低质量指纹图像预处理算法分析

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1、南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论S10．ooo．oS9．ooo．oS_8．ooo。0S7Jooo，DS6．ooo．oS5．ooo．oS4。000。OS3．000。0S2．O∞。OS1．000，0So．0其他手型识别1．8％图1—12009年生物识别技术收入比AnnualBiometricIndustryRevenues。2009—2014lSmUSDIC伸咿I甜嚏露20憾Intemttorml&iometrtc6rauO200920102口】120i220lj20i4图1．2200良2014年生物识别市场收入预测

2、1．2指纹识别技术简介生物特征识别的历史可以追溯到古埃及人通过测量人的尺寸来进行身份鉴别。公元前7000年到6000年以前，在古叙利亚和中国，指纹作为身份鉴别己经开始应用【2】【31。19世●纪初，科学研究发现了指纹的两个重要特征，一是两个不同手指的指纹脊的式样不同，另外一个是指纹脊的式样终生不改变【Il】。这个研究成果使得指纹在犯罪鉴别中得以正式应南京邮电大学硕士研究生学位论文第一苹绪论用，1890年阿根廷首次应用，然后是1901年的苏格兰，20世纪初其他国家也相继应用到犯罪鉴别中。20世纪60年代，由于计算机可以有效

3、地处理图形，人们开始着手研究利用计算机来处理指纹。从那时起，自动指纹识别系统(AFIS)在法律实施方面的研究和应用在世界许多国家展开，FBI在60年代末期开始使用一种自动识别指纹的设备，到在70年代末期，已经有一定数量的设备开始在美国大范围使用。20世纪80年代，个人电脑、光学扫描这两项技术的革新，使得它们作为指纹取像的工具成为现实，从而使指纹识别可以在其他领域中得以应用。目前常用的指纹识别系统通常分为以下三个模块：(1)指纹的采集；(2)指纹的特征提取；(3)指纹匹配。指纹的采集就是通过相关设备将指纹纹线分布录入并进行

4、数字化处理；指纹特征提取是在采集到的指纹图像上提取感兴趣的指纹的特征信息；指纹匹配是利用提取到的特征信息判断两枚指纹是否同源。指纹识别技术是最可靠的生物识别技术之一，已经有很多自动指纹识别产品应用于法律部门、公共安全领域和民用领域。1．3指纹识别系统的一般结构及工作模式指纹识别系统本质上是一个模式识别系统，它根据使用者的生理或者行为特征对使用者进行辨识，从而判断其是否具有合法身份。从逻辑上讲，自动指纹识别系统由两个主要模块组成：注册模块和识别模块。注册模块主要负责将生物特征信息保存到系统样本数据库。在登记过程中，生物特征

5、样本首先经相应的采集设备录入，经过增强和二值化、修补等预处理过程，然后经特征提取算法提取特征信息，这种特征信息被称为样本。根据需要，样本信息(训练集)被保存在数据库或磁卡、智能卡中。识别模块负责判断待识的特征信息和当前样本特征信息是否匹配。在该模块中，相应设备录入待识生物特征，并进行数字化，经特征提取算法提取待识生物特征中的有用信息，由模式匹配算子将这一信息与预先存储的样本信息进行比对，最后得出是否匹配的判断。指纹识别系统的一般结构如图1．3所示。4南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论预处理图1—3指纹识别系统一般结

6、构1．4国内外指纹识别技术研究现状在国外，早期的研究主要面向指纹分类，Moaycr．B【．7】等提出句法分析的方法，KalleKam和AnilK．Jaidl91通过识别核心点(core)及三角点(delta)来进行分类，Kawagoe和TojoE8】应用了PoincareIndex的方法来识别关键点。另外Wilson将神经网络引入了指纹系统中对指纹进行分类。在匹配算法上，主要有点匹配和结构匹配两大类。Stockman等提出的基于Hough变换的方法把点模式匹配转化成对转换参数的Hough空间中峰值的检测，这种方法相对的缺

7、点在于当细节点较少(少于30个)时很难在Hough空间里得到足够大的证据来保证一个可靠的匹配，另外该方法有计算量较大的缺点。J．P．P．Starink与E．Backerl9】从能量最小化的角度描述点匹配的问题并使用了模拟退火的方法，该方法的计算量也比较大。而D．K．Isenor与S．G．ZakyEl01使用图来表示指纹特征并用图匹配的方法来匹配指纹图像。这些方法都利用了指纹图像中的拓扑结构信息以克服指纹图像的噪声旋转与变形对识别的干扰。近年来利用计算机进行指纹识别的技术已经很成熟并且开始大规模推广。许多大公司和专门的机构

8、都有从事该项技术的研究开发与应用，包括IBM、Intel、MicrosoR、Digitalpersonal、Motorola等。美国密歇根州立大学(MichiganStateUniversity)的模式识别与图像处理实验室(PattemRecognitionandImageProcessingLaboratory)在