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仲恺农业工程学院

毕业论文（设计）开题报告

基于Matlab实现指纹识别系统设计

姓 名 卜永东

院（系） 信息科学与技术学院 专业年级 通信工程2011级 学 号 201110324305 指导教师 鄢琼 职 称（学历/学位）讲师

起止时间2015.1.20-2015.05.25

仲恺农业工程学院教务处制

一、开题依据（研究目的、意义及国内外研究概况，附主要参考文献） 项目研究意义： 在网络化时代的今天，我们每个人都拥有大量的认证密码，比如开机密码、邮箱密码、银行密码、论坛登陆密码等等；并配备了各种钥匙，如门锁钥匙，汽车钥匙，保险柜钥匙等。这些都是传统的安全系统所采用的方式，随着社会的发展，其安全性越来越脆弱。而我们的生活随时都需要进行个人身份的确认和权限的认定，尤其是在信息社会，人们对于安全性的要求越来越高，同时希望认证的方式简单快速。为了解决这一问题，人们把目光转向了生物识别技术，希望能借助人体的生理特征或行为动作来进行身份识别。这样您可以不必携带大串钥匙，也不用费心去记各种密码。另外，生物特征具有唯一性，不可复制性，例如指纹，有学者推论：以全球 60 亿人口计算，300 年内都不会有两个相同的指纹出现。以电子商务、电子银行的安全认证为例，目前在电子商务中他人会假冒当事人的身份，如果通过生物特征进行论证，就可有效防止此类事件的发生。另外，网络、数据库和关键文件等的安全控制，机密计算机的登陆认证，银行 ATM、POS 终端等的安全认证，蜂窝电话，PDA 的使用认证等等，都离不开可靠安全的生物特征识别。可见，生物特征识别不但有可观的经济效益，还有不可估量的国家信息安全效益。 长期以来，验证身份的方法是验证该人是否持有有效的信物，如照片、密码、钥匙、磁卡和IC卡等。从本质上来说，这种方法验证的是该人持有的某种“物”，而不是验证该人本身。只要“物”的有效性得到确认，则持有该“物”的人的身份也就随之得到确认。这种以“物”认人的办法存在的漏洞是显而易见的：“物”的丢失会导致合法的人无法被认证，以及各种信物容易被伪造、破译。网络环境下，密码作为身份识别的标志已被广泛采用。但是密码容易被遗忘，也有被人窃取的可能，已不能满足人们的需要。人们逐渐把目光转向了生物特征识别技术。 生物特征识别技术是为了进行身份验证而采用自动化技术测量其身体特征或个人行为特点，并将这些特征或特点与数据库的模板数据进行比较，完成认证的一种解决方案，被评为21世纪十大高科技之一。生物特征识别是目前最为方便和安全的识别技术，并且生物特征识别产品均借助于计算机技术实现，容易与安全、监控、管理系统整合，实现自动化管理。1997年比尔·盖茨曾这样预言：“生物识别技术即利用人的生理特征，如指纹、虹膜等来识别个人的身份，将成为未来几年IT产业的重要革新”。用来鉴别身份的生物特征应该具有惟一性、广泛性、容易采集等特点，实际应用给基于生物特征的身份鉴别系统提出了更多的要求，包括：（1）性能的要求。所选择的生物统计特征能够达到多高的识别率，对于资源的要求如何，识别的效率如何等； （2） 可接受性。使用者在多大程度上愿意接受基于所选择的生物统计特征的系统； （3）安全性。系统是否能够防止被攻击；（4）可行性。是否具有相关的、可信的研究背景作为技术支持； （5）存储量。提取的特征信息是否占用较小的存储空间； （6）价格。是否达到用户所能接受的价格；（7）速度和准确率。是否具有较高的注册、识别速度和识别率；（8）是否具有非侵犯性。目前，主要的生物特征识别技术有虹膜识别、视网膜识别、人脸识别、签名、识别、声音识别、指纹识别等等。然而，还没有任何一种单独的生物特征可以满足上述全部要求。 国内外研究现状： 指纹身份识别是最古老的防伪技术，现在与计算机技术相结合，已成为身份识别的重要手段。对指纹的研究，最开始属于生物遗传学的研究范畴，同时也是人类学研究的课题之一。指纹作为皮肤纹理学研究的三大对象之一，在中国的学术研究领域也有近百年的历史。中国是世界上公认最早应用指纹识别技术的国家。公元前 7000 年到 6000 年以前，在古叙利亚和中国，指纹作为身份鉴别已经开始使用。考古发现，一些粘土陶器上留有陶艺匠人清晰可见的指纹图案。19 世纪初，科学研究发现了至今仍然承认的指纹的两个重要特性：没有人的指纹是完全相同的（惟一性）；指纹的样式终生不变（稳定性）。这个研究成果使得指纹在刑事侦查中得以正式应用。1823年，珀金杰首次将指纹纹形分成9 类；1858年，赫谢尔规定与官方定契约必须捺指纹；1880 年，福尔茨发表了指纹认证的论文，第一次科学地提出了指纹的个体性和惟一性。指纹惟一性的发现，使得指纹作为一种更为有效的鉴别方法而得到采用。1889年，亨利在总结前人研究成果的基础上，提出了基于指纹细节特征识别(Minutia-Based)的理论，并提出了用指纹识别来进行确定罪犯身份的设想，从而奠定了现代指纹学的基础。直到一个多世纪后的今天，采用Minutia-Based 的指纹识别算法仍是主流。1892年，英国的弗朗西斯盖尔顿对指纹进行了广泛的研究，写了《Fingerprint》一书，向世人介绍了用于单个指纹分类的细节特征，首次系统地阐述了指纹学，完善地建立了一整套指纹识别的方法，并且用于刑事侦察中对犯罪嫌疑人的甄别和鉴定。20 世纪 60 年代，由于计算机可以有效地处理图形图像，人们开始着手研究利用计算机来处理指纹。FBI 开始了指纹的自动识别。自动指纹识别系统的研究和应用陆续在许多国家展开。70 年代，美国政府派 Scandia Labs 调查各种生物特征识别技术，结论是指纹识别是最具潜力和准确率最高的识别技术，这一调查使得大批研发工作集中到指纹识别算法和系统集成上来。80 年代，个人电脑和光学扫描这两项技术的革新与发展，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它领域中得以应用。90 年代后期，低价位取像设备的引入及其飞速发展，以及可靠的比对算法的研究发展，为个人身份识别应用的发展提供了舞台，也为指纹识别算法提出了新的挑战和要求。 最近几年，指纹识别技术从警用走向民用，从专用走向公用，逐渐成为人们关注的前沿高科技之一，已成为当前国内外学术界和商业界研究和开发的热点之一。微软公司推出了可单独操作的指纹辨认器；IBM 也开始出售附有指纹辨认器的手提电脑；韩国 LG 电子公司推出的一种手机，底座附有硅晶片，用户只有把手指在底座抹一下才能启动手机。在我国，指纹识别技术从 2000 年以后，开始步入快速成长期。众多胸怀宏图的企业和个人，开始为这项看似神秘的前沿技术而勤耕不辍。 【参考文献】： [1]、姚敏．数字图像处理[M]．机械工业出版社，2006 [2]、王爱民，沈兰荪．图像分割研究综述[J]．测控技术，2000 [3]、刘刚．MATLAB数字图像处理[M]．北京：机械工业出版社，2010 [4]、《MATLAB 7.0图形图像处理》王家文李仰军 编著 [5]、冯星奎、肖兴明.方向加权中值滤波算法[J ] . 中国图像图形学报,2000 (5) :609 – 611 [6]、郭晶莹,、吴晴,、商庆瑞. 基于Mat lab实现的指纹图像细节特征提取[J]. 计算机仿真, 2007, 24(1). 二、主要研究内容（说明研究课题的具体内容及课题的新颖性，并明确重点解决的科学问题及预期结果） 通过阅读大量的文献资料，本文深入研究了指纹识别算法所包含的主要方面： 1、指纹图像预处理：全文研究的重点是指纹图像预处理算法。预处理的目的是改善输入指纹图像的质量，以提高特征提取的准确性。本文采用灰度分割法对质问图像进行分割。利用中值滤波进行去噪。通过自适应二值化的方法处理指纹图像，最后再对图像进行细化以及去除毛刺，断裂等干扰。 2、指纹图像特征提取：对指纹图像的特征点进行提取。由于经过预处理后的细化图像上存在大量的伪特征点，所以提取大量的伪特征点，这些伪特征点的存在，不但使匹配的速度大大降低，还使指纹识别性能急剧下降，造成识别系统的误拒率和误识率的上升，因此在进行指纹匹配之前，尽可能将伪特征点去除，针对提取出指纹细节特征点含有大量的伪特征这一问题，提出了一种边缘信息判别法，有效地去除了边界伪特征点，再根据脊线结构特性去除其毛刺和短脊等伪特征点，显的减少了伪特征点。 3、指纹匹配：对指纹图像的匹配算法进行研究。特征匹配是识别系统的关键环节，匹配算法的好坏直接影响识别的性能、速度和效率。为了克服指纹图像非线性形变的影响，采用基于结构特征的点匹配算法，对校准后的点集进行匹配，匹配的特征点个数在两个点集中所占比例大约百分之六十五的范围内就可判为匹配成功。