指纹图像预处理

基于指纹识别的学生考勤系统作者姓名：许方家指导教师：杜玉远单位名称：电子科学与信息眼界所专业名称：生物医学工程东北大学2010年6月Student attendance based on fingerprintrecognition systembyXu FangjiaSupervisor:Du YuyuanNortheastern UniversityJune 2009东北大学本科毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书基于指纹识别的学生考勤系统摘要随着计算机的发展及网络技术的应用，当今社会经济的不断进步，各大高校招生数量的不断提升，学生管理的工作量越来越大，需要的人力也越来越多，一个高效而且经济的学生管理系统在学校的推广势在必行，这也是完善学校信息化管理的重要环节。

本文结合我们学校的实际情况，利用人体生物特征-指纹进行身份识别的技术，设计并实现了一个基于指纹识别的学校考勤管理系统。

全文先概述了本课题的选题背景及系统特点，介绍了指纹的一些相关知识及识别流程，再重点分析了系统的体系结构，后台图像处理的设计及各模块功能。

其中着重叙述了中心点的提取、指纹脊线方向的提取及GABOR滤波三个功能的具体实现。

本文中主要是实现指纹识别中的预处理流程，中心点的提取，通过求取脊线频率来实现GABOR 滤波的可行性。

由于本文是通过提取中心点的方式来提取指纹细节特征，所以使本文提取的细节更快。

为了克服基于细节点的指纹识别算法的局限性而提取了指纹的全局和局部特征，利用Gabor滤波器提取指纹的纹理特征，并计算指纹的标准绝对偏差作为特征向量，这种表达不仅包含了指纹的局部特征也包含了全局特征。

关键词：功能介绍，中心点提取，脊线方向，特征提取，GABOR滤波TitleAbstract Key words：目录毕业设计（论文）任务书 (I)摘要 (II)Abstract (III)第一章绪论........................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1 指纹概述...................................................................................... 错误！未定义书签。

1.2 系统简介...................................................................................... 错误！未定义书签。

1.3 指纹识别系统简介...................................................................... 错误！未定义书签。

1.4 课题背景及本文主要工作.......................................................... 错误！未定义书签。

第二章指纹识别系统设计................................................................... 错误！未定义书签。

2.1 系统总体设计.............................................................................. 错误！未定义书签。

2.2 指纹识别系统设计...................................................................... 错误！未定义书签。

2.2.1系统基本框架........................................................................ 错误！未定义书签。

2.2.2 图像的采集与显示模块....................................................... 错误！未定义书签。

2.2.3中心点提取............................................................................ 错误！未定义书签。

2.2.4 指纹特征值提取................................................................... 错误！未定义书签。

2.3 本章小结第三章指纹识别系统部分功能的实现 (12)3.1 指纹识别比对系统的总述.......................................................... 错误！未定义书签。

3.2 中心点的提取.............................................................................. 错误！未定义书签。

3.2.1 图像的预处理....................................................................... 错误！未定义书签。

3.2.2 中心点的确认....................................................................... 错误！未定义书签。

3.2.3 指纹脊线的走向................................................................... 错误！未定义书签。

3.3特征提取....................................................................................... 错误！未定义书签。

3.3.1 GABOR 滤波......................................................................... 错误！未定义书签。

3.3.2 区域划分和方差的计算....................................................... 错误！未定义书签。

3.3.3 特征分类............................................................................... 错误！未定义书签。

3.4 本章小结第四章结束语 (13)参考文献 (15)致谢 (16)注：目录中一级标题顶格，二级标题缩进两字符，三级标题缩进四字符。

第一章绪论1.1指纹概况指纹（fingerprinting），由于其具有终身不变性、唯一性和方便性，已几乎成为生物特征识别的代名词。

指纹是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线。

纹线有规律的排列形成不同的纹型。

纹线的起点、终点、结合点和分叉点，称为指纹的细节特征点（minutiae）。

指纹识别即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。

由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。

其实，我国古代早就利用指纹（手印）来签押。

1684年，植物形态学家Grew发表了第一篇研究指纹的科学论文。

1809年Bewick把自己的指纹作为商标。

1823年解剖学家Purkije将指纹分为九类。

1880年，Faulds在《自然》杂志提倡将指纹用于识别罪犯。

1891年Galton提出著名的高尔顿分类系统。

之后，英国、美国、德国等的警察部门先后采用指纹鉴别法作为身份鉴定的主要方法。

随着计算机和信息技术的发展，FBI和法国巴黎警察局于六十年代开始研究开发指纹自动识别系统（AFIS）用于刑事案件侦破。

目前，世界各地的警察局已经广泛采用了指纹自动识别系统。

九十年代，用于个人身份鉴定的自动指纹识别系统得到开发和应用。

由于每次捺印的方位不完全一样，着力点不同会带来不同程度的变形，又存在大量模糊指纹，如何正确提取特征和实现正确匹配，是指纹识别技术的关键。

指纹识别技术涉及图像处理、模式识别、机器学习、计算机视觉、数学形态学、小波分析等众多学科。

1.2系统简介本指纹考勤系统分为三部分。

第一部分，指纹采集处理模块，本模块主要是用于学生入学时进行指纹的采集和特征提取工作，学生只要输入本人姓名等待计算机确认后再指纹采集仪器上按压自己的指纹就能实现本人指纹的存入，一个人只能存一枚指纹。

指纹采集以后会进行一些基本处理然后提取特征值，并且存入数据库中。

第二部分，指纹对比模块，主要用于员工指纹登记，日常的考勤，将学生的考勤记录到数据库中。

学生在上下课时只需要在指纹仪上按压手指，系统便能把每天实时采集到的指纹与数据库中预先录入的指纹信息进行比较匹配，自动识别学生的身份，如果是合法使用者，考勤成功，记录考勤时间。

第三部分，考勤查询模块，根据考勤时间生成报表以方便学生和老师查询。

其中第一和第三部分主要工作在后台，而第二部分主要是前台工作比如指纹查询终端机之类。

1.3指纹识别系统简介指纹识别系统是一个典型的模式识别系统，包括指纹图像获取、处理、特征提取和比对等模块。

指纹图像获取：通过专门的指纹采集仪可以采集活体指纹图像。

目前，指纹采集仪主要有活体光学式、电容式和压感式。

对于分辨率和采集面积等技术指标，公安行业已经形成了国际和国内标准，但其他还缺少统一标准。

根据采集指纹面积大体可以分为滚动捺印指纹和平面捺印指纹，公安行业普遍采用滚动捺印指纹。

另外，也可以通过扫描仪、数字相机等获取指纹图像。

指纹图像压缩：大容量的指纹数据库必须经过压缩后存储，以减少存储空间。

主要方法包括JPEG、WSQ、EZW等。

指纹图像处理：包括指纹区域检测、图像质量判断、方向图和频率估计、图像增强、指纹图像二值化和细化等。

正如人们在平时把指纹分成簸箕，斗等类型，在自动指纹识别的研究中，指纹被分成五大类型：拱类、左环类、右环类、尖拱类、旋涡类（也就是"斗"）。

指纹分类的主要目的是方便大容量指纹库的管理，并减小搜索空间，加速指纹匹配过程。

指纹分类是基于指纹脊或谷的整体流向以及指纹的核心点。

很多研究者试图解决指纹分类问题，但至今分类算法的误识率仍较高。

如何提高指纹分类的准确率在自动指纹识别研究中是一个较关键的问题。

1.4课题背景和本文主要应用指纹识别技术已经成熟，其应用日益普遍，除了刑事侦察用之外，在民用方面已非常广泛，如指纹门禁系统、指纹考勤系统、银行指纹储蓄系统、银行指纹保管箱、指纹医疗保险系统计划生育指纹管理系统、幼儿接送指纹管理系统、指纹献血管理系统、证券交易指纹系统、指纹枪械管理系统、智能建筑指纹门禁管理系统、驾驶员指纹管理系统等。