s ) 。真匹配 细节点集合中的细节点就作为多参考点。通过比较模板指纹和待匹配指纹中的剩余细节 点到真匹配细节点集合的距离来进行指纹匹配。实验结果表明本文提出的基于多参考点 的指纹匹配方法有着较好的匹配效果。 关键词：指纹图像分割，指纹图像增强，指纹核心点定位，指纹匹配，消除形变，多参 老占 ， 一i v 一 ， _ 一 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t s t u d yo np r o c e s s i n ga n dm a t c h i n g o ff i n g e r p r i n ti m a g e s 二 a b s t r a c t t h ep o p u l a r i t yo fi n t e m e th a sb o o s t e dt h ed e m a n do fs e c u r i t yb a s e do ni n d i v i d u a li d e n t i t y f o ri t s p o r t a b i l i t y , u n i q u e n e s sa n dh i g hv e r a c i t y , f i n g e r p r i n t i sc u r r e n t l yo n eo ft h em o s t w i d e l yu s e db i o m e t r i ct e c h n o l o g i e s a l t h o u g ht h e r eh a sb e e np u b l i s h e dm a n yr e s e a r c h e s a b o u tf i n g e r p i n tr e c o g n i t i o na n dm a n yd e v i s e sb a s e do nf i n g e r p r i n th a v eb e e nd e s i g n e df o r b u s i n e s sa p p l i c a t i o n ，f i n g e r p r i n tr e c o g n i t i o ni ss t i l lac h a l l e n g i n gp r o b l e md u et ot h ec o m p l e x c o n d i t i o n se x i s t i n gi nf i n g e r p r i n ti m a g ea n dl i m i t a t i o n so fr e a lt i m ea p p l i c a t i o n t h i sd i s s e r t a t i o nt a k e sp l e n t yo fr e s e a r c hm a t e r i a l sa b o u tf i n g e r p r i n tr e c o g n i t i o nb o t ha t h o m ea n da b r o a df o rr e f e r e n c ea n da n a l y s i s a n dt e c h n o l o g i e sl i k ei m a g ep r o c e s s i n g ，p a t t e r n r e c o g n i t i o na n dm a c h i n i n gl e a r n i n ga r ea l s oe m p l o y e df o rt h i sr e s e a r c h i n 。d e p t hs t u d i e sa r e m a d ei na r e a so ff i n g e r p r i n ti m a g es e g m e n t a t i o n ，f i n g e r p r i n ti m a g ee n h a n c e m e n t ，f i n g e r p r i n t c o r ep o i n te x t r a c t i o na n df i n g e r p r i n tm a t c h i n g s o m eu s e f u lr e s u l t sa r ey i e l d e di nb o t hf i e l d s o ft h e o r ya n dp r a c t i c e t h ec o n t r i b u t i o n so ft h i sd i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ( 1 ) f i n g e r p r i n ti m a g es e g m e n t i o ni sd i s c u s s e d f e a t u r e so ff i n g e r p r i n ti m a g ea r ea n a l y z e d i nt h r e ed i f f e r e n ta s p e c t s a c c o r d i n gt ot h em e a na n dv a r i a n c eo fp i x e lg r a yv a l u ei nl o c a la r e a , c l a r i t yo ff i n g e r p r i n tr i d g e sa n ds y m m e t r yo fl o c a lr i d g e s ，i n t r a - c o n s i s t e n c y , e x t r a c o n s i s t e n c y a n dl o c a lr i d g ec o n f o r m i t yh a v eb e e nd e f i n e d f o r e g r o u n da n db a c k g r o u n do ff i n g e r p r i n t i m a g ei sd i f f e r e n t i a t e db yu t i l i z i n gm u l t i p l yf e a t u r e s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w t h a tt h e p r o p o s e dm e t h o dc a ns e g m e n tf i n g e r p r i n ti m a g e i na l le f f e c t i v ew a y , e s p e c i a l l yf o r t h er e g i o n s ， b e t w e e nf o r e g r o u n da n db a c k g r o u n d m o r e o v e rt h ec o m p u t a t i o nc o s ti sr e l a t i v e l ys m a l l ， ( 2 ) f i n g e r p r i n ti m a g ee n h a n c e m e n ti sa n a l y z e d a ni m p r o v e dg a b o r f i l t e rb a s e dm e t h o df o r - f i n g e r p r i n ti m a g ee n h a n c e m e n ti sp r o p o s e d t r a d i t i o n a lg a b o rf i l t e r b a s e dm e t h o du s e sa f i x e df i l t e r i n gr e g i o n ，w h i l eam o r er e a s o n a b l ea n de f f e c t i v er e g i o ns e l e c t i n gs t r a t e g yi s d e v i s e do nt h eb a s i so ff r e q u e n c ya n do r i e n t a t i o no fl o c a lr i d g ei n t h i sd i s s e r t a t i o n af a s t i m p l e m e n t a t i o no fg a b o rf i l t e r i sa l s oe m p l o y e df o rt h es y m m e t r yo fg a b o rf i l t e r t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dm e t h o di se f f e c t i v ea n dt h ec o m p u t a t i o nc o s ti s r e d u c e d 一v 一 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t ( 3 ) m e t h o df o rf i n g e r p r i n tc o r ep o i n td e t e c t i o ni s i n v e s t i g a t e d af i n g e r p r i n tc o r ep o i n t d e t e c t i n ga l g o r i t h mb yu s i n gs u p p o r t e dv e c t o rm a c h i n e ( s v m ) a n dt a n g e n tc o m p l e xf i l t e ri s p r o p o s e d i nt e r m so fr i d g ed i s t r i b u t i o ni nc o r ep o i n tr e g i o na n dn o n c o r ep o i n tr e g i o n ，f e a t u r e v e c t o ri sc o n s t r u c t e d t h e ns v m i su s e dt of o r mt h ec l a s s i f i c a t i o nm o d e l a n dt h ec a n d i d a t e r e g i o ni nw h i c hc o r ep o i n te x i s t sc a nb ep r e d i c t e d s i n c et h er i d g ea r o u n dc o r ep o i n ti s h o m o 。s y m m e t r y , ac o m p l e xf i l t e ri sd e s i g n e do nt h eb a s i so ft a n g e n tf u n c t i o n b yc o m p a r i n g t r a d i t i o n a lc o m p l e xf i l t e r , t a n g e n tc o m p l e xf i l t e rc a l ld e p i c tr i d g e sa r o u n dc o r ep o i n tm o r e s u i t a b l e h e n c ef i n g e r p r i n tc o r ep o i n ti sl o c a l i z e dw i t hh i g hr e s o l u t i o n t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dm e t h o dc a n c o m p u t et h ep o s i t i o na n do r i e n t a t i o no ff i n g e r p r i n t c o r ep o i n tp r e c i s e l y m o r e o v e r , t h ec o m p u t a t i o nc o s ti sa l s or e d u c e d ( 4 ) w i t ht h ee x i s t e n c eo fd i s t o r t i o ni nf i n g e r p r i n ti m a g e s t h ep o s i t i o no fr i d g e sc a nb e c h a n g e dt os o m ee x t e n t t h i sd i s s e r t a t i o nd e s i g n saf i n g e r p r i n tm a t c h i n gm e t h o db a s e do n e x c l u d i n ge l a s t i cd i s t o r t i o n f i r s ta d j a c e n tf e a t u r eu n i o n ( a f u ) i sd e f i n e da c c o r d i n gt o n e i g h b o rm i n u t i a e t h e nr e f e r e n c em i n u t i a ep a i ri so b t a i n e db yc o m p a r i n ga f u sb e t w e e n t e m p l a t ea n dq u e r yf i n g e r p r i n t s r e f e r e n c em i n u t i a ep a i ri su s e df o rf i n g e r p r i n ta l i g n m e n t r i d g ef r e q u e n c ya n do r i e n t a t i o nb e t w e e nr e f e r e n c em i n u t i a ea n dq u e r ym i n u t i a ea r eu s e dt o c o n s t r u c tt h ed i s t o r t i o nm o d e l t h ep o s i t i o na n dd i r e c t i o no fq u e r ym i n u t i a ea r ea d j u s t e d a c c o r d i n gt oc o r r e s p o n d i n gd i s t o r t i o nm o d e l t h e nm a t c h i n gp r o d u c u r ei sc a r r i e do u tb y a d o p t i n gm i n u t i a ea f t e ra d j u s t m e n t e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a to u rp r o p o s e dm e t h o dc a l l r e d u c et h ee f f e c to fd i s t o r t i o ni nf i n g e r p r i n ti m a g e ，a n dh a sh i g hr o b u s t n e s s ( 5 ) t r a d i t i o n a lf i n g e r p r i n tm a t c h i n gm e t h o d sb a s e do ns i n g l er e f e r e n c em i n u t i a ec a nb e a f f e c t e d b yp a r t l yo b t a i n e df i n g e r p r i n ti m a g e sa n di n e v i t a b l en o i s e s t h i sd i s s e r t a t i o n p r o p o s e saf i n g e r p r i n tm a t c h i n ga l g o r i t h mb ym u l t i r e f e r e n c ep o i n t s f i r s tl o c a lf e a t u r e u n i t ( l f u ) i sc o n s t r u c t e db yu s eo fm i n u t i aa n di t sn e i g h b o rr i d g e s p o t e n t i a lm a t c h e d m i n u t i a es e t ( p m s ) i so b t a i n e db yc o m p a r i n gl f u so ft e m p l a t ea n d q u e r yf i n g e r p r i n t s t r u e m a t c h e dm i n u t i a es e t ( t m s ) i so b t a i n e db yp u r i f y i n gp m s m i n u t i a ei nt m sa r eu s e da s m u l t i - r e f e r e n c ep o i n t s t h er e m a i n i n gm i n u t i a ea r ec o m p a r e da c c o r d i n gt ot h ed i s t a n c ef r o m m i n u t i a et ot m s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h em u l t i r e f e r e n c e p o i n t sf i n g e r p r i n t m a t c h i n ga l g o r i t h mi sm o r ee f f e c t i v ea n de f f i c i e n tt h a nt h es i n g l er e f e r e n c ep o i n tf i n g e r p r i n t m a t c h i n ga l g o r i t h m k e y w o r d s ：f i n g e r p r i n ti m a g es e g m e n t a t i o n ，f i n g e r p r i n ti m a g ee n h a n c e m e n t ，f i n g e r p r i n tc o r e p o i n tl o c a l i z a t i o n ，f i n g e r p r i n tm a t c h i n g ，e x c l u d i n ge l a s t i cd i s t o r t i o n ，m u l t i r e f e r e n c ep o i n t s v i 一 一 y 一 卜 东北大学博士学位论文 目录 目录 、 独创性声明i f ，摘要一i i i a b s t r a c t v 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 1 1 生物识别技术1 1 1 2 指纹识别技术一3 1 2 指纹识别技术中的基本问题一4 1 2 1 基本原理和基本框架一4 1 2 2 指纹图像获取一7 1 2 3 指纹图像预处理9 1 2 4 指纹特征提取1 0 1 2 5 指纹匹配1 0 1 2 6 指纹分类1 0 1 3 本文的研究目标1 l 1 4 本文的组织结构1 2 第二章多阶段指纹图像分割算法1 5 2 1 问题描述16 2 2 相关工作1 6 - 2 3 多阶段指纹图像分割17 2 3 1 初始分割1 7 二丢菇卜基手毛。a b e 卜烈锄僦的分鲁l 一一一一一一一1 8 2 3 3 基于局部纹路统一性的分割2 1 2 4 分割算法伪代码2 4 2 5 实验测试与结果2 5 一v i i 东北大学博士学位论文目录 2 5 1 实验参数2 5 2 5 2 分割结果比较2 6 2 5 3g i 值测试31 2 5 4 时间消耗分析3 2 2 6 本章小结3 3 第三章改进的基于g a b o rf i l t e r 的指纹图像增强算法3 5 3 1 问题描述3 6 3 2 相关工作3 6 3 3 指纹纹路频率和方向计算3 7 3 3 1 指纹纹路方向计算3 7 3 3 2 指纹纹路频率计算4 0 3 4 改进的基于g a b o rf i l t e r 的指纹图像增强。4 1 3 4 1g a b o rf i l t e r 的基本原理和性质4 1 3 4 2 指纹图像增强4 4 3 4 3g a b o rf i l t e r 快速实现4 6 3 5 增强算法伪代码4 6 3 6 实验测试与结果4 7 3 6 1 实验参数4 7 3 6 2 指纹图像增强4 7 3 6 3 算法时间消耗测试5 0 3 7 本章小结5 0 第四章基于支持向量机和复数滤波器的指纹核心点定位算法5 3 4 1 问题描述5 3 4 2 相关工作5 4 4 3 利用支持向量机对指纹核心点候选区域进行定位5 5 4 3 1 支持向量机介绍5 5 4 3 2 指纹核心点候选区域确定5 8 4 4 利用改进的复数滤波器精确定位指纹核心点6 0 4 4 1 传统的基于复数滤波器定位指纹核心点方法6 0 。v i i i - 东北大学博士学位论文目录 4 4 2 改进的复数滤波器设计6 2 4 5 算法伪代码6 4 4 6 实验结果与分析6 6 4 6 1 实验参数6 6 4 6 2 指纹图像的复数滤波器响应值6 7 4 6 3 指纹核心点候选区域确定6 7 4 6 4 精确定位指纹核心点6 9 4 。7 本章小结7 3 第五章基于去除形变的指纹匹配7 5 5 1 问题描述7 5 5 2 相关工作7 6 5 2 1 指纹匹配技术7 6 5 2 2 指纹细节特征点提取技术7 7 5 3 邻接特征联合体与指纹比对7 8 5 3 1 邻接特征联合体7 8 5 3 2 指纹比对一8 0 5 4 全局匹配8 2 5 5 匹配算法伪代码8 5 5 5 1 指纹比对8 5 5 5 2 全局匹配8 5 5 6 实验结果与分析8 6 5 6 1 实验参数8 7 5 6 2 匹配分数分布8 7 5 6 3r o c 性能测试8 8 5 7 本章小结8 8 第六章利用多参考节点对指纹进行匹配9 1 6 1 局部特征单元构造9 1 6 2 初始匹配阶段9 2 6 3 提纯阶段9 3 一l x 东北大学博士学位论文 目录 6 4 最终匹配阶段9 5 6 5 算法伪代码9 7 6 6 实验结果与分析9 9 6 6 1 实验参数9 9 6 6 2 匹配分数分布9 9 6 6 3r o c 性能测试1 0 0 6 7 本章小结1 0 1 第七章结束语1 0 3 7 1 本文工作总结10 3 7 2 未来的研究方向1 0 4 参考文献10 5 弱【 谢1 17 攻博期间发表的文章1 1 9 科研经历1 2 1 作者简介1 2 3 一x 一 _ + p 东北大学博士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 生物识别技术 第一章绪论 在当今的日常生活中，到处都会用到对个人身份的识别验证。无论是网上购 物、信用卡消费，还是进入特殊场所。传统的个人身份识别方式，如密码、磁卡、 钥匙和身份证等不仅繁琐而且不便于携带，甚至还会受到证件伪造、密码破解等 手段的威胁。但随着近年来科学技术的不断发展，生物识别( b i o m e t r i c ) 正被越 来越多地应用于个人身份识别领域。 人类在追寻文档、交易及物品的安全保护的有效性与方便性时经历了三个阶 段的发展：第一阶段是采用各种机械钥匙，属于最初始的方法；第二阶段是由机械 钥匙发展到数字钥匙如密码或条形码等。但这两种方法均存在被破解、盗用或遗 忘的可能性，而且有携带或记忆不便等缺点，于是识别技术发展到第三阶段，便是 利用人体所固有的生物特征来辨识与验证身份【1 1 。由于人体特征具有不可复制的唯 一性，生物密钥便无法复制、失窃或被遗忘，因此是当今数字化生活中最高级别 的安全密钥系统。 “生物识别是基于人体的一种或多种内在的物理特征或者行为特征来进行个 人身份验证的一种技术”这是维基百科给出的关于生物识别的定义1 2 j 。生物识 别是一种分析和测量生物学数据的科学和技术。随着信息技术的发展，生物识别 技术主要用来分析和测量人体的生物特征。例如利用人体的指纹、虹膜、声音、 掌纹和步态等特征来进行个人身份认证，可以有效地保护个人的安全和隐私。 指纹、脸型、虹膜、耳廓、签名、声音等都是人体的生物特征，它们都具有 唯一性和稳定性的特点。生物识别技术正是利用这种人体的特征来进行身份认证 识别的技术。几十年来，这种技术一直处在被遗忘的角落。现在，生物识别技术 却得到了人们越来越多的关注，而这种转变则要归功于人们对安全保障机制的需 求的快速增长，另外，科技的不断进步和成本的逐步降低也是重要的原因。因此， 指纹识别、人脸识别、虹膜识别和语音识别等多种生物识别技术都得到了长足地 东北大学博士学位论文第一章绪论 发展【引。 生物识别被美国麻省理工学院列为二十一世纪十大技术之一。微软公司董事 长比尔盖兹宣布传统的身份认证技术将被生物识别技术取代，生物识别将成为 i t 业界新的变革。微软曾多次表示：“传统的身份认证技术已经不能满足当前的需 要”。美国r s a 公司也曾表示：“用户的密码已经变得非常脆弱，用户使用互联网 信心不足”。在此情况下，生物识别技术受到了普遍的关注。微软与r s a 执行了 “抗篡改生物识别i d 卡计划，并为此投入了7 0 亿美元1 4 1 。 利用生物识别技术进行身份识别，过程方便快捷，而且安全系数也得到了很 大的提高。生物识别系统的基本步骤如下：首先通过系统对个人的生物特征进行 取样，提取其惟一的特征并转化成特定的数字格式并存储在数据库中。当人们在 与识别系统交互进行身份认证时，识别系统获取待匹配个体的特征并与数据库中 的特征进行比较，以确定是否有匹配的结果，从而决定接收或者拒绝个体。由于 每个人的生物特征都具有与其他人不同的唯一性、在一定时间内不变的稳定性和 方便携带等特点。所以与传统的身份识别手段相比，基于生物特征的生物识别技 术不易伪造或假冒、不易遗忘或丢失，非常安全、可靠和准确。同时，生物识别 技术产品结合现代计算机技术，很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合， 实现自动化管理。 金额 ( 百万 0 0 0 ，0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 $ 0 0 0 8 z o o 日z u l 0z d llz u l zz 0 1 3z 0 1 4 年 图i i 生物识别产业年度市场收益预测，2 0 0 9 2 0 1 4 f i g 1 1p r e d i c t i o no fa n n u a lb i o m e t r i ci n d u s t r yr e v e n u e s ，2 0 0 9 2 0 14 图1 1 给出了国际生物识别组织( i n t e m a t i o n a lb i o m e t r i cg r o u p ) 对生物识别技 术在未来几年内的市场收益分析5 1 。从图中可以看出，生物识别技术的市场收益每 年都在大幅增长，预计在2 0 1 4 年达到近1 0 0 亿美元。随着射频识别( r f i d ) 技术 一2 一 缸$k$ 东北大学博士学位论文第一章绪论 的成熟、第三代移动通讯设备的规模化建设、个人数字终端的高度集成，以及社 会信息化的不断加深，这些都将推动生物识别技术及其产业的快速发展。一旦与 这些技术结合，生物识别市场将会呈现出爆炸式的增长，其前景是非常可观的。 1 1 2 指纹识别技术 指纹识别技术是利用了每个人的指纹都是各不相同的和终身不变的特点从而 进行识别鉴定的一种技术。指纹不会随着人的年龄增长或身体的健康程度的变化 而发生变化，而人体的其它生理特征如声音、脸型等却有可能会发生变化1 6 j 。十九 世纪初，科学家们发现，每一个人的指纹特征都是不同的，即使是相貌酷似的孪 生兄弟姐妹，他们的指纹特征也各不相同；同时，指纹特征是终生不变的。自胎 儿六个月指纹完全形成到人体死亡之前，尽管随着年龄的增长，指纹在外形大小、 纹路粗细上会有变化，但同一手指的指纹的纹路类型，细节特征却始终无明显变 化。正是因为指纹的这种唯一性和终生不变性，使其成为了个人身份鉴定识别中 最有效的方法之一。随着个人电脑和光学扫描这两项技术的革新，使得它们作为 获取指纹图像的工具成为现实，从而使指纹识别技术可以在其它领域得以广泛应 用。取像设备的引入及其飞速发展，生物识别技术的逐渐成熟，可靠的指纹匹配 算法都为指纹识别技术提供了更为广阔的舞台。 自动指纹 其它方式 1 6 图1 2 各种生物识别技术所i b 有的市场份额统计，2 0 0 8 年 f i g 1 2s t a t i s t i c so f a n n u a lb i o m e t r i ci n d u s t r yr e v e n u e s ，2 0 0 8 3 别 东北大学博士学位论文第一章绪论 指纹识别技术是一项研究最早、应用最广泛的生物识别技术，它具有样本采 集方便、采集仪器小型化、识别系统成本较低等特点。相对于其他的生物特征识 别技术，指纹识别技术是发展较为成熟的一个。图1 2 展示了国际生物识别组织 ( i n t e r n a t i o n a lb i o m e t r i cg r o u p ) 公布的2 0 0 8 年各种生物识别技术所占有的市场份 额的统计表【5 l 。可以看出指纹识别技术占全部市场份额的6 6 7 。由此可知指纹识 别技术占有者大量的市场空间，社会对指纹识别的需求非常广阔。 1 2 指纹识别技术中的基本问题 1 2 1 基本原理和基本框架 i 0 。专 杉：， 掺曩7 惹：霉 2 爹戮9 ，一二：屯麓菇i ? 图1 3 指纹图像展示 f i g 1 3d e m o n s t r a t i o no ff i n g e r p r i n ti m a g e s - f 瓯眵锣馥 荔豢燃 ，9 二u 0。厂弋，。矿一? 警0 * 够杉翰荔矧：二哆。乏孟釜蔓箩 4 一 东北大学博士学位论文第一章绪论 戳篓瓣畿骥 ，、爹乡? 缆， 一，一 东北大学博士学位论文第一章绪论 些细节点的位置、类型和方向共同确定了指纹的唯一性。也就是说，不