指紋圖像處理及匹配方法的研究.pdf

1、傳統(tǒng)的安全系統(tǒng)主要采用基于信物或口令的方式，隨著社會的發(fā)展，這種系統(tǒng)顯得越來越脆弱。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，人們把目光轉(zhuǎn)向了生物識別技術(shù)，希望能借助人體的生理特征或行為動作來提高身份識別的精度。 在我們的手指表面，因為皮膚的凸凹不平會產(chǎn)生各種各樣的紋路，人們常把這些紋路稱謂指紋。現(xiàn)代解剖學(xué)和統(tǒng)計學(xué)已經(jīng)表明，每個人的指紋都終身不變且與其他人的不一樣，同時，每個人各個手指的紋路也各不相同。也就是說，指紋具有穩(wěn)定性和唯一性。指紋作為主要的生

2、物識別技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于司法、公安和各種安全防護(hù)系統(tǒng)。指紋識別作為模式識別最先涉足的領(lǐng)域之一，發(fā)展極為迅猛，實際上在很多場合已經(jīng)成為生物識別技術(shù)的代名詞。 自動指紋識別是圖像處理技術(shù)、模式識別技術(shù)與計算機數(shù)據(jù)庫技術(shù)的綜合應(yīng)用。它的研究可追溯到上個世紀(jì)60年代末，經(jīng)過近40年的發(fā)展，在司法、公安和某些商業(yè)領(lǐng)域已取得了成功應(yīng)用，但目前AFIS仍是模式識別研究的熱點之一。 本文在收集和分析了大量近年來國內(nèi)外關(guān)于指紋匹配和指

3、紋分類的學(xué)術(shù)論文、研究報告等，對計算機指紋識別技術(shù)的若干理論問題進(jìn)行了探討，針對指紋自動識別方法的兩個主要技術(shù)環(huán)節(jié)，即預(yù)處理及匹配進(jìn)行了深入的研究，提出了一套指紋質(zhì)量自適應(yīng)增強的方法以及指紋特征點的整體方向場描述的匹配方法。試驗證明，該方法能夠是合理的，具有一定的理論價值與實用價值。本課題受重慶市重點攻關(guān)項目的資助，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，并于2006年通過驗收。本文的內(nèi)容安排如下： 第一章介紹了一些常用的生物識別技術(shù)，如指紋、人臉、虹膜

4、、掌形、簽名、聲紋等，并從穩(wěn)定性、唯一性、準(zhǔn)確性、可接受性等七個方面對這些技術(shù)進(jìn)行了比較。同時，還介紹了生物識別系統(tǒng)的評價參數(shù)以及兩種常用工作模式。接著，文章介紹了自動指紋識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析了指紋分類、指紋匹配和指紋壓縮各子系統(tǒng)的功能和組成。在本章的最后，指出了當(dāng)前自動指紋識別系統(tǒng)在指紋采集、圖像增強、特征表述匹配等方面所面臨的問題以及本文所采用的對策。 第二章介紹了指紋方向信息的獲取以及校正。指紋的方向信息是指紋圖像處理

5、中的核心信息，準(zhǔn)確的方向信息能夠很大程度的提高指紋自動識別系統(tǒng)的性能，由于指紋的噪聲影響，初始的方向信息經(jīng)常出現(xiàn)錯誤。所以方向的校正又方向信息中的核心。本章提出并實現(xiàn)了一種基于整體的最優(yōu)模型殘差的方向校正方法，將噪聲從指紋整體方向場的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中分離出來并進(jìn)行抑止，比常用的無差別方向低通平滑具有更強的抗干擾能力。 第三章介紹了指紋的指紋頻率獲取的方法并根據(jù)指紋區(qū)域的主要頻率的幅值進(jìn)行指紋的區(qū)域質(zhì)量評價。指紋的頻率信息是指紋圖像中的

6、重要信息之一，本章提出并實現(xiàn)了一種變形的局部數(shù)字傅立葉估計頻率的方法，并進(jìn)行了驗證。該方法能夠在較小尺寸的窗口中對指紋的頻率進(jìn)行較高精度的估計，比常用的投影統(tǒng)計以及FFT方法具有較明顯的優(yōu)勢。 第四章介紹了指紋的質(zhì)量自適應(yīng)濾波。首先從理論上對Gabor濾波器的濾波強度進(jìn)行了分析。然后根據(jù)前面所獲得的方向、頻率以及區(qū)域質(zhì)量評價，獲得濾波器參數(shù)，對指紋區(qū)域采取了質(zhì)量自適應(yīng)濾波，使區(qū)域質(zhì)量不同的指紋圖像在濾波后達(dá)到相對統(tǒng)一的質(zhì)量，該方

7、法在保護(hù)清晰區(qū)域的紋線結(jié)構(gòu)和獲得劣質(zhì)區(qū)域的特征信息兩方面都具有重要的意義，也是本論文算法的核心之一。 第五章介紹了指紋特征點的整體方向場描述及其匹配方法。指紋的匹配是指紋的重點和難點之一，本論文在大量研究國內(nèi)外匹配算法的基礎(chǔ)上，提出了一種以指紋整體特征來描述細(xì)節(jié)點的方法，并利用指紋方向場相對的穩(wěn)定性作為這種描述的基礎(chǔ)，極大增強了特征點之間的區(qū)分度，提高了點和點匹配的效率，由于整體結(jié)構(gòu)的引入，降低了系統(tǒng)的誤識率。 最后對整