指纹识别算法的研究与实现-文献综述

第1页开题报告（文献综述）1.引言随着网络信息时代的快速发展，个人身份的数字化和隐形化水平也得到了提高。如何准确鉴定一个人的身份，保护信息安全是当今信息化时代必须解决的一个关键性社会问题。目前，我国的各种管理大部分使用证件、磁卡、IC卡和密码，这些手段无法避免伪造或遗失，密码也很容易被窃取或遗失。这些也很容易被窃取或遗忘。这些都给管理者和使用者带来很大不方便。生物特征身份鉴别方法可以避免这些麻烦，因此，指纹识别技术已成为身份鉴别领域的研究热点。生物特征识别(BiometriCS)技术是指通过计算机利用人体所固有的生理特征或行为特征来进行个人身份鉴别。生理特征与生俱来，多为先天性的;行为特征则是习惯使然，多为后天性的。这里将生理和行为特征统称为生物特征，用于身份鉴别的生物特征应具有普遍性，即任何人都具有这一特征;唯一性，不同人的这一特征各不相同;稳定性，这一特征不随时间、外界环境等的变化发生改变;可接受性，用这一特征进行人体身份鉴别可以被人们接受和认可;防伪性，这一特征不易仿造、窃取。因此，指纹识别技术作为该技术的一种，具有高可靠性和高安全性。2.背景2.1.研究的背景及意义科学技术的迅猛发展为人类的生产生活带来了极大的便利，大大地推动了现在社会的进步和发展。在网络化时代的今天，我们每个人都拥有大量的认证密码，比如开机密码、邮箱密码、银行密码、论坛登陆密码等等；并配备了各种钥匙，如门锁钥匙，汽车钥匙，保险柜钥匙等。这些都是传统的安全系统所采用的方式，随着社会的发展，其安全性越来越脆弱。而我们的生活随时都需要进行个人身份的确认和权限的认定。指纹特征是人终生不变的特征之一，而且不同人的指纹特征相同的可能性几乎为零。人体指纹含有天然的密码信息，其具有作为密码信息必须具备的三个重要性质：广泛性，指每一个正常人都有指纹。唯一性，指每一个人的指纹都不同。终生不变性，指非意外事故指纹终身不变。因此，指纹识别技术，作为一种可靠的生物识别技术1，受到了人们的重视。尽管第2页人们已经对自动指纹识别技术作了深入广泛的研究，指纹识别技术也获得了不少应用，但是指纹识别的应用在目前并没有获得普及，这主要是因为指纹识别在识别准确性和识别速度方面还远远不能满足很多实际应用的要求。这就要求研究指纹识别环节中若干问题，这对于问题的解决很有意义。2.2.指纹识别技术的发展现状指纹自动识别系统是集计算机、网络、光电技术、图像处理、智能卡、数据库技术等于一体的综合高技术。目前的指纹自动识别系统是采用先进的光电识别办法采集一个指纹信息,并把它变成可以和已由计算机处理过的暗码相比对的代码。这些代码都经过加密处理,然后经独特的相关算法进行识别判断,在算法上有的采用是一个指纹的全部图案,而有的是指纹的特殊细节。目前的自动指纹识别系统已具有如下特点:(1)可靠性:采用独特的容错技术,既使指纹有破坏,即指纹不全或指纹随时间有自然的变化时也不影响正确识别。(2)快捷性:大多数系统鉴别时间仅需13s,登录注册一个新客户只需1min的时间。(3)灵活性:一个指纹信息的代码可以压缩到几十个字节到几百个字节,因此可以存放在一个磁条上或者一张两维条码卡上或者IC卡上,甚至几个指纹代码可以存在一张智能卡上。当然,成千上万的代码可以存放在局域或网络化数据库中,这样,代码可以沿网络迅速传输,因而可以灵活的构成各类系统,即可以独立使用或集成到一个大范围的出入口控制或者安全处理系统如证卡存档识别系统中。(4)可接受性:一个因素是目前的系统具有高性能;另一个因素是目前的系统设计已考虑到人类工程学设计,因而易被用户接受。(5)安全性:所有个人代码都经过了特殊加密,通过所存储的代码不可能复原原指纹,彻底避免了指纹的冒用,因此既使证卡丢失,也不存在安全问题。(6)方便性:目前出现的各类指纹识别系统一般外观设计精巧、结实,采用了精密独特的光电系统,具有LD或全程液晶提示,备有多种安装模式8。3.研究内容与要求3.1.研究内容（1）综合分析了指纹分割目前主流的三种趋势，并选择均值方差法对指纹进行分割，并用matlab语言来对指纹图像进行分割。分割前还对图像进行低频归一化处理7。（2）对分割好的图像进行了二值化处理，使得细化的信息量大大减少。选用了一种比较精确的模板细化，得到了指纹细化后比较清晰的图像5。（3）对细化后的图像进行特征提取，其中分叉点和端点视为特征点，小桥、边界、第3页毛刺视为伪特征点，对他们进行加以区分和提取以进行匹配。（4）在上述的特征点的部分选用了点模匹配，以特征点满足相对距离的个数和相对值为依据判断是否匹配2。3.2.研究要求研究要求构建指纹识别完整模型，包括图像获取、图形预处理、特征提取、图像识别各环节的软件算法；在图像预处理过程中，充分考虑图像去噪、图像增强等有关算法；同时，设计基于指纹识别的用户管理界面；掌握图像处理原理与模式识别原理，熟练掌握MATLAB软件及该软件中的ImageProcessingToolbox及其编程技巧；掌握指纹识别的概念与实现过程框图；熟练掌握指纹图像的特征、特征提取、指纹识别方法；参照国内外同行取得的研究成果，不断改进算法模型。针对实际应用，探讨该模型算法的优点；讨论指纹图像数据库的大小、系统容量、训练样本随机变化、以及选择不同算法时对识别率的影响；得出具有一般性指导意义的结论。4.本人对课题任务书提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析实现指纹图像的识别,常采用自动指纹识别系统AFIS(AutomatedFingerprintIdentificationSystem)。该系统主要包括以下几个流程：指纹取像，图像预处理，特征提取，指纹识别。将一个人的指纹采集下来输入计算机进行处理是指纹自动识别的首要步骤。指纹图像的获取主要利用设备取像,方便实用。图像的预处理和特征提取，无论采取哪种方法提取指纹,总会给指纹图像带来各种噪声。预处理的目的就是去除图像中的噪音,把它变成一幅清晰的点线图,以便于提取正确的指纹特征。预处理是指纹自动识别过程的第一步,它的好坏直接影响着指纹识别的效果11。常用的预处理与特征提取方法的主要步骤包括方向图计算、图像滤波、分割、二值化、细化、提取特征和后处理。然后通过已有的指纹库将其识别出来。5.总结MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）之意，MATLAB语言是一种优秀的计算机语言，具有数学运算能力是它的突出优点之一。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能，它有着不同于其他语言的特点。第4页参考文献1.赵磊,陈琼,陈中.一种新的改进OPTA细化算法J.计算机应用,2008,28(10):2639-26422.KASSM,WITKINA,TERZOPOULOSDSnake:ActivecontourmodelsJ.InternationalJournalofComputerVision,1988,1(4):32l一3313.MORTENSENEN,BARRETFWA.IntelligentscissorsforimagecompositionJ.ProceedingsoftheACMSIGGRAPH95.NewYork,NY，USA:ACM,1995,8:1911984.王崇文,李见为,周宏文.指纹识别系统的设计与实现J.计算机应用,2001,21(12):23255.郭晶莹,吴晴,商庆瑞.基于Matlab实现的指纹图像细节特征提取J.计算机仿真,2007,24(1).6.文鹃,杨公平,董晋利.指纹图像分割方法综述J.山东大学学报,2010.45(7):94-1007.谢立锋,陈灵枭.浅谈指纹识别基本原理J.技术与市场,2008.1:44-458.王业琳,宁新宝,尹义龙.指纹图像细化算法的研究J.南京大学学报:自然科学版,2003,39(4):469-4759.姜腾云，指纹识别门禁系统的matlab仿真实现.江门：五邑大学，201110.高月红.灰度图像分割算法的研究J.科技