自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)

自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)報(bào)告人：田明明0102指紋識(shí)別03指紋圖像的預(yù)處理生物識(shí)別01生物識(shí)別目錄傳統(tǒng)的身份認(rèn)證密碼和口令存在容易忘記、容易攻擊、容易泄漏等問題,鑰匙和身份證等存在容易被盜、容易丟失、容易偽造、容易冒用等問題?；谥R(shí)（密碼、口令）基于令牌（鑰匙、身份證）與生俱來的特征，如指紋、虹膜、DNA生理特征后天習(xí)慣形成的特征，如步態(tài)、筆跡行為特征生物特征識(shí)別系統(tǒng)一種基于“他是誰”,而不是通過“他擁有什么”(例如,ID卡)或者“他記得什么”(例如,一個(gè)密碼)的生物特征識(shí)別系統(tǒng)正在逐步取代傳統(tǒng)的認(rèn)證模式。鑒定身份的生物特性性能統(tǒng)一性唯一性持久性每個(gè)人都擁有這種生物特征每個(gè)人的這種生物特征各不相同這些生物特征正常情況下保持不變?nèi)藗儗?duì)這些生物特征能夠接受這些生物特征可以采集到可采集性接受性常用生物特征性能對(duì)比

2007-2020年全球生物識(shí)別技術(shù)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模與預(yù)測(cè)（單位：億美元）

2015-2020年全球生物識(shí)別技術(shù)細(xì)分行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)（單位：億美元）

指紋識(shí)別具有巨大的研究?jī)r(jià)值無論就性能而言，還是就市場(chǎng)份額而言指紋識(shí)別目錄02指紋的基本知識(shí)

1

名片中文名：指紋英文名：fingerprint組成：表皮、真皮、皮下組織性質(zhì)：表皮上突起的紋線分類：斗形、弓形和箕姓。指紋圖像的局部特征又叫指紋細(xì)節(jié)一條紋線在此終結(jié)。端點(diǎn)一條紋線在此分成兩條。分叉點(diǎn)一條特別短的紋線，以至于成為一點(diǎn)。孤立點(diǎn)一條較短但不至于成為一點(diǎn)的紋線。短紋一條紋線分成兩條后馬上又合成一條，形成一個(gè)小環(huán)。環(huán)點(diǎn)兩條并行的紋線在此處搭接起來。橋三角點(diǎn)又叫外終點(diǎn)，模式區(qū)內(nèi)離典型線最近的點(diǎn)。提供了指紋紋路的計(jì)數(shù)和跟蹤的開始之處。核心點(diǎn)又叫內(nèi)終點(diǎn)，紋線上曲率最大的點(diǎn)，位于指紋問路的漸進(jìn)中心，周圍大致呈半圓趨向。

全局特征包括指紋的紋形和模式區(qū)指紋識(shí)別的發(fā)展歷史

21684N.Grew第一篇關(guān)于指紋科學(xué)報(bào)告1809Mayer描述生理結(jié)構(gòu)定義脊線特征1823T.Bewic用指紋做商貿(mào)印章1899E.HenryHenry指紋分類系統(tǒng)20世紀(jì)早期

利用指紋鑒別身份被普遍接受現(xiàn)在,由于指紋識(shí)別所特有的優(yōu)勢(shì):理論依據(jù)可靠、實(shí)現(xiàn)技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)硬件使用便捷、應(yīng)用簡(jiǎn)單快捷等,利用指紋來完成身份的鑒別和識(shí)別任務(wù)的系統(tǒng)可以說己經(jīng)大規(guī)模的使用、遍地開花。指紋識(shí)別的發(fā)展歷史80年代在國內(nèi)清華大學(xué)開始研究FBI開發(fā)自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)(AFIS)20世紀(jì)60年代自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)

3基于指紋原始灰度圖進(jìn)行識(shí)別基于指紋的特征點(diǎn)(細(xì)節(jié)點(diǎn))進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別指紋識(shí)別系統(tǒng)，即1：N識(shí)別指紋驗(yàn)證系統(tǒng)，即1：1識(shí)別

自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)分類對(duì)象用途自動(dòng)指紋驗(yàn)證系統(tǒng)的組成

指紋采集指紋圖像預(yù)處理指紋特征點(diǎn)提取指紋特征點(diǎn)匹配指紋識(shí)別是基于模式識(shí)別技術(shù),同時(shí)融合傳感器技術(shù)、生物技術(shù)、電子技術(shù)、數(shù)字圖像處理等多種核心技術(shù)于一體的綜合技術(shù)基于細(xì)節(jié)點(diǎn)的指紋驗(yàn)證系統(tǒng)流程圖大部分的基于細(xì)節(jié)點(diǎn)指紋驗(yàn)證系統(tǒng)將特征點(diǎn)的提取納入到指紋預(yù)處理過程01硅技術(shù)基于半導(dǎo)體硅電容效應(yīng)。硅傳感器成為電容的一個(gè)極板,手指則是另一個(gè)極板,利用手指脊線的脊和谷相對(duì)于平滑的硅傳感器之間的電容差,形成8bit的灰度圖像02超聲波技術(shù)利用超聲波具有穿透材料的能力且隨材料的不同產(chǎn)生大小不同的回波。利用皮膚與空氣對(duì)于聲波阻抗的差異,就可以區(qū)分指紋的脊和谷所在的位置。03光學(xué)技術(shù)將手指放在硬度接近10的光學(xué)鏡片上,手指在內(nèi)置光源照射下,用棱鏡將其投影投射在電荷耦合器件(CCD)上,進(jìn)而形成脊線呈黑色、谷線呈白色的數(shù)字化的、可被計(jì)算機(jī)算法處理的多灰度指紋圖像。指紋采集設(shè)備指紋提取設(shè)備性能比較采用光學(xué)指紋采集設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢(shì):設(shè)備經(jīng)過長時(shí)間的應(yīng)用考驗(yàn),對(duì)溫度變化不敏感,能夠達(dá)到較高的分辨率(500DPI)光學(xué)指紋采集器缺少高性能的指紋采集設(shè)備目前的采集設(shè)備對(duì)手指的狀況,如干濕度,清潔度,按壓力度等要求較高缺少有效的指紋圖像預(yù)處理方法目前的指紋預(yù)處理過程大多對(duì)采集的低質(zhì)量指紋圖像進(jìn)行強(qiáng)化，恢復(fù)。實(shí)際優(yōu)秀算法很難設(shè)計(jì)。缺少可靠的指紋特征點(diǎn)提取算法設(shè)計(jì)一種有效的提取復(fù)雜指紋特征情況的特征提取算法具有很大的挑戰(zhàn)性。缺少高速、精確的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)匹配方法如何從指紋庫中快速定位指紋，避免前期處理對(duì)匹配的影響，提高細(xì)節(jié)點(diǎn)匹配精度和速度都很重要缺少統(tǒng)一的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)廠商研制過程中的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,技術(shù)嚴(yán)格保密自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)存在的問題指紋圖像的預(yù)處理目錄03指紋預(yù)處理過程的必要性直接關(guān)系到系統(tǒng)的整體性能和識(shí)別的準(zhǔn)確性較理想的指紋有噪聲指紋損壞嚴(yán)重指紋三種不同質(zhì)量的指紋圖像

采集指紋質(zhì)量下降的原因手指的清潔度下降,像油膩、潮濕、灰塵等和手指的傷痕會(huì)使采集到的指紋圖像模糊不清;A按壓方式不當(dāng),如壓力過大會(huì)使指紋脊線出現(xiàn)斷裂或粘連的現(xiàn)象、壓力過小導(dǎo)致有效的區(qū)域過小、按壓位置偏移也會(huì)導(dǎo)致有效區(qū)域不足;B前一名使用者留下的指紋印痕也會(huì)影響當(dāng)此采集的指紋圖像,造成一定程度上的圖像重疊等C指紋圖像預(yù)處理的內(nèi)容方法、流程acb普通圖像指紋圖像

特殊的地方模糊指紋圖像中的指紋脊線缺陷屬于結(jié)構(gòu)性噪聲,而普通圖像中的屬于隨機(jī)噪聲理想的指紋圖像由脊線和谷線交替構(gòu)成,脊線和谷線粗細(xì)均勻,不能使用中值濾波一類的去噪技術(shù)。除了在細(xì)節(jié)點(diǎn)、奇異點(diǎn)等區(qū)域出現(xiàn)不規(guī)則形狀外,在大部分區(qū)域,脊線和谷線之間相互平行,呈現(xiàn)連續(xù)的、方向平緩變化的曲線形態(tài),在局域上有很強(qiáng)的空間頻率分布性和方向性人們利用這些指紋圖像的特性設(shè)計(jì)出很多針對(duì)指紋圖像的增強(qiáng)方法,并取得了很多研究成果指紋圖像預(yù)處理所做工作

5

1

2

3

4指紋圖像分割指紋圖像細(xì)化指紋圖像二值化指紋圖像灰度變換指紋圖像增強(qiáng)指紋驗(yàn)證系統(tǒng)各環(huán)節(jié)耗時(shí)比例

指紋圖像的灰度變換就是對(duì)指紋圖像進(jìn)行點(diǎn)運(yùn)算,不改變圖像內(nèi)的空間關(guān)系,通過點(diǎn)運(yùn)算擴(kuò)展圖像中有用部分的對(duì)比度,因此有時(shí)也稱為對(duì)比度增強(qiáng)指紋圖像灰度變換歸一化

均衡化圖像灰度變換兩個(gè)步驟目的是增加灰度圖像的對(duì)比度不改變脊線和谷線的清晰度,調(diào)整指紋圖像的灰度均值和方差,以減少沿著脊線和谷線方向上灰度的變化。指紋圖像分割可以將指紋圖像的前景(含有指紋圖像的區(qū)域)、背景以及模糊的區(qū)域區(qū)分開來,以便后續(xù)的處理能在有效的脊線區(qū)進(jìn)行,從而有效的減少偽特征區(qū)域,提高指紋識(shí)別的正確率,并減少了運(yùn)算量,提高整個(gè)系統(tǒng)的效率和性能指紋圖像分割指紋增強(qiáng)就是對(duì)低質(zhì)量的指紋圖像(連接脊線斷開、平行脊線橋接、局部脊線連接模糊等)采用一定的算法進(jìn)行處理,使其脊線結(jié)構(gòu)清晰化,并盡量突出和保留指紋原有特征信息而避免產(chǎn)生偽特征信息,以保證特征提取的準(zhǔn)確性和可靠性,進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的性能指紋圖像增強(qiáng)指紋圖像的二值化是把灰度指紋圖像變成僅用0和255兩個(gè)值表示的二值圖像,其中,0表示脊線子圖,255表示背景子圖。這一過程也就是將灰度圖像變?yōu)楹诎讏D像的過程。指紋圖像二值化指紋圖像的脊線細(xì)化處理,是在不改變圖像像素拓?fù)溥B接關(guān)系的條件下,連續(xù)擦除圖像的邊緣像素,把脊線粗細(xì)不均勻的指紋圖像轉(zhuǎn)化為單像素寬的條紋中心線圖像的過程指紋圖像細(xì)化指紋細(xì)化算法要求收斂性迭代算法必須是