C++ 003指紋識別系統(tǒng).doc

沈陽理工大學學士學位論文11緒論1.1、指紋自動識別技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀和未來自動指紋識別技術(shù)是一種有著廣泛應用背景的身份鑒定技術(shù)。本論文主要介紹了自動指紋識別系統(tǒng)的指紋圖像處理和指紋匹配兩部分。指紋識別的基本原理為：采用細節(jié)點坐標模型來做細節(jié)匹配，即對指紋的脊線末梢和指紋的脊線分支點提取特征點來鑒定指紋。具體的自動指紋識別系統(tǒng)框圖見圖1-1。圖1-1自動指紋識別系統(tǒng)框圖考古證實，公元前7000年到6000年以前，古敘利亞和中國，指紋作為身份鑒別己經(jīng)開始應用。考古發(fā)現(xiàn)，在這個時代，一些粘土陶器上留有陶藝匠人的指紋，中國的一些文件上印有起草者的大拇指指紋，在Jercho的古城市的房屋留有磚匠一對大拇指指紋的印記等。雖然指紋的一些特征己經(jīng)被人們認識和接受而不能證明，但指紋己廣泛應用社會的各個方面。19世紀初，科學研究發(fā)現(xiàn)了至今仍然承認的指紋的兩個重要特征：一是兩個不同手指的指紋脊線的式樣(ridgepattern)不同，另外一個是指紋脊線的式樣終生不改變。這個研究成果使得指紋在犯罪鑒別中得以正式應用。(主要代表性的事件有：1896年阿根廷首次應用，然后是1901年的蘇格蘭，20世紀初其他國家也相繼應用到犯罪鑒別中)20世紀60年代，由于計算機可以有效的處理圖形，人們開始著手研究利用計算機來處理指紋。從那時起，自動指紋識別系統(tǒng)AFIS在法律實施方而的研究和應用在世界許多國家展開。20世紀80年代，個人電腦、光學掃描這兩項技術(shù)的革新，使得它們作為指紋取像的工具成為現(xiàn)實，從而使指紋識別可以在其他領域中得以應用，比如代替IC卡?，F(xiàn)在(90年代后期)，低價位取像設備的引入及其飛速發(fā)展，可靠的比對算法的發(fā)現(xiàn)為個人身沈陽理工大學學士學位論文2份識別應用的增長提供了舞臺。對指紋識別技術(shù)來說，被廣泛接受意味著在影響千萬人的日常生活的各個地方使用。通過取代個人識別碼和口令，指紋識別技術(shù)可以阻止非授權(quán)的訪問，可以防止盜用ATM、蜂窩電話、智能卡、桌面PC、工作站及其計算機網(wǎng)絡；在通過電話、網(wǎng)絡進行的金融交易時進行身份認證；在建筑物或工作場所，指紋識別技術(shù)可以取代鑰匙、證件、圖章和卡閱讀器。然而，必須指出的是，指紋識別技術(shù)到目前在國內(nèi)乃至世界上仍未普及，其主要原因是：(1)速度慢，目前一般系統(tǒng)辨別時需要數(shù)秒鐘甚至更長；(2)價格高，系統(tǒng)過于昂貴；(3)性能差，錯誤拒識率（FalseRejectRate：FRR）和錯誤接受率（FalseAcceptedRate：FAR）過高。因此，對快速而精確的指紋識別方法的研究有著重要的科學意義和應用價值。一般來說，一個指紋自動識別系統(tǒng)(AutomatedFingerprintIdentificationSystem：AFIS)主要包括指紋圖像提取子系統(tǒng)、指紋識別子系統(tǒng)和指紋壓縮存儲子系統(tǒng)幾個部分組成。其中，指紋識別子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心部分，包括指紋圖象處理、特征提取、指紋分類及匹配等四部分。本文將主要對指紋圖象處理和特征提取的部分算法加以討論和研究。1.2、本文的主要研究工作本文主要的研究內(nèi)容是在VC+環(huán)境下實現(xiàn)指紋圖像的小波變換和預處理，同時還研究指紋特征提取及匹配算法問題。全文對小波的基本理論進行了簡要介紹，并對指紋圖像小波變換的實現(xiàn)、基于小波變換頻率特性的應用指紋圖像濾波處理、指紋圖像增強處理的理論以及VC+編程實現(xiàn)進行了比較深入地研究，并列出了實現(xiàn)程序。此外，本文還在對指紋圖像的預處理方法進行分析和研究的基礎上，提出了一套指紋預處理算法，采用該算法可以得到清晰的指紋點線圖，效果較為突出。沈陽理工大學學士學位論文3第2章VC+環(huán)境下小波變換及指紋圖像處理2.1小波的基本理論2.1.1小波分析圖像處理小波變換是最近20多年來發(fā)展起來的用于信號分析和信號處理的一種新的域變換技術(shù)。由于小波變換是把信號在不同尺度上進行小波展開，它更適合于處理突變信號和非平穩(wěn)信號。小波變換技術(shù)已受到人們極大的重視。Fourier變換是數(shù)學分析中最古老的學科之一，即一個信號可表示成一系列正弦和余弦函數(shù)之和。但Fourier變換只有頻率分辨率而沒有時間分辨率，這就意味我們可以確定信號中包含的所有頻率，但不能確定具有這些頻率的信號出現(xiàn)在什么時候，只適宜處理平穩(wěn)信號。在非平穩(wěn)信號的分析中，人們希望存在一種變換函數(shù)，能夠滿足在高頻信號中，有相對小的時間間隔以便給出較高的精度，而在低頻信號中能夠以相對較寬的時間間隔給出完全的信息。小波是有限寬度的基函數(shù)，這些基函數(shù)不僅在頻率上而且在位置上是變換的，它們是有限寬度的波?；谒鼈兊淖儞Q稱為小波變換。小波變換具有時間一頻率自動伸縮能力，這種能力可以在任何希望的頻率范圍上產(chǎn)生頻譜信息。小波理論的提出可追溯到1910年Haar提出的規(guī)范正交基。1975年Caldern發(fā)表了接近小波級數(shù)展開的再生公式，1981年Stromberg對Harr系進行了改進，證明了小波函數(shù)的存在性。1984年法國地理學家Morlet在分析地震波的局部性質(zhì)時引入了小波的概念，繼而Y.Meyer于1986年創(chuàng)造性地構(gòu)造出了具有一定衰減性的二進小波函數(shù)，掃除了人們對于小波函數(shù)是否存在的疑慮，從而真正掀起了小波研究的熱潮。同年，S.Mallat將多分辨率分析的概念引入了小波分析及小波函數(shù)的構(gòu)造中，并將小波函數(shù)的構(gòu)造統(tǒng)一于多分辨率分析的框架之下，同時，Mallat提出的快速算法使小波變換從理論研究進一步走向各種應用領域。1988年Daubechies構(gòu)造出了具有緊支集的正交小波集。1989年，Goifman,Meyer和Quake等引入了小波包。1990年，崔錦泰和王建忠構(gòu)造了基于樣條函數(shù)的單正交小波函數(shù)。1992年，Coher,Daubechies,Feauveau提出了具有緊支撐的雙正交小波基。至此，小波理論系統(tǒng)的構(gòu)架得以建立，它為原來信號處理領域里各自獨立的方法，如多尺度分析、拉普拉斯金字塔、精確重建濾波器組等提供了一個統(tǒng)一的理論框架。隨著理論研究的不斷深入和應用領域的不斷擴展，小波分析越來越顯示出它的獨特魅力。沈陽理工大學學士學位論文41、小波概念小波變換的定義是把某一被稱為基本小波(也叫母小波motherwavelet)的函數(shù)t做位移后，再在不同尺度下與待分析的信號xt做內(nèi)積:1,0ztWTxtdt(2.2)等效的頻域表示是:*,2jZWTXed(2.3)式中X和分別是xt和t的傅里葉變換。小波變換有以下特點:1)有多分辨率(multi-resolution)，也叫多尺度(multi-scale)的特點，可以由粗及細地逐步觀察信號。2)可以看成用基本頻率特性為的帶通濾波器在不同尺度下對信號做濾波。由于傅里葉變換的尺度特性可知，這組濾波器具有品質(zhì)因數(shù)恒定，即相對帶寬(帶寬與中心頻率之比)恒定的特點。注意，越大相對頻率越低。3)適當?shù)剡x擇基小波，使t在時域上為有限支撐，在頻域上也比較集中，就可以使在時、頻域都具有表征信號局部特征的能力，因此有利于檢測信號的瞬態(tài)或奇異點。正如上所述，小波分析的一個主要優(yōu)點就是能夠分析信號的局部特征。比如說，采用小波分析可以發(fā)現(xiàn)疊加在一個非常規(guī)范的正弦信號上的一個非常小的畸變信號的出現(xiàn)時間。傳統(tǒng)的傅里葉變換只能得到平坦的頻譜上的兩個尖峰。利用小波分析可以非常準確地分析出信號在什么時刻發(fā)生畸變。小波分析可以檢測出許多其他分析方法忽略的信號特性，例如，信號的趨勢、信號的高階不連續(xù)點、自相似特性。小波分析還能以非常小的失真度實現(xiàn)對信號的壓縮與消噪，它在圖像數(shù)據(jù)壓縮方面的潛力已經(jīng)得到確認。在二維情況下，