基于图像的指纹识别系统

基于图像的指纹识别系统

姓名:钟涛

学号:0951246

班级:计科2班

基于DSP 指纹识别系统

一、系统概述

人类社会活动中需要身份验证，指纹识别在生物特征识别领域具有重要作用。随着计算机技术的发展，自动指纹识别系统得到了广泛的重视和应用。作为一种生物特识别技术，人的指纹具有唯一性和稳定性的特点。目前多数指纹识别系统是将指纹图象采集到计算机中，利用计算机进行识别。

指纹识别系统在结构上可分为三层:系统硬件平台、操作系统和指纹识别算法。如下图所示。

最底层系统硬件平台，是系统的物理基础，提供软件的运行平台和通信接口。系统的硬件平台一般是基于DSP 等微处理器构建的。第二层是操作系统，这一层提供任务调度以及接口驱动，同时，通过硬件中断来实现系统通信请求的实时响应，如对指纹采集的控制、对 HPI 通信的控制等。这种方式可以提高系统的运行效率。最上层是指纹识别核心算法的实现。该算法高效地对采集到的指纹进行处理和匹配。采用 C 语言在 DSP 处理器的集成开发环境(IDE)CCS 中实现，并最终下载到芯片上

指纹识别系统的简单流程如下图所示:

指纹传感器

扫描指纹图像

脊线方向、脊线频率

GABOR滤波器

特征提取、匹配

图像识别预处理

图像匹配

识别结果输出

, 脊线方向、脊线频率:提取脊线方向，计算脊线频率

, GABOR滤波器:GABOR 变换由于具有最佳时域和频域连接分辨率的特点，能够同时对

图像局部结构的方向和空域频率进行解析，可以很好地兼顾指纹图像的脊线方向和脊线

频率信息。GABOR 滤波器函数的实部作为模板，以与子块纹线方向垂直的方向作为滤

波器方向，以脊线频率作为滤波器频率来构建滤波器。滤波过程如下式所示:

其中，为原始图像灰度，是 GABOR 滤波后的图像灰度，W 为滤波器模板大小，S 为模

板系数和，为子块的域方向值。需要注意的是GABOR 滤波器中的与指纹文理方向垂直。

对和的取值需要进行折衷，取值越大，则滤波器的抗噪性能越好，但也容易声成假的脊线。

这里取和。

, 特征提取、匹配:将从指纹数据库中寻找与待识别指纹相似度最高的指纹图像。

二、图像处理模块

1. 图像识别预处理

图像识别预处理:减少由于指纹采集设备本身给指纹图像带来的一些噪声，和指纹本身

有可能被污染，太干或太湿，给指纹图像带来噪声。图像识别预处理有以下几个步骤:

(1)去毛孔噪声:去除在采集指纹时采集到纹线上的毛孔，如果不先将毛孔噪声去除，

细化之后会出现大量的小圈，影响特征点提取;

(2)指纹增强:指纹增强技术的实质是提高图像纹线结构的清晰程度; (3)图像分割:指纹增强我们将指纹图像分为前景区、背景区、模糊区和白背景区。

2. 指纹图像二值化算法

指纹图像二值化:就是把灰度图像转变为黑白相间的二值图像，通过设定一个全局

阈值对增强后的指纹图像转变为用0、1 两种灰度表示，0 代表脊线，为黑像素，作

为前景。1 代表谷线，作为白像素。处理方式如下:

(1)基于阈值的二值化

由于采集到的指纹图像不同区域深浅不一，如对整幅图像使用同一阈值进行二值分

割，会造成大量有用信息的丢失。因此我们使用适应局部阈值二值化的思想，既将

图像分割成多个小块，对每个小块进行分别计算，局部阈值的选取参考局部块的各

个像素，而且选取的阈值应尽量使该块图像内大于该阈值的像素点数等于小于该阈

值的像素点数，这样可以使阈值具有自适应性，不会使大量有用信息丢失。

自适应

局部阈值二值化的流程图如图5:

图5 中T 为该块指纹图像的平均灰度值Nh、Nl 分别为第(k，l)块指纹图像中灰度值大于等于T 和小于T 的像素点数，δ= w ×w ×10 % ，w 是分块尺寸(像素) 。

(2)图像的细化

图像细化操作应该在经过阀值分割后的二值图像上进行。对图像进行细化处理的主要目的是为后继的后处理算法和细节特征提取算法做准备。在自动指纹识别技术中，一般要求细化后的图像必须是单像素宽的，而且细化总体效果一定要好，否则将无法使用常规的特征提取算法提取细节特征信息。

3. 指纹图像匹配算法

(1)基于角度的特征点距离匹配算法

如果模板指纹和待识指纹中有一对分叉点是同一手指的同一分叉点，那么它们通过上式计算出的欧式距离也是严格一一对应的。经过长时间的统计分析，如果在两幅指纹图中这样一一对应的分叉点超过闭值，可认为两幅指纹严格匹配。算法过程如下:

(1)提取待识指纹和模板指纹中每一分叉点到其他所有分叉的欧式距离和角度;

(2)将每个分叉点到其他分叉点的角度按逆时针顺序从小到大排列;

(3)计算出第(2)步每一个分叉点到其按逆时针排列对应的分叉点的欧式距离;

(4)如果待识指纹和模板指纹中有一对分叉点对欧式距离严格匹配，则认为该

对分叉

点是一对匹配点对;

(5)统计匹配点对数，如超过某一个阂值，则认为匹配成功。