数字图像处理 第7章 数字图像处理的应用与发展

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1、第7章数字图像处理的应用与发展7.1指纹识别技术7.1.1概述生物识别技术（BiometricIdentificationTechnology）是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术。由于每个人的生物特征都有与其他人不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性，不易伪造和假冒，所以利用生物识别技术进行身份认定，安全，可靠，准确。常见的生物识别技术主要有指纹、脸形、虹膜、视网膜、手写体、声音、掌纹、手形和脸部热谱图9种，指纹识别是生物识别技术的一种。迄今为止，最为人们所关注、最为成熟的生物识别技术就是指纹识别。指纹识别技术7.1.2指纹识别系统分类自动指纹识别系

2、统的工作模式可以分为2类：验证模式（verification）和辨识模式（identification）。验证就是通过把一个现场采集到的指纹与一个已经登记的指纹进行一对一的比对（onetoonematching），来确认身份的过程。验证过程如图1所示。辨识则是把现场采集到的指纹同指纹数据库中的指纹逐一对比，从中找出与现场指纹相匹配的指纹。这也叫做“一对多匹配（onetomanymatching）”。指纹辨识过程如图2所示。指纹识别技术图1指纹验证过程指纹识别技术图2指纹辨识过程7.1.3指纹识别系统工作原理一般来讲，自动指纹识别算法体系大致由指纹图像采集、

3、指纹图像预处理、特征提取、指纹分类和指纹比对几个部分组成。如图所示。指纹识别系统工作原理1.指纹图像采集较早出现的活体指纹采集设备是光电式的。后来出现的电容式和电感式的采集设备。到目前为止，光学采集头提供了更加可靠的解决方案。通过改进原来的光学取像技术，新一代的光学指纹采集器更是以无可挑剔的性能与非常低的价格使电容方案相形见绌。光学技术需要一个光源从棱镜反射到按在取像采集头上的手指，光线照亮指纹从而采集到指纹。光学取像设备依据的是光的全反射原理(FTIR)。指纹识别系统工作原理2.预处理通常，指纹采集器采集到的指纹是低质量的，存在的噪声较多。通过预

4、处理，将采集到的指纹灰度图像通过预滤波、方向图计算、基于方向图的滤波、二值化、细化等操作转化为单像素宽的脊线线条二值图像，基于此二值图像对指纹的中心参考点，以及细节特征点特征等进行提取。指纹预处理的一般过程如图所示。指纹识别系统工作原理3.特征提取指纹的特征点分为全局特征（如奇异点、中心点）和局部特征（指纹细节点）。在考虑局部特征的情况下，英国的E.R.Herry认为，在比对时只要13个特征点重合，就可以确认是同一个指纹。指纹的细节特征可以有150种之多，但这些特征出现的概率并不相等，很多特征是极其罕见的。一般在自动指纹识别技术中只使用两种细节特征：纹线

5、端点与分叉点。纹线端点指的是纹线突然结束的位置，而纹线分叉点则是纹线突然一分为二的位置。大量统计结果和实际应用证明，这两类特征点在指纹中出现的机会最多、最稳定，而且比较容易获取。指纹识别系统工作原理4.指纹分类指纹分类的主要目的是方便大容量指纹库的管理，减小搜索空间，加速指纹匹配过程。指纹分类技术越完善，能够划分的类型越细，样本数据库每个类别中所包含的样本数量就会越少，对一次识别任务来讲，需要比对的次数和时间开销就会越少。在大部分研究中，指纹一般分为漩涡型（whorl）、左环型（leftloop）、右环型（rightloop）、拱型（arch）、尖拱型（

6、tentedarch)5类。对于要求严格的指纹识别系统，仅按此分类是不够的，还需要进一步更加细致地分类。指纹识别系统工作原理5.指纹比对指纹比对是通过对2枚指纹的比较确定它们是否同源的过程，即2枚指纹是否来源于同一手指。指纹比对主要是依靠比较2枚指纹的局部纹线特征和相互关系决定指纹的唯一性。细节特征的集合形成一个拓扑结构，指纹比对的过程实际就是2个拓扑结构的匹配问题。由于采集过程中的变形、特征点定位的偏差、真正特征点的缺失和伪特征点的存在等问题，即使是2枚同源的指纹，所获得的特征信息也不可能完全一样，指纹比对的过程必然是一个模糊匹配问题。指纹识别系统工

7、作原理6.可靠性问题计算机处理指纹图像时，只是涉及了指纹有限的信息，而且比对算法不是精确的匹配，因此其结果不能保证100%准确。指纹识别系统的重要衡量标志是识别率，它主要由2部分组成：拒判率（FRR，falserejectrate）和误判率（FAR，falseacceptrate)。右图的ROC(ReceiverOperatingCurve）曲线给出FAR和FRR之间的关系。7.1.4指纹识别模块算法1.预处理指纹的特征是指指纹脊线的某种构型，如端点、分叉等。为了提取这些特征，必须先把灰度的指纹图处理为二值线型图，此过程即指纹图像预处理。图像预处理是指

8、纹自动识别过程的第一步,它的好坏直接影响指纹识别的效果。图像预处理