指纹识别研究与实现开题报告

1、开题报告毕业设计题目：指纹识别研究与实现指纹识别的研究与实现叶琛(11电子信息科学与技术 班 Xb11640120)1.选题意义由于传统身份识别方法的精确性较低，安全漏洞较大，已不能完全满足现代社 会经济活动和社会安全防范的需要，人们都期待有一种不易被他人代替、仿制、甚至 其本人也无法转让的新身份识别方式来满足自身的需求。生物特征身份鉴别技术是通过计算机将人体所固有的生理或行为特征收集并进 行处理，由此进行个人身份鉴定的技术 。生物特征身份鉴别技术作为新兴的身份 鉴别方法2，能够克服传统方法的弊端，更安全、可靠、准确、方便。指纹识别技 术是一项新兴技术，它可以代替你的一系列密码和钥匙，是生活、

2、工作变得更加安 全，便捷。近年来指纹识别技术也同样应用到了IT行业。能够作为身份鉴别的生物特征，应具有以下几个特点：(a)广泛性：每个人都具有此生物特征。(b)稳定性：该生物特征不随外界条件和时间的变化而变化。(c)唯一性：每个人具有的该项生物特征互不相同，独一无二。(d)可采集性：所选的生物特征应该有利于测量。相对于其它生物特征识别技术而言，指纹识别技术是目前最为成熟的、应用最 为广泛的、一种更理想的身份认证技术3。正是由于人体指纹具有人人都有的普遍 性，每人不同的唯一性、不随年龄而变化的稳定性 4。我们就可以把一个人和他的 指纹对应起来，只需将他的指纹和预先保存的指纹模板进行比较，就可以验

3、证他的 真实身份。2研究内容及预解决问题2.1 研究内容目前自动指纹识别系统中常用的方法是 FBI提出的以指纹细节点模型来做细节 匹配，通过将细节点表示为点模式，指纹识别问题就转化为点模式匹配或图形匹配的 问题，但此方法有较大缺陷。一方面，该方法需要大量的图像预处理过程，伪特征点 对系统影响较大。另一方面，基于指纹细节特征点的匹配方法在一定程度上解决了指纹匹配的问题，但是对质量很差的指纹图像很难正确提取细节特征点。所以根据近几年来科学界一直在探讨的新思想：基于指纹纹理特征实现指纹识别 的方法对指纹识别系统进行了研究与设计。指纹的表面是由连续变化的脊线构成， 指纹中的脊线结构被认为是一种方向性的

4、纹理图像。2.2 预解决问题1 .指纹识别原理和每个步骤：指纹除了在细节点和奇异点等处外，具表面大部 分区域是由方向连续变化的脊线和谷线交替构成，在端点处，指纹脊线突然终止； 在分叉点处，三条指纹脊线汇集在一起。指纹的纹理特征注重指纹的整体流向和较 好的局部方向性，可以看作是一种方向纹理。对于大多数纹理图像而言，在频域内 它们一般都分布在有限的频带范围内，并且不同纹理在其频域内表现出来的特性是 不同的。正因为纹理图像具有不同的方向、相位、空间频率等特性，因此，我们可 以将其分解到不同的方向子带和频率子带中分析，从而区别它们。2 .指纹的采集：指纹图像的采集是指纹识别的前提。指纹由图像采集设备转

5、化 成数字图像后才能用计算机处理。指纹传感器是常用的指纹图像采集设备，指纹传 感器主要有三大类：光学传感器、半导体传感器和超声波传感器等。近年来，以半 导体指纹传感器发展最为迅速，半导体电容传感器根据指纹的崎和峪与半导体电容 感应颗粒形成的电容值大小不同，来判断什么位置是崎，什么位置是峪，从而形成 指纹图像数据。3 .图像处理（灰度归一、确定中心点）：为了提高指纹图像的处理和匹配效率， 需要将指纹图像进行灰度归一化。灰度归一化就是将原指纹图像灰度值的均值和方 差调整到所期望的均值和方差。其目的是把指纹图像的平均灰度和对比度调整到一 个固定的级别上，降低指纹脊线和谷线间的灰度偏差，为后续处理提供

6、统一规格的图 像。4 .提取指纹特征：指纹识别系统中，必须对指纹进行特征提取，然后根据特征 及其相互之间的位置与拓扑关系在指纹库中进行匹配，从而检索到有关信息。5 .指纹匹配：指纹匹配就是用当前输入指纹的特征与事先保存的模板特征进行 比对，从而来判断该两枚指纹图像是否来自同一个手指。其核心技术是指纹数据库 的检索与指纹特征编码的比对与判断。3总体研究思路及预期结果3.1 总体研究思路图像处理主要分为指纹图像灰度归一化、中心点确定、图像切割提取有效区域 是指纹图像的预处理，主要是为利用Gabor滤波器提取指纹特征作准备，指纹图像特 征编码的计算和匹配是指纹识别的核心。采集原始图像图3-1指纹识别

7、流程3.2 分步流程3.2.1 灰度归一化一般采用细节点特征匹配的指纹识别系统，在指纹归一化处理以后，还要进行 图像二值化和细化处理910,为提取细节特点作准备。由于本文采用指纹纹理特 征识别指纹，因此就可以略去指纹图像的二值化和细化环节。指纹图像的灰度归一化处理就是为本文的指纹纹理特征的提取做准备。指纹图像灰度归一化的方法如 下:设指纹图像大小为N*P,点(i,j)处的灰度值为F(i,j),则指纹图像的均值和方差分别定义为:1 N 1 PNP i jiF (i, j)(1)NPi j F(i,j) M2(2)在原始图像上，按照公式进行灰度归一化处理:22M;F(i，j)M2G(i,j)(3)

8、M2F(i,j)M;F(i,j) M2 F(i,j) MM : 2其中，F(i, j)代表原始指纹图像在点(i,j)处的灰度值，G(i, j)代表归一化后的 指纹图像在点(i,j)处的灰度值，M代表原始指纹图像的均值，2代表原始指纹图像的方差，M代表期望均值，；代表期望方差(M和；的值根据图像采集时分辨率的 高低确定，不同的指纹库可取不同的值) 3.2.2 Gabor波滤变化实现指纹特征提取由于Gabor滤波器具有方向和频率选择的特性，采用Gabor滤波器不但能够去掉噪声，而且能把指纹的谷和脊的结构不失真的保留下来。以下为二维Gabor滤波函数：,、1g(x, y)2 x y2 j( x y)

9、(4)在指纹纹理识别中采用偶对称 Gabor滤波器，它在空域中具有如下形式：x xcosy xsin1 x22x, y) exp:3-y7)2xyy siny coscos(2fx )(6)(5)其中，f为Gabor滤波器频率，指纹图像中为指纹纹线的频率，定义为平均脊线宽度 的倒数1 ；是Gabor滤波器的方向，决定了滤波器频域通带的中心方向；x、 y是X方向和Y方向上的高斯(Gaussian)包络线的空间常量(代表Gaussian包 络的标准偏差)，经验值x=4.0 , y =4.0。3.2.3指纹特征编码指纹图像经Gabor滤波处理以后，得到8个方向的纹理特征图像，每个特征图像 降低了非兴

10、趣区的强度，保留了真正的脊和谷结构。特征编码的计算公式为：设Fi (x,y)表示指纹图像中第i个圆环(i=0,1,2,63),方向上(为0 ,22.5, 45, 67.5, 90, 112.5, 135, 157.5)的一块扇区的灰度值,定义如 下：1 -nVi-J Fi (x,y) P2(8)ni k 1其中，ni表示该扇区里的像素总数，P表示该扇区里的像素灰度平均值；Vi表示灰度值距离平均值的偏移程度，由该数值组成特征向量，即该指纹的特征码， 由于这个值是一个相对的归一化值，所以对于不同情况下获得的指纹数据就是一致 的。3预期研究结果本文从指纹图像纹理特征出发，对指纹识别的若干问题进行了研

11、究，以求用新的 方法来更好地解决技术问题。本文利用指纹图像的纹理特征，采用了一种基于Gabr滤波器多方向滤波的方法，利用 Gabr滤波器的频域和方向选择性，使用 8 个方向的滤波器对确定的参考点周围的圆形区域滤波，产生指纹编码，然后通过比 较编码间的距离进行指纹匹配。从而得出结论，实现人体生物研究-指纹识别。日 期工作内容2014.11.11 2014.11.25选题，确定毕业设计(论文)题目2014.11.262015. 1.14完成文献综述、科技文献翻译、开题报告2015.1.152015. 1.25进行开题报告答辩，成绩评定2015.1.262015.3.24开展毕业设计(论文)工作20

12、15. 3.252015. 3.28毕业设计（论文）中期检查2015. 3.292015.4.15完成毕业设计（论文）后期工作，论文定稿2015.4.162015.4.25论文定稿上交，教师评阅2015.4.262015.5.5评阅组教师评阅2015.5.6 2015.5.10毕业设计（论文）第一次答辩2015.5.13-2015.5.17毕业设计（论文）二次答辩参考文献1熊肃,邵义初.生物特征识别技术的现状与发展J.武汉公安干部学院学报，2005(1): 19-22.2杜宇.生物特征识别技术J.中国刑事警察，2008(1):55-563陈好.指纹采集技术现状及其发展前景J.中国防伪报道200

13、8(1):26-314谢立锋，陈灵袅.浅谈指纹识别基本原理J.技术与市场，2008(1):44-455Sharat C,A1ex ander N C,Venu G Fingerprint enhancement using STFT ana1ysisJ.Pattem Recognition,2007,40:198-2116Stockman G.Kopstein S,Benett S.Matching images to models for registration and detection via clusteringJ,IEEE,transactions on Pattem Analys

14、is and Machine Intelligence,1982,4(3):229-241赵应丁，戴仕明，刘金刚.基于灰度指纹图像的指纹特征提取算法研究J.系统仿 真学报,2006,15(2):319-326.8 N Ratha,S Chen,A K Jain.Adaptive flow orientation based feature extraction in:fingerprint imagesJ.Patem Recognition.1995,28(11):1657-16729Simon-Zorita,Dortega-Gareia,JCruz-Lanas,et al.Minutiae

15、extraction scheme for fingerprint recognition systems.Proccedings of IEEE.2001,10(3):254-25710吴健辉，许磊杨坤涛，等.改进的指纹图像预处理在指纹识别中的应用J.计算机工 程与设计,2008(8):1983-1986.11田捷，杨鑫.生物特征识别技术理论与应用M.北京:电子工业出版社,2005.12陈贵友.自动指纹识别系统中的关键算法研究及应用D.中国济南：山东大学，2005:11-14.本可以用那些和他们一起抱怨人生的时间，来读一篇有趣的小说，或者玩一个你喜欢的游戏。渐渐的，你不再像以往那样开心快乐，

16、曾经的梦想湮灭在每日回荡在耳边的抱怨中。你也会发现，尽管你很努力了，可就是无法让你的朋友或是闺蜜变得更开心一些。这就不可避免地产生一个问题：你会怀疑自己的能力，怀疑自己一贯坚持的信念。我们要有所警惕和分辨，不要让身边的人消耗了你，让你不能前进。这些人正在消耗你。01.不守承诺的人承诺了的事，就应该努力地去做到。倘若做不到，就别轻易许诺。这类人的特点就是时常许诺，然而做到的事却是很少。于是，他的人生信用便会大大降低，到最后，也许还会成为一种欺诈。如果发现身边有这样的人，应该警惕, 否则到最后吃苦的还是自己。02.不守时间的人俗话说浪费别人的时间就等于谋财害命，所以不守时间也就意味着是浪费别人的时

17、间。与这种人交往的话，不仅把自己的时间花掉了，还会带来意想不到的麻烦。03.时常抱怨的人生活之事十有八九是不如意的，这些都是正常的。我们应该看到生活前进的方向，努力前进。而不是在自怨自艾，同时还把消极的思想传递给别人。这样的人呢，一遇到困难便停滞不前，巴不得别人来帮他一把。本来你是积极向上的，可是如果受到这种人的影响，那么你也很有可能会变成这样的人，所 以应该警惕。04.斤斤计较的人凡事都斤斤计较的人，看不到远方的大前途，一味把精力放在小事上。比如两个人去吃饭，前提是AA制。然后饭吃好后他多付了5毛，最后他说我多付了 5毛，你抽空给我吧。如此计较的人，失去了知己，也不会有很大的前途。05.不会

18、感恩的人你善心地帮助了他，可是他却不以为然，而且还想当然的认为这是应当的。多次地帮助，换来的没有一句感谢的话语，更有甚者，还在背后说别人的坏话，真是吃力不讨好。06.自私自利的人以自我为中心，不会考虑别人的感受，想怎样就是怎样，也不会考虑大局，只为自己的感受。这种人，为了达到自己的私利会不择手段。如果看完以上的描述，你的脑海里冒出一张张熟悉的脸，显然，你正在被人日复一日地消耗着。这种消耗绝对可以毁你于无形之中。这些方法带来阳光那么，如何给自己搭建一个严严实实的保护网，让自己始终正能量爆棚，每一分钟都是恣意的阳光呢？跟着我们下面这五步做吧！他们继续往前走。走到了沃野，他们决定停下。被打巴掌的那位差点淹死，幸好被朋友救过来了。被救起后，他拿了一把小剑在石头上刻了:“今天我的好朋友救了我一命。一旁好奇的朋友问至上“为什么我打了你以后你要写在沙子上，而现在要刻在石头上另一个笑笑回答说:“当被一个朋友伤害时，要写在易忘的地方，风会负责抹去它;相反的如果被帮助，我们要把它刻在心灵的深处，任何风都抹不