指紋識(shí)別系統(tǒng)案例(PPT)

1、數(shù)字圖像處理原理與實(shí)踐案例分析 指紋識(shí)別系統(tǒng)一.指紋識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用背景u 當(dāng)今社會(huì)，電子設(shè)備和保密機(jī)構(gòu)對(duì)更安全、更方便的身份認(rèn)證和訪問控制的需求變得越來越緊迫。u 傳統(tǒng)的機(jī)械鑰匙、“口令密碼”以及智能卡等的保護(hù)措施存在著丟失、遺忘、復(fù)制及被盜用的隱患u 以電子商務(wù)、電子銀行的安全認(rèn)證為例，他人假冒當(dāng)事人上網(wǎng)采購(gòu)所造成的欺詐案越來越多，并有孩子冒充家長(zhǎng)上網(wǎng)采購(gòu)的案例。指紋特征的優(yōu)點(diǎn)o 指紋特征是“隨身攜帶”的；o 具有惟一性和不可復(fù)制性，不用擔(dān)心會(huì)丟失，可以不必?cái)y帶大串的鑰匙，也不用費(fèi)心去記或更換密碼。 有學(xué)者推論： 以全球60億人口計(jì)算，300年內(nèi)都不會(huì)有兩個(gè)相同的指紋出現(xiàn)。指紋被稱為“物證之

2、首”，安全可靠。指紋識(shí)別的應(yīng)用背景 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)鍵文件等的安全控制 機(jī)密計(jì)算機(jī)的登錄認(rèn)證 銀行atm, pos終端等的安全認(rèn)證 蜂窩電話、pda的使用認(rèn)證等 其它 指紋等生物識(shí)別技術(shù)可擬補(bǔ)傳統(tǒng)的安全認(rèn)證方法，提供了一個(gè)很好的解決方案?？捎弥讣y等生物特征提高安全性的領(lǐng)域舉例： 二 指紋識(shí)別的應(yīng)用歷史 o 公元前7000年6000年，指紋作為身份鑒別的工具己經(jīng)在古敘利亞和中國(guó)開始應(yīng)用。在那個(gè)時(shí)代，一些粘土陶器上留有陶藝匠人的指紋，中國(guó)的一些文件上印有起草者的大拇指指紋，在jercho的古城市的房屋上留有磚匠的指紋等。 o 1896年阿根廷首先在犯罪事件的鑒別中正式應(yīng)用指紋。o 20世紀(jì)60年代

3、，隨數(shù)字圖像處理技術(shù)的出現(xiàn)，人們開始著手研究利用計(jì)算機(jī)來處理指紋。o 20世紀(jì)80年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)、光學(xué)掃描這兩項(xiàng)技術(shù)的革新，使得它們作為指紋取像的工具成為現(xiàn)實(shí)，從而使指紋識(shí)別可以在其他領(lǐng)域中得以應(yīng)用。 三 指紋識(shí)別研究的現(xiàn)狀 o 指紋識(shí)別是生物識(shí)別技術(shù)中最早應(yīng)用、技術(shù)最為成熟、價(jià)格最低廉的分枝。o 盡管各個(gè)指紋識(shí)別系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家都報(bào)出極高的識(shí)別率，但是他們都是在自己的實(shí)驗(yàn)室的指紋庫(kù)上做測(cè)試，而不是在一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)指紋庫(kù)上測(cè)試，結(jié)果的可比性不大。o 在指紋識(shí)別的算法研究上，還存在著許多需要改進(jìn)的地方，這使得指紋識(shí)別算法的研究還在繼續(xù)。 影響指紋識(shí)別的因素o 有噪聲、變形等，例如臟手指、干手指、

4、疤痕導(dǎo)致的不同時(shí)期、不同季節(jié)間的指紋差異；o 芯片表面殘留物帶來的噪聲；o 手指按壓過程中的扭轉(zhuǎn)、拉伸和按壓位置不同，導(dǎo)致同一指紋的重疊區(qū)域有時(shí)會(huì)很小。 四. 指紋識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成o 指紋識(shí)別主要涉及4個(gè)功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對(duì) 指紋識(shí)別的基本過程o 通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像 o 要對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理，使之更清晰。o 提取指紋特征，建立指紋的數(shù)字表示特征數(shù)據(jù) 。o 驗(yàn)證端采集指紋，提取特征。o 與數(shù)據(jù)庫(kù)指紋匹配，計(jì)算相似度，給出匹配結(jié)果。4.1指紋的采集設(shè)備 o 光學(xué)o 硅晶體傳感器o 超聲波o 其他類型 4.2指紋識(shí)別的基本原理o 指紋是比較復(fù)雜的。指紋識(shí)別算

5、法最終歸結(jié)為在指紋圖像上找找到并比對(duì)比對(duì)指紋的特征特征。指紋的特征定義了指紋的兩類特征以進(jìn)行指紋的驗(yàn)證：總體特征和局部特征。指紋的總體特征（1)基本紋路圖案： 包括環(huán)型(loop),弓型(arch)和螺旋型(whorl).其他的指紋圖案都基于這3種基本圖案。僅依靠圖案類型來分辨指紋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這只是一個(gè)粗略的分類，但通過分類使得在大數(shù)據(jù)庫(kù)中搜尋指紋更為方便。 (2）模式區(qū)（pattern area)： 是指指紋上包括了總體特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是屬于那一種類型的。有的指紋識(shí)別算法只使用模式區(qū)的數(shù)據(jù)。aetex的指紋識(shí)別算法使用了所取得的完整指紋而不僅是模式區(qū)進(jìn)行分析和識(shí)別。

6、（3）核心點(diǎn)（core point）： 位于指紋紋路的漸進(jìn)中心，它用于讀取指紋和比對(duì)指紋時(shí)的參考點(diǎn)，如圖3-6（a）所示。 指紋局部特征(4)三角點(diǎn)(delta): 三角點(diǎn)位于從核心點(diǎn)開始的第一個(gè)分叉點(diǎn)或者斷點(diǎn)、或者兩條紋路會(huì)聚處、孤立點(diǎn)、折轉(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點(diǎn)。三角點(diǎn)提供了指紋紋路的計(jì)數(shù)和跟蹤的開始之處，如圖3-6（b)所示。（5）式樣線（type lines）: 式樣線是指在包圍模式區(qū)的紋路線開始平行的地方所出現(xiàn)的交叉紋路，式樣線通常很短就中斷了，但它的外側(cè)線開始連續(xù)延伸，如圖3-6 (c)所示。（6）紋數(shù)（ridge count）: 紋數(shù)是指模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。在計(jì)算指紋的紋數(shù)時(shí)

7、，一般先連接核心點(diǎn)和三角點(diǎn)，這條連線與指紋紋路相交的數(shù)量即可認(rèn)為是指紋的紋數(shù)。 指紋的局部特征o 局部特征是指指紋上的節(jié)點(diǎn)所具有的特征。o 兩枚指紋經(jīng)常會(huì)具有相同的總體特征，但它們的局部特征節(jié)點(diǎn)卻不可能完全相同。o 節(jié)點(diǎn)（minutia points）指紋紋路并不是連續(xù)的、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或打折。這些斷點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)就稱為特征點(diǎn)。就是這些節(jié)點(diǎn)提供了指紋惟一性的確認(rèn)信息。節(jié)點(diǎn)分類 a.終結(jié)點(diǎn)（ending）：一條紋路在此終結(jié)。 b.分叉點(diǎn)（bifurcation):一條紋路在此分開成為兩條或更多的紋路。 c.分歧點(diǎn)（ridge divergence）：兩條平行的紋路在此分開

8、。 d.孤立點(diǎn)（dot or island）：一條特別短的紋路，以至于成為一點(diǎn)。 e.環(huán)點(diǎn)（enclosure):一條紋路分開成為兩條之后，立即又合并成為一條，這樣形成的一個(gè)小環(huán)稱為環(huán)點(diǎn)。 f.短紋（short ridge):一端較短但不至于成為一點(diǎn)的紋路。指紋的四類局部特征o （1）局部分類o （2）方向（orientation） 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一定的方向。o (3）曲率（curvature) 描述紋路方向改變的速度。o (4)位置（position）指紋匹配的過程指紋圖像采集圖像預(yù)處理特征提取指紋匹配指紋登記指紋圖像預(yù)處理流程指紋采集質(zhì)量評(píng)估合格？否圖像切割圖像增強(qiáng)圖像二值化（分割）圖像細(xì)化是指紋預(yù)處理指紋質(zhì)量評(píng)估排除不能滿足要求的指紋：評(píng)估的過程圖像重新采樣圖像方向計(jì)算計(jì)算前背景比例前景過小拒絕圖像是標(biāo)注各塊方向連續(xù)區(qū)域分析計(jì)算評(píng)估參數(shù)合格？分析干濕手指是分析是否部分手指否否4.3指紋圖像處理 o去噪: 手指被弄臟，手指有刀傷、疤、痕、干燥、濕潤(rùn)或撕破等 如何去噪？如何去噪？o增強(qiáng)對(duì)比度 如何增強(qiáng)？如何增強(qiáng)？o二值化 分割為目標(biāo)目標(biāo)和其相對(duì)的背景。問題：并不是有圖像的直方圖門限值是相同。如何正確的區(qū)分脊和背景如何正