1、毕 业 论 文基于 Matlab 的指纹识别姓 名 院(系) 专业班级 学 号 指导教师 职 称 论文答辩日期 学生承诺书本人郑重声明:所提交的学位论文,全部是本人在指导教师的指导下,和同学们的协助下独立完成的工作研究成果。文中除了特别标注和致谢的地方外,学位论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。签名:_日期:_摘 要随着科学技术的不断发展,自动化的指纹识别技术如今已经被人们广泛地应用在银行、商业交易、公安部门、海关部门等需要对人的身份进识别的领域,而本文所描述的是对自动化指
2、纹识别系统的研究现状以及自动化指纹识别系统的基本算法和流程,本实验是利用 MATLAB2012 来进行了指纹识别系统的仿真和实验的。然而在生物识别技术的快速发展的今天,人们通过研究发现了每一个人的指纹都具有唯一性和不变性。也正因为这样,指纹识别技术正在逐步的发展成为一种新的身份识别技术,并且凭借它良好的安全性以及可靠性,逐步有取代传统身份认证的方式趋势。本文简单的介绍了指纹识别图像的预处理的方法和步骤。指纹图像预处理之后将会得到一个宽度为统一像素的细化后的二值化图像,最后再根据特定的指纹图像的端点以及交叉点的特征进行对指纹自动匹配。本论文中采用 MATLAB2012 编程实现所有算法。关键词:
3、指纹识别技术 指纹图像预处理 指纹识别 MATLAB2012目 录1 绪论 .11.1 生物特征识别的意义 .11.2 生物特征识别分类 .22 指纹识别的原理和方法 .52.1 指纹识别的基本原理 .52.2 指纹识别系统工作流程 .52.3 指纹识别技术的方法 .72.3.1 神经网络指纹识别算法 .72.3.2 滤波特征和不变矩指纹识别算法 .72.3.3 指纹匹配算法 .93 指纹识别算法的实现 .103.1 指纹图像的预处理 .103.1.1 图像的平滑 .103.1.2 图像的归一化 .123.1.3 图像的纹理方向 .133.1.4 图像的二值化 .153.1.5 纹线细化 .1
4、63.2 指纹图像的特征提取和特征匹配 .193.2.1 特征提取 .193.2.2 特征点匹配 .204 系统实现 .224.1 仿真实验前期准备 .224.1.1 仿真实验的实验软件 .224.1.2 仿真实验数据 的选取 .224.1.3 仿真实验界面的设计 .234.1.4 仿真实验算法 .244.2 指纹图像的预处理 .254.3 实验结果与分析 .314.4 实验结果分析与总结 .405 小结 .41参 考 文 献Abstract致 谢仲恺农业工程学院毕业论文(设计)成绩评定表1 绪论如今,生物特征识别领域中的最为成熟的应用技术之一-指纹识别技术。其实它已经有非常悠久的历史了。很久
5、以前,指纹识别技术已经很早就应用于刑事侦查和司法鉴定领域了,很多人不知道的是。随着计算机网络和信息处理技术的快速发展,这门历史悠久的指纹识别技术也开拓了更多更广阔的市场,自动的指纹识别技术和与其相关的产品越来越多的应用在普通人的生活当中。1.1 生物特征识别的意义生物识别技术(Biometric Identification Technology)的定义是:利用人体的不同的生物特征来进行对人的身份进行认证的一种技术 1。这是因为人的生物特征是唯一的,可以区分与他人不同的特征。并且我们还可以通过技术测量或者是自动识别来检验出生理特性以及行为方式,我们所说的这个特征分为生理特征、行为特征。我们对生
6、物特性来进行提取并放入数据库,再将提取出来的人的唯一特征和它的身份一一对应起来。典型的生物识别系统的主要系统结构如图 1.1 所示:图 1.1 生物识别系统主要结构框图在当今世界的很多计算机系统中,其中包含了很多非常机密非常军方的系统,而这些系统都是简单的使用“账号户名+密码”的方式来进行对用户的身份的认证以及访问的控制。但事实上,这种设计方案却经常遇到一些很常见的问题。比如,设置的密码容易被人们忘记,密码太多一时容易混乱,而且与此同时,密码毕竟不会很长很复杂所以也很容易被他人所窃取。而最重要的一点是,如果用户一时间忘记了当初他设置的密码,他就不能进入系统了,当然忘记密码可以通过身份认证来重新
7、设定密码来恢复工作,但是这样做很耗费时间,而且身份认证的手续麻烦,条件很多,这会给用户带来很多损失。很多有关机构通过调查,表明了因为用户忘记密码而产生的一连串问题已经成为阻碍人们生活的一个重要问题。人们而为了防止这类事件的频繁发生,一种新的身份认证手段便由此而生,这便是“人体的生物特征识别技术”。它的诞生是因为每一个人自身所具有的生物特征不同,而这种不同恰好可以对每个人的真实身份来进行识别和认证。然而我们的这些生物特征大部分都具备“人格各异”、“始终不变”和“随时携带”的这三个主要的特点,然而这也确保了我们的生物特征识别技术的精确性以及可靠性。1.2 生物特征识别分类目前为止,有很多生物特征识
8、别技术。但是,它们当中有的已经逐步得到应用和推广,而有的还仅仅处于实验研究的阶段。(1)虹膜识别虹膜识别技术: 利用人眼虹膜终身不变性,虹膜差异,为人类识别的技术是虹膜识别技术。虹膜识别技术与其相对应的算法结合之后,可以达到很高的精度。(2)视网膜识别视网膜识别技术:是使用激光照射在人的眼球背面,从中获得具有唯一性的视网膜特征来进行身份的识别。 (3)面部识别面部识别技术:通过对人的面部表情特征,以及这些表情特征之间的相互关系,来进行对比和识别的就是脸部识别。(4)手写体识别手写体识别:所谓的手写体识别就是将手写的文字进行数字化的一个过程,通过测量图像本身以及写字的动作,以及在每个字母与字母之
9、间,人们的用不同的速度、写字不同的顺序等来进行识别的,手写体识别和语音识别是一样的,都是一种人体行为测定学。 (5)语音识别语音识别:语音识别的定义就是通过不断地测量、通过记录出语音的波形和声音的变化特征,再根据现场所采集到的语音样本和登记过的语音模板进行的匹配,最后再通过计算机来进行判断。 语言识别和其他的行为识别技术一样,因为人的语音变化的范围太大,所以有时候而很难进行一些精准的匹配;同时语音还会随着发音的音量、发音的速度和不同的音质变化导致采集到语音会与要对比的模板有不同的结果。(6)基因识别 DNA 基因识别:基因识别是当今世界最准确的生物识别方法之一。但实现该技术所需的设备非常复杂而
10、且非常昂贵,而且还需要专业的技术人员来进行操作这些设备,而且基因识别所花费的时间会很长,所以 DNA 基因识别技术到目前为止还不能广泛的应用在日常生活中。(7)指纹识别指纹识别技术:对 “全局特征” 、 “局部特征”进行分析的技术就是我们所说的指纹识别技术。而且我们每一个人的指纹都具有独一无二的特征点,而且这些特征点都是可以测量的。每一个特征点还会伴随着大概七个左右不同的特征。可想而知,我们有 10个手指,将产生至少 4900 的独立功能并可以测量的数据。这将意味:指纹识别技术是一个门可靠的身份识别技术。根据不同的人的指纹也会有不同,即使是同一个人,也会有不同的指纹。而且纹线走向、纹线的断点、
11、交叉点的不同更加决定了指纹都具有“唯一”的这种特性,这恰恰就是指纹识别技术的原理。不仅如此,我们的指纹也是不会随着我们年龄的增长而发生太大的变化,也就是说我们指纹是终生不变的。利用唯一性和稳定性这个指纹的特性,可以将一个人身份个人信息和他所对应的指纹联系起来。实现的方法就是:通过对他的指纹样本的预先保存,再和指纹模板进行配对和比较。再利用计算机对指纹图像进行快速的识别。这样就能很快的识别出指纹所对应的的人的真实身份了。从而达到一种身份认证和识别的功能。常用的几种生物特征识别技术的技术性能比较如表 1.1 所示:表 1.1 常用生物识别技术比较由表中很明显得可以知道,指纹识别已经是各种生物特征识
12、别领域中综合性能最好的技术之一。正因如此,指纹识别技术在当今的身份认证系统中被人们广泛的应用了。2 指纹识别的原理和方法2.1 指纹识别的基本原理指纹识别技术其实是比较复杂的。自动识别技术与人工识别技术的方式不同,很多掌握生物识别技术的公司并不是直接对指纹图像进行存储的。而是多年来在各个公司及其研究机构产生了很多数字化的算法。指纹识别算法最终还是归结在指纹图象上找到并比对指纹的特征。1指纹的特征总体特征和局部特征是我们用来定义指纹和识别指纹的两个重要的特征。总体特征:那些光靠人的眼睛就可以很直接的区分到的生物特征被我们称为是总体特征。环型、 弓型、 螺旋型这都是指纹的总体特征。而且其他的指纹螺
13、纹图案也都是基于这三种基本的螺纹图案的。因此,仅仅依靠这三种基本的螺纹图案来区分指纹是远远不够的,但是,这样做只是为了做一个粗略的分类,因为这样就可以大大减少搜索数据库时的工作量。局部特征:所谓的局部特征就是指纹图像上的节点的特征,这些具有某种特征的节点我们称之为特征点。我们知道:一般特征,有时两个指纹是相同的,但我们正在谈论的代表局部特征点的特征,这将是不同的。2指纹的特征点我们知道,手指的指纹的纹路并不是连续的,它们有些是打断的,有些是光滑的,有些是弯的,有些是直的,有些是分开的。而这些指纹的断点、 分叉点还有转折点就被我们称作为“特征点” 。正因为有了这些特征点,才保证了我们的指纹是唯一的。2.2 指纹识别系统工作流程读取采集到指纹图象、提取特征点、保存特征点数据和对特征点数据进行比对是指纹识别技术主要的四个步骤。首先,指纹要通过指纹采集设备(Fingerprint acquisition device) ,常见的采集设备有光学取像设备、 超声波扫描取像设备、 晶体传感器等。其中,运用的最多的是晶体传感器。接着,将采集到的指纹图像转换为计算机内可以识别的数字图像就是我们所说的灰度图。但是,由于我们在采集过程中,难以避免因为手指或者是仪器的原因,导致采集