提取二值化指纹图像中特征数据的算法研究

目录

1 引言 (1)

1.1指纹识别发展概况 (1)

1.2指纹识别技术概述 (3)

1.2.1预处理 (4)

1.2.2特征提取 (4)

1.2.3指纹匹配 (5)

1.2本文主要研究内容及结构安排 (5)

2 特征提取算法介绍 (7)

2.1指纹的特征数据 (7)

2.1.1总体特征 (7)

2.1.2局部特征 (7)

2.2提取算法 (8)

3 图段的提取 (10)

3.1基本定义 (10)

3.1.1行程 (10)

3.1.2行程码 (10)

3.1.3行程相关 (10)

3.1.4图段 (11)

3.2图段提取算法 (11)

3.2.1提取行程 (11)

3.2.2提取图段 (12)

3.3代码展示 (12)

3.3.3提取图段 (12)

4 特征提取 (13)

4.1图段结构 (13)

4.2.1图段属性 (13)

4.2.1图段结构类型 (13)

4.2提取端点 (14)

4.2.1算法简介 (14)

4.2.2判定规则 (14)

4.3消除周边点 (15)

5 实验与结果 (16)

5.1实验环境 (16)

5.2实验结果 (16)

5.2.1图段提取的结果 (16)

5.2.2特征提取的结果 (18)

5.2.3结果分析 (18)

6 总结 (20)

1 引言

人类一直在研究有效的身份鉴别方法。用于身份鉴别的传统方法有两种：第一种基于标志的身份鉴别，通常是通过判断是否具有某种特定标志来对身份进行鉴别，如身份证，护照、钥匙，通行证等。第二种基于知识的身份鉴别，通常是根据被鉴别者所具有的某种知识来对其进行鉴别，如银行存折的密码，个人认证数字或固定问题答案等。

这些传统的身份鉴别方法具有简便，易于实现且经济成本很少的优点。但是，随着科学技术和人类社会的发展，现代社会对于人类自身身份识别的准确性、安全性与实用性提出了更高要求。传统的身份识别方法己经远远不能满足这种要求，于是人类找到了生物识别这种更为安全可靠、使用方便的新的身份识别技术。

生物识别技术是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术。生物特征包括生理特征和行为特征，人的生理特征与生俱来，多为先天性的；行为特征则是习惯使然，多为后天形成。常见的生物特征包括：指纹、掌纹、虹膜、脸像、声音、笔迹等。这些特征都具有唯一性和稳定性的特点，且不易复制。与传统的身份鉴别手段相比，基于生物特征的身份认证技术具有以下优点[1, 2, 3]：

(1)普遍性：每个人都拥有该特征；

(2)唯一性：没有哪两个人拥有同样的该特征；

(3)永久性：该特征不会随时间而变化；

(4)可采集性：该特征能够被定量地测量出来；

(5)易实现性：容易实现，资源消耗少，对工作环境要求不苛刻；

(6)防伪性：即不易伪造或被盗，识别率高；

(7)方便性强：“随身携带”，随时随地可用。

目前的生物识别技术主要包括指纹、手形、面孔、虹膜、视网膜、声音、签名等的认证。其中，指纹识别是利用手指纹线所构成的图像的唯一性和排他性进行身份鉴定。基于指纹的自动识别技术是最早和最广泛的被应用于实践的生物识别技术。它是一种相对准确率最高，且最易被用户接受的身份认证方案[1]。

1.1指纹识别发展概况

指纹在全球范围被承认中国使用最早，6000年以前就有使用。一千多年前就有签字画押记载，无论是在法庭证词上，还是在民间契约上，利用指纹作为个人标识得到法律

上的认可。同一时期的古代印度，指纹也被用于人身标识。现代指纹人身标识技术起始于十六世纪晚期。

1684年，英国的植物形态学者N.Grew对指纹做出了系统的研究并发表了一篇论文，文中详细分析了指纹的犁沟、脊线、汗腺孔的结构，这篇文章被认为是有关指纹技术的第一篇科学文献。

1788年，Mayer对指纹的构造原理和指纹脊线犁沟分布特点做出了详细的描述，给出了解剖学形式的详细报告。

1823年，Purkinje提出了最早的指纹分类策略，他将指纹按照纹线中脊的外形分布特点分成九类。H.Fauld在1880年指出指纹的个人唯一性和终身不变性，这使得指纹在犯罪鉴别中得以正式应用(1808年阿根廷首次应用)，与此同时，Herschel声称，他将指纹作为身份验证的依据已有近20年的历史了。这些发现建立了现代指纹身份验证技术的基础。十九世纪末，F.Galton对指纹进行了更为深入的研究，并在1888年提出利用细节特征点进行单个指纹分类的方法。

1899年E.Henry建立了著名的Henry指纹分类系统，提高了指纹验证效率，为指纹用于人身标识起了重要的推动作用及更为科学的鉴别标准。到二十世纪早期，结合解剖学观点，人们对指纹的构成已经有了很好的了解，指纹鉴别被司法部门正式规定为合法的人身辨识方法，指纹鉴别己经成为司法调查的一道标准程序，指纹鉴别机构在世界范围内开始建立，构造出大量的罪犯指纹库。

六十年代，随着计算机的出现，人们开始了对自动指纹鉴别技术的研究。美国联邦调查局巴黎警部首先开发了自动指纹鉴别系统(AFIS) 大大提高了法律相关部门的效率。在司法部门取得的成功，也大大推进了自动指纹鉴别系统向其他民用领域的转化。

20世纪末期以来，指纹识别技术被应用到许多方面。通过使用指纹验证来取代各个计算机应用程序的密码就是最为典型的实例。可以想象如果计算机上的所有系统和应用程序都可以使用指纹验证的话，人们使用计算机就会非常方便和安全，用户不再讨厌必要的安全性检查，而开发商的售后服务工作也会减轻许多。IBM公司已经开发成功并广泛应用的Global Sign on软件通过定义唯一的口令，使用指纹，就可以在公司整个网络上畅行无阻。

把指纹识别技术同IC卡结合起来，是目前最有前景的一个方向之一。该技术把卡的主人的指纹(加密后) 存储在IC卡上，并在IC卡的读卡机上加装指纹识别系统，当读卡机阅读卡上的信息时，一并读入持卡者的指纹，通过比对卡上的指纹与持卡者的指纹，