指纹图像预处理和特征提取算法分析

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1、中北大学学位论文与传统的身份认证方式相比，生物特征识别技术所采用的人体特征具有不怕遗忘、不会丢失、难以伪造等突出优点。每个人都拥有许多种生物特征，当某个生物特征满足以下要求时，可以用来鉴定个人身份¨Ⅱ3】：(1)普遍性(Universality)：每个人都具有这种生物特征；(2)唯一性(Uniqueness)：每个人拥有的这种生物特征各不相同；(3)持久性(Permanence)：这些生物特征正常情况下保持不变；(4)可采集性(Collectability)．这些生物特征是否容易采集到；(5)接受程度(UserAcceptance)：人们是否愿意接受这种身份认证

2、方式；(6)防欺骗性(ResistancetoCircumvention)：防止环境欺骗的能力。1．1．2生物特征识别系统的基本原理生物特征识别系统是一种根据人的生理特征或行为特征来识别人的身份的模式识别系统，它以生物特征识别为核心，并结合计算机和传感器等技术来构建。从工作流程上看，生物特征识别系统可以分为注册和辩识两个模块，如图1．1所示。注册模块用于提取个体的生物特征信息并形成特征模板，然后以与用户ID相关联的形式保存到系统的数据库中。辩识模块则用于将实时获得的个体特征与数据库中的模板进行比较，并根据比较结果确定用户身份。对于安全性要求较高的系统，采用综合了

3、几种个人生物特征的自动识别系统可以提供较高安全级别的保障。但比较所有的识别方式，指纹识别由于其作为识别特征的高可靠性、相对简便的实现技术、小巧便携的硬件设备可以应用于更为宽广的范围。图1．1生物特征识别系统的一般结构模型2中北大学学位论文1．1．3生物特征识别分类及比较人体用于生物特征识别的特征可以分为两类：生理特征和行为特征。生理特征是指与生俱来的特征，如指纹、掌纹、虹膜、视网膜等。行为特征是指后天习惯形成的特征，如签名、语音、步态、笔迹等。人体的上述特征都在不同程度上满足身份认证的几点要求。基于这些特征，人们发展了多种生物特征识别技术，其中应用较广或研究较深

4、的有：指纹识别、掌形识别、虹膜识别、视网膜识别、人脸识别、签名识别、语音识别等。生物特征识别技术的核心在于如何获取这些生物特征，并将之转换为数字信息存储于计算机中，利用可靠的匹配算法来完成验证与识别个人身份的过程。下面简单描述几种流行的生物特征识别技术的特点：(1)脸部特征识别脸部特征识别技术通过对面部特征和它们之间的关系来进行识别，识别技术基于这些唯一的特征时是非常复杂的，这需要人工智能和机器知识学习系统，用于捕捉面部图像的两项技术为标准视频和热成像技术。标准视频技术通过一个标准的摄像头摄取面部的图像或者一系列图像，在面部被捕捉之后，一些核心点被记录，面部识别

5、技术通常基于以下方法实现：①对面部外观特征进行分析。②对面部图像进行全局分析。③对面部热谱图像及面部的红外光谱图像中的特征进行分析。尽管已有一些有关面部识别技术的实用产品，但目前面部识别系统对采集到的面部图像仍有一定的限制，如背景、光线、表情等，在没有任何前后关系的情况下，仅仅依靠脸部图像做身份认证还存在很大的问题。热成像技术通过分析面部毛细血管的血液产生的热量来产生面部图像，与视频摄像头不同，热成像技术并不需要较好的光源条件，因此在黑暗情况下也可以使用。热成像技术进行识别的优点是非接触性的，缺点是红外线传感器价格非常昂贵。(2)虹膜识别技术虹膜识别技术是利用虹

6、膜的终身不变性和差异性来识别身份的。虹膜是一种在眼睛中瞳孔内的织物状各色环形物，每一个虹膜都包含一个独一无二的基于像冠、水晶体、中北大学学位论文细丝、斑点、凹点、条纹等特征的结构，虹膜的结构在人出生前就确定下来了，据称，没有任何两个虹膜是相同的。自动虹膜识别系统包括虹膜图像自动获取装置和虹膜识别算法，虹膜识别技术与相应的算法结合后，可达到很高的精度。虹膜技术的优点是：便于用户使用，可靠性高，无需物理接触。缺点是：①没有进行任何的测试，当前的虹膜识别系统只是用统计学原理进行小规模的试验，没有进行过现实世界的唯一性认证的试验；②很难将图像获取设备的尺寸小型化，需要昂

7、贵的摄像头聚焦；③镜头可能产生图像畸变而使可靠性降低；④黑眼睛极难读取，需要较好光源。(3)视网膜识别技术视网膜识别技术使用激光来照射眼球的背面，以获得具有唯一性的视网膜特征。视网膜是一些位于眼球后部十分细小的神经(一英寸的1／50)，它是人眼感受光线并将信息通过视神经传给大脑的重要器官，它同胶片的功能有些类似，用于生物特征识别的血管分布在神经视网膜周围，即视网膜四层细胞的最远处。视网膜扫描设备要获得视网膜图像，使用者的眼睛与录入设备的距离应在半英寸之内，无需同设备进行直接接触。视网膜是一种极其固定的生物特征，不会磨损、老化或是为疾病所影响，同指纹等其它生物特征

8、相比，视网膜扫描可能是最