指纹识别系统设计-文献综述

第1页文献综述1.课题背景随着网络应用、电子商务的迅猛发展，我们越来越多地依赖智能卡、身份证、密码、数字证书等安全措施进行身份识别和安全认证，但各种措施都或多或少地伴随着需要携带、易遗忘、易丢失、易被盗用等不方便和不安全因素。在现实生活中经常要对人的身份进行识别，例如登飞机时要识别登机者的身份，在银行取钱时要核实取钱者是否是指定账户的合法拥有者，使用计算机时要检查操作者的权限等等。这一方面为信息的共享提供了条件，另一方面也为一些试图非法获取他人信息的犯罪分子提供了机会。因此，如何自动、高效和准确地识别人的身份成为信息安全领域的重要问题1。传统的身份识别方式主要有给予密码的方式和给予凭证的方式，这些方式存在容易遗忘、容易丢失、容易被破译或仿制等缺点，人们需要在与机器之间交易时安全方便，亦即能够简单快捷地使用机器而无须担心安全问题。这便需要一种新的识别技术且所识别的对象必须具有长期不变性和唯一性2。人体的生物特征如指纹、瞳孔、虹膜、掌纹、声音等，均具有不可复制的唯一性。这些特征是人身体上的一部分，不用记忆不用携带，非常方便而且安全性高，所以用它们来识别人的身份是最安全、最可靠、最方便的方法，也是当今社会正在研究的最高级别的保安密码锁系统3。2.研究目的与现状2.1.研究目的和意义近年来，自动发送信息的互联网络，带给人们的方便与利益，正在快速增长之中，但也因此产生了很多的问题，尤其在信息安全方面。无论是团体或者个人的信息，都害怕在四通八达的网络上传送而发生有损权益的事情。由于指纹特征数据可以通过电子邮件或其他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，限定只有指定的人才能访问相关信息，可以极大地提高网上信息的安全性，这样，包括网上银行、网上贸易、电子商务的一系列网络商业行为，就有了安全性保障。在SFNB(SecurityFirstNetworkBank安全第一网络银行)，就是通过互联网络来进行资金划算的，他们目前正在实施以指纹识别技术为基础的保障安全性的项目，以增强交易的安全性4。第2页在在医院里，指纹识别技术可以验证病人身份，例如输血管理。指纹识别技术也有助于证实寻求公共救援、医疗及其他政府福利或者保险金的人的身份确认。在这些应用中，指纹识别系统将会取代或者补充许多大量使用照片和ID的系统5。2.2.研究现状与存在的问题2.2.1研究现状：在我国，近些年随着指纹传感技术和计算机技术的发展成熟，以电场式(真皮感应)指纹传感器为主的指纹识别技术的发展和应用逐步得到了重视，在指纹识别软硬件技术不断改进和发展日趋成熟的基础上，扩大指纹技术的适用范围和应用市场领域成为了当今指纹技术研究的重点6。目前普遍采用的脱机式指纹识别系统硬件结构是由指纹传感器、指纹识别模块、外围控制电路组成的，并且指纹识别模块中多采用DSP作为处理芯片7。2.2.2存在的主要问题：迄今为止，自动指纹识别技术的研究虽然己经取得了很大的成绩，但是同时也面临一些问题。影响指纹识别率的因素有噪声、变形等，例如脏手指、干手指或疤痕等导致的不同时期、不同季节间指纹的差异；芯片表面残留物带来的噪声；手指按压过程中的扭转、拉伸和按压力度等因素会使指纹生变形8。这些都会影响指纹质量，使多次录入的同一手指的指纹不能被指纹识别系统辨识，这样给指纹识别带来困难，直接导致识别错误。随着晶体半导体指纹录入芯片的诞生，使得指纹识别技术从单一的司法应用扩展到民用。为了降低成本，指纹芯片的面积做得尽可能小，这样，由于指纹的多次按压不同，导致同一指纹的重叠区域有时会很小9。传统的基于细节点的指纹识别算法只利用了指纹图像中的一小部分信息（细节点），丢失了丰富的结构信息，对于小面积指纹图像就有可能因为缺乏足够的信息而影响识别率。而且细节点提取过程中，由于噪声的影响，很容易产生虚假细节点和丢失真正的细节点，在指纹的受损区域，这种现象更为突出。另外，由于每个指纹的细节点数都不同，导致产生出的特征向量长度不同，不利于快速匹配（主要指数据库搜索）10。此外，特征匹配时，细节点的相对位置随指纹的弹性变形而改变，会影响匹配精度。3.课题途径及步骤指纹识别技术通过分析指纹的局部特征，从中抽取详尽的特征点，从而可靠地确认个人身份。第3页本次设计提出了一种新型基于DSP的指纹识别系统，硬件上利用DSP的高速处理能力，构建高速的数据处理平台，软件上考虑到DSP和硬件逻辑的处理特点，对传统的指纹算法进行改进，满足实时性和可靠性要求。系统整体上可以分为图像采集模块、图像处理及识别模块以及输出模块三部分。图像采集模块中，由于指纹识别系统中并不需要实时观察图像，所以对传感器要求不是很高，一般的黑白数字CMOS传感器都能满足要求。图像处理及识别模块的结构关系到系统的性能的总体水平，采用FPGA+DSP的体系结构有利于构建高效的数据处理流程和方便处理任务的分配，提高系统的并行程度和资源利用率。指纹识别算法是指纹识别的核心，图像增强是指纹图像预处理需要解决的主要问题，指纹图像增强的主要目的是为了消除噪声，改善图像质量，便于特征提取。而最后则由DSP完成匹配识别算法，并输出处理结果。第4页参考文献1罗西平，田捷.自动指纹识别中图像增强和匹配算法J.软件学报，2002，13（5）：946956.2LinHong，YifeiWan，AnilJain.FingerprintImageEnhancement:AlgorithmandPerformanceEvaluationJ.IEEETransactiononPatternAnalysisandMachineIntelligence,1998,8(20):777789.3吴建明，施鹏飞.一种基于方向场和细节特征匹配的指纹识别方法J.计算机工程与应用，2003，（2）：9193.4王晓卉.“指纹识别与验证系统”技术研究报告J.信息与电脑(理论版).2012(08):32-36.5张志伟.自动指纹识别系统中关于指纹特征算法的研究J.吉林化工学院学报.2013(01):78-83.6林国清，李见为.指纹图像预处理方法的研究J.光电工程.2002(29):27-33.7杨晓磊，赵建东，朱丽.指纹图像预处理的理论分析J.产业与科技论坛.2014(01)：59-67.8汤婷，吴小培.指纹图像增强与特征提