自动指纹识别中的若干关键算法-研究

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1、第一章绪论1．1研究背景指纹作为人体主要生物识别特征之一，具有很好的唯一性和稳定性，而且指纹细部可以做精确的定位、使用方便。早在公元650年，唐代贾公秀就提到指纹鉴别是确认个人身份的方法⋯，我国将指纹应用于金融契约和断案等有悠久的历史，但由于缺乏专门性研究和记载，指纹识别技术未能上升为-17科学。现代指纹识别技术已有一百多年的历史，1889年E．R．Henry提出基于指纹细节点特征(Minutia—Based)的识别理论，奠定了现代指纹学的基础。1892年英国FranciSGalton的《FingerPrint》一书介绍了用于指纹分类的细节

2、特征，首次系统地阐述了指纹学，完善地确立了一整套指纹识别方法。指纹的人工识别方法能综合发挥人的感知、识别、联系判断能力，具有较高的准确性，能较好区别指纹的噪声和真实特征，但比较费时、应用面窄。指纹识别要得到更广泛的应用，识别方法的自动化处理和快速性足必需的。随着计算机技术和指纹采集技术的发展，出现了由相关软件和硬件组成的自动指纹谚埸0系统(AutomaticFingerprintIdentificationSystem，AFIS)。爻网‘『．1963年首先丌展有关指纹识别软件的研制，并于1975年成功推出第一个商业化系统printrak25

3、0，日本于1975年开始研究，1982年NECAFIS投入使用，我国于20世纪80年代初展开指纹识别系统研究⋯。近几十年来，自动指纹识别得到了广泛、深入的研究和应用，指纹识别从应用规模、技术成熟度、市场占有率等方面来看，在整个生物识别领域中均处于主导地位。数据库和网络技术等的发展使异地在线身份识别得到广泛应用，在银行系统，如中国建设银行，指纹识别系统作为一种业务辅助系统和安全内控机制得到了普及并发挥了很好的作用。但是在许多实际应用场合，目前的识别算法在识别精度、速度、适用性等方面还不能达到很令人满意的效果，仍然存在很多没有解决好的问题，如质

4、量较差指纹、形变指纹的识别等。在国际指纹识别竞赛(FVC)中，第一名的指纹识别算法错误率(EER)是1．97％(21和识别效果不是很理想。这些不足限制了指纹识别的。：’{1ii；一童’‘⋯．．一坝l：学位论义进一步应用，如在银行和刑侦系统，出现误识、拒识、识别速度低等情况都会产生比较严重的后果。自动指纹识别算法要取得更理想的效果要面对以下一些困难问题：1．指纹输入时会引入各种噪声，如指纹的干湿、老化、损伤、污渍，输入时的抖动、残留指纹等，这些会引起狄度模糊、纹线粘连或断裂、虚假纹线等，导致产生很多虚假细节点和遗漏真实细节点；指纹按压角度和力

5、量的不同会使指纹产生形变。指纹增强算法设计需要处理各种结构性噪声。2．由于噪声的干扰，特征提取算法设计要具有较好的可靠性和鲁棒性。3．指纹匹配要处理细节点的真假、遗漏和指纹形变，指纹匹配本身是一个模式识别难题，设计高效、准确的匹配方法需要解决这些难题。4．人类指纹很难用几种类型进行全面和精确的描述，而且指纹类型之间会出现交叉，实现可靠的指纹分类需要考虑到这些问题。5．指纹识别采用最近邻原则，但同一个人在不同时间或场合输入的指纹，差异可能会非常大，不同的人可能具有相似的指纹，还存在比较少见的指纹类型，不同人群指纹的纹理密度等差别很大。这些问题

6、也是识别算法需要解决的。6．指纹在线识别对实时性要求较高，算法的计算复杂性必须考虑。7．刑侦等领域经常要碰到残缺、严重模糊、重叠、加尘等指纹，即使足指纹谚{刖争家也j艮难处理，这螳指纹i}jf仁义址关键的“捌，提高这类指纹的识别准确性也是一个需要解决的蕈要课题。针对上述这些难题，改进和创新的算法层出不穷，形成了近些年的指纹识别研究热点。如针对各种噪声的指纹增强方法、具有鲁棒性的特征提取方法、结构化匹配、形变指纹匹配、指纹图像的直接特征提取、基于指纹图像统计特征的匹配等等旧刊。但实际效果还不是很理想，在识别的准确性、稳定性和计算复杂性等方面都

7、有待改进。指纹识别算法要进一步降低FRR(拒识率)和FAR(误识率)，必须充分考虑各种指纹情况，否则其研究对象是不全面的。和人工指纹识别方法的准确性比较，自动指纹识别还不具有全面优势，一些系统只能通过控制输入指纹质量来达到实用要求，指纹识别仍有很大的改进空间。本课题对指纹识别的各主要环节算法作进一步研究和实验验证，筛选和改进已有算法、提出一些创新性的改进方法，以达到更好的识别效果。·：，●第一帝绪论1．2自动指纹识别研究现状自动指纹识别系统由指纹识别软件按照一系列算法自动完成指纹图像的处理和比对，判定采样指纹和模板指纹是否来自同一手指，或在

8、数据库中搜索来自同一手指的指纹。图1．1表示了典型的指纹识别处理过程。——_离线处理——一在线处理图l：典7舛臼动指纹谚{别系统(AFIS)结构Fig．1．1：TypicalAr