手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)姓名：左鐵東申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：控制科學(xué)與工程指導(dǎo)教師：胡德文20091101國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究牛院碩士學(xué)位論文摘要手掌靜脈識(shí)別技術(shù)是最近幾年才發(fā)展起來的新的生物特征識(shí)別技術(shù)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了國內(nèi)外生物特征識(shí)別領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。本文在國家“相關(guān)課題的支持下，針對(duì)手掌靜脈識(shí)別中的圖像采集、特征提取與匹配等難點(diǎn)問題，自主設(shè)計(jì)、研發(fā)出一套手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)。首先，基于對(duì)課題的需求的仔細(xì)分析和探討，提出了手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并確定了設(shè)計(jì)方案的可行性。在此基礎(chǔ)上分析并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的采集裝置，包括近紅外成像系統(tǒng)和光源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2、，完成了系統(tǒng)的整體搭建和軟件實(shí)現(xiàn)，并采集到了滿足要求的手掌靜脈圖像。其次，為了提高系統(tǒng)的識(shí)別精度，對(duì)手掌靜脈圖像的預(yù)處理算法進(jìn)行了深入的研究，分別采用自適應(yīng)局部對(duì)比度增強(qiáng)算法、方法的改進(jìn)算法、條件細(xì)化及其改進(jìn)算法對(duì)手掌靜脈圖像進(jìn)行增強(qiáng)、二值化和細(xì)化等一系列預(yù)處理，取得了較好的處理效果。在特征提取與匹配方面，采用基于特征點(diǎn)的方法提取手掌靜脈圖像的特征，采用點(diǎn)模式匹配算法進(jìn)行特征匹配，取得了較好的識(shí)別效果。最后，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證模式下的工作性能。相比于識(shí)別模式，驗(yàn)證模式是系統(tǒng)比較常用的工作模式。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，系統(tǒng)具有較高的驗(yàn)證精度、驗(yàn)證速度和穩(wěn)定性。改變系統(tǒng)的閾值參數(shù)可以調(diào)整系統(tǒng)的拒識(shí)率和

3、誤識(shí)率，以適應(yīng)于不同的工作環(huán)境。關(guān)鍵詞：生物特征識(shí)別技術(shù)，手掌靜脈識(shí)別，近紅外光源，圖像預(yù)處理，特征提取國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文，。，（）（）：，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩學(xué)位論文表目錄表不同生物特征識(shí)別技術(shù)的比較一表的特性表三種近紅外光源的比較表三種不同陣列結(jié)構(gòu)光源的比較表三種配置的端口分配表手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)匹配測(cè)試中的及相應(yīng)的表手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)驗(yàn)證結(jié)果（：）表手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)各部分所耗時(shí)間國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文圖目錄圖全球生物特征識(shí)別技術(shù)市場的增長趨勢(shì)：圖各種生物識(shí)別技術(shù)在年度所占的市場比例圖手背靜脈圖像采集裝置一圖公司和日立公司的靜脈識(shí)別產(chǎn)品圖富士通公司的手掌靜

4、脈識(shí)別系統(tǒng)圖手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖圖大氣中紅外線的發(fā)射光譜圖的光譜特性圖圖圖像采集卡結(jié)構(gòu)圖一圖圖像采集卡的數(shù)據(jù)采集時(shí)序圖不同結(jié)構(gòu)的光源陣列。圖光源控制板的結(jié)構(gòu)圖圖近紅外成像系統(tǒng)通過圖像采集卡與機(jī)的連接圖圖結(jié)構(gòu)圖圖串口連接圖圖光源連接與控制過程圖圖手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)示意圖圖手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)實(shí)物圖圖基礎(chǔ)類結(jié)構(gòu)圖圖手掌靜脈圖像采集界面圖手掌靜脈圖像圖手掌靜脈圖像的定位及的提取圖平滑和增強(qiáng)后的手掌靜脈圖像圖幾種二值化后的手掌靜脈圖像圖二值化后的手掌靜脈圖像圖濾波與去噪后的二值化圖像圖幾種不可刪除的點(diǎn)圖幾種可刪除的點(diǎn)圖第一類非單像素點(diǎn)圖第一類非單像素點(diǎn)模板圖第二類非單像素點(diǎn)圖第二類非單像素點(diǎn)模板一國防

5、科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩十學(xué)位論文圖細(xì)化和修復(fù)后的手掌靜脈圖像圖幾種細(xì)節(jié)點(diǎn)圖條件細(xì)化圖像中的特殊點(diǎn)及其改進(jìn)細(xì)化算法處理后的點(diǎn)圖系統(tǒng)工作過程示意圖圖手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)匹配測(cè)試合法匹配與非法匹配值的分布曲線圖手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)的和曲線獨(dú)創(chuàng)性聲明奉人聲胡輯呈交的學(xué)位論交是我本人在導(dǎo)浠稽導(dǎo)下進(jìn)行的研究工律及取得鰳研究成暴。盡我所知，除了文皆特嬲加；之捶連拳致謝的堍方靜，論文中不包臺(tái)箕德人已經(jīng)發(fā)表靜撰寫避的研究或聚，也不包含為獲潯蓬防褥學(xué)技術(shù)大學(xué)或其它教育規(guī)構(gòu)的學(xué)位或證豢焉縫饜醺的樹輯與羲一蠲工露鷺弼恚磚本研究所傲的任何囂靛均已在論交中終了曉確酶說明并表承浚煮。掌位論文戇目：至莖蘊(yùn)鹽塑型塞籩鯉運(yùn)鹽盞塞毽一。孝

6、饋論文律孝簽名：蠢盔蓉氮日期：如叮年，意；審彥學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書豢人完全了瓣囂防攜擘技術(shù)大學(xué)有爰保留。使用學(xué)位論文的艇定本人授權(quán)醫(yī)防科學(xué)鼓求太學(xué)蠆以鎩留并向醫(yī)家有差幫門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)審讒和電子文檔，免許論文被燾闐和僧闋；可以將攀位論文的壘藏巍餐分內(nèi)察藕入有笑數(shù)據(jù)庫遂行捻索，可以采恁影印，蘩暈盛季鼉掛等復(fù)鍘手段像存，匯鱗掌位論文繯密學(xué)位論文在辮密后適用衣授蔽餐學(xué)位論文邈目：學(xué)位論文捧者簽釓秘缸作者稽導(dǎo)教勢(shì)簽名：至鍪整墼燙簍瑟邕鮑垡芷主塞塹一一蟊麓：唧年，月；護(hù)日器齄：年月歹爭豺第一章緒論課題研究的目的及意義在現(xiàn)代社會(huì)中，信息安全越來越重要，人們對(duì)信息安全也提出了更新、更高的要求。身份驗(yàn)證

7、是人們加強(qiáng)信息安全性的基本方法和前提?，F(xiàn)實(shí)生活中，許多場合都需要進(jìn)行身份認(rèn)證，如登錄計(jì)算機(jī)，登錄網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)，到銀行辦理業(yè)務(wù)，鑒別疑犯，進(jìn)入軍事要地等等。因而，有效的身份驗(yàn)證方法可以給我們的生活帶來安全、便利和效益，可以給我們的社會(huì)帶來安定、秩序和效率。傳統(tǒng)的身份驗(yàn)證主要是基于證件、鑰匙等標(biāo)識(shí)物或者密碼、碼等知識(shí)來完成的，而隨著計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，這些傳統(tǒng)的確認(rèn)機(jī)制暴露出諸多固有的弊端。對(duì)于基于標(biāo)識(shí)物（證件、鑰匙等）的安全機(jī)制，存在攜帶不便、容易被盜、容易偽造、容易丟失等問題。對(duì)于基于密碼的安全機(jī)制，存在密碼難記、容易攻擊甚至被破解、容易搞混、容易忘記等問題。傳統(tǒng)的身份驗(yàn)證方式的這些弊端給

8、我們的生活帶來了諸多不便和安全隱患。比如一些罪犯通過偽造證件進(jìn)入機(jī)密場所竊取機(jī)密信息，有的罪犯偽造簽證和護(hù)照非法移民入境或移民。還比如密碼的盜取，別人只要留意用戶在系統(tǒng)終端前輸入口令時(shí)的擊鍵動(dòng)作就可以知道用戶的口令，甚至可以通過用戶的生日、年齡、姓名或者家人的其他一些信息猜出用戶的密碼。每年都會(huì)因證件丟失或偽造、密碼被盜等給銀行、金融機(jī)構(gòu)、通訊公司和政府等部門造成好好幾億美元的損失【。因此，這些傳統(tǒng)的身份識(shí)別方法已經(jīng)越來越不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求，尋求更為方便可靠、更加安全的個(gè)人身份驗(yàn)證識(shí)別方法已是勢(shì)在必行?；谏锾卣鞯纳矸葑R(shí)別技術(shù)（，簡稱生物識(shí)別技術(shù)）可以克服傳統(tǒng)身份識(shí)別方式的許多缺點(diǎn)。每人

9、的生物特征不會(huì)改變，不會(huì)丟失或遺忘，更難偽造或模仿。因此，與傳統(tǒng)的身份識(shí)別方法相比，生物特征識(shí)別技術(shù)能有效克服傳統(tǒng)身份識(shí)別方法的缺陷，具有更高的安全性、可靠性和有效性，將具有廣闊的應(yīng)用前景。另外，生物識(shí)別技術(shù)產(chǎn)品均借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，可以配合電腦與監(jiān)控、安全、管理系統(tǒng)整合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，從而提高政府部門和企、事業(yè)單位的安全和管理機(jī)制。各種生物特征的識(shí)別方法都有著一定的適用范圍和要求，不同身體部位的特征識(shí)別適用于不同的安全管理領(lǐng)域，迄今為止，還沒有哪一種單項(xiàng)的生物特征識(shí)別可以達(dá)到通用性的要求。靜脈識(shí)別技術(shù)是最近幾年才發(fā)展起來的生物特征識(shí)別技術(shù)，具有識(shí)別精度高、防偽性強(qiáng)、適用范圍廣、可獲得性

10、高，可接受度好等特點(diǎn)。在對(duì)現(xiàn)有的生物特征識(shí)別技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行全面的分析總結(jié)后，針對(duì)靜脈識(shí)別技術(shù)存在的問題，結(jié)合其發(fā)展趨勢(shì)，考慮到手掌靜脈特征的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，本文對(duì)手掌靜脈識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了初步的探討和研究，自主設(shè)計(jì)、研發(fā)出一套手掌靜脈識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以采集到較高質(zhì)量的手掌靜脈圖像，并運(yùn)用圖像處理和模式識(shí)別的方法，對(duì)手掌靜脈特征進(jìn)行提取與匹配來實(shí)現(xiàn)個(gè)人身份識(shí)別。手掌靜脈識(shí)別技術(shù)作為一種新興的生物識(shí)別技術(shù)，以其豐富的信息量，穩(wěn)定而唯一的特征，越來越受到國內(nèi)外生物特征識(shí)別領(lǐng)域研究人員的高度關(guān)注，與其相關(guān)的新技術(shù)和新方法也不斷涌現(xiàn)。手掌靜脈識(shí)別技術(shù)是對(duì)現(xiàn)有生物測(cè)定識(shí)別技術(shù)必要而有益的補(bǔ)充，它的發(fā)展不僅能推

11、動(dòng)生物測(cè)定識(shí)別技術(shù)的前進(jìn)，也將為業(yè)帶來新的技術(shù)革新。生物特征識(shí)別技術(shù)介紹生物識(shí)別的種類生物識(shí)別技術(shù)是一門利用人體生物特征來進(jìn)行身份識(shí)別的技術(shù)。人體具有很多的生物特征，任何滿足以下條件的人體特征都可以用于身份識(shí)別【。（）普遍性：是指每個(gè)人必須擁有該特征。（）唯一性：是指每個(gè)人的這一特征都不相同，任何兩個(gè)人的該特征都不相同。（）永久性：是指該特征應(yīng)該具有足夠的穩(wěn)定性，不會(huì)隨著年齡的增長、時(shí)間的改變而改變。（）可采集性：是指該特征應(yīng)該是容易被采集和量化的。實(shí)際應(yīng)用中，基于生物特征的身份識(shí)別系統(tǒng)還應(yīng)具有以下幾個(gè)方面的要求：性能要求：是指基于該特征的識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)該具有足夠高的識(shí)別率，對(duì)環(huán)境、資源的要求應(yīng)該

12、合理，識(shí)別的速度應(yīng)足夠快。（）可接受性：是指基于該特征的識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)該比較容易地被用戶所接受。（）安全性能：是指基于該特征識(shí)別應(yīng)該是安全的，不會(huì)因?yàn)榧夹g(shù)上或其他的原兇輕易的被仿造或模仿。因此，能夠滿足上述條件的人體特征都可以作為生物特征用于特征識(shí)別系統(tǒng)對(duì)人進(jìn)行身份識(shí)別。目前，正在研發(fā)或已經(jīng)投入使用的生物識(shí)別技術(shù)主要有指紋識(shí)別技術(shù)枷】、人臉識(shí)別技術(shù)【、掌紋識(shí)別技術(shù)、虹膜識(shí)別技術(shù)、視網(wǎng)膜識(shí)別技術(shù)、掌形識(shí)別技術(shù)、靜脈識(shí)別技術(shù)、語音識(shí)別技術(shù)【彤】、簽名識(shí)別技術(shù)【】等等。表對(duì)上述特征識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了比較，總結(jié)出了它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺斛，。國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文表不一生物特征識(shí)別技術(shù)的比較優(yōu)點(diǎn)

13、拒識(shí)率和誤識(shí)率低：唯一性強(qiáng)，復(fù)雜指紋識(shí)別程度高：可靠性高；指紋采集設(shè)備日趨成熟、完善，采集精度、速度較高，采集設(shè)備的成本不斷降低；接受性好比較友好，易于被用戶接受和推廣；人臉識(shí)別下指紋印痕，而這些指紋印痕存在被復(fù)制的可能性受周圍環(huán)境的影響較大；誤識(shí)率比較高：對(duì)于雙胞胎等，人臉識(shí)別技術(shù)不能區(qū)分；人臉特征的持久性差；容易通過化妝或整容等手段來欺騙唯一性強(qiáng)，復(fù)雜度高，可靠性較高：掌紋識(shí)別具有很強(qiáng)的區(qū)分能力和抗干擾能力，識(shí)別精度較高；成本適中，容易實(shí)現(xiàn)特征豐富，識(shí)別精度高、速度快：不易被復(fù)制，安全性高；非接觸式識(shí)別精度與手掌的正確放置有很大關(guān)系；掌紋印痕存在被復(fù)制的進(jìn)行偽造的可能性：識(shí)別精度有待提高采

14、集困難，采集設(shè)備昂貴；對(duì)光源要虹膜識(shí)別求高；系統(tǒng)成本高；對(duì)于盲人和眼疾患者無能為力視網(wǎng)膜識(shí)別可靠性高：誤識(shí)率低：很難偽造識(shí)別速度快；所需的存儲(chǔ)空間??；不能錄入率很低具有較強(qiáng)的普遍性和唯一性：使用程靜脈識(shí)別度廣；用戶接受度好：很難偽造和模仿：識(shí)別率較高：只有活體才能識(shí)別成本低廉；容易被接受；識(shí)別手段最語音識(shí)別自然，甚至可以通過電話來進(jìn)行身份識(shí)別對(duì)光源系統(tǒng)要求高：采集設(shè)備設(shè)計(jì)較復(fù)雜；靜脈圖像的預(yù)處理較困難準(zhǔn)確性較差，同一個(gè)人由于音量、語速、語氣、音質(zhì)的變化或其它原因容易造成系統(tǒng)的誤識(shí)；很容易偽造；高保真的設(shè)備比較昂貴簽名識(shí)別的速度比較慢、識(shí)別精度不簽名識(shí)別容易被使用者接受；應(yīng)用非常方便高；會(huì)隨著時(shí)間而有所改變：簽名很容易被偽造采集設(shè)備成本高，采集過程繁瑣；拒識(shí)率較高；存在潛在的健康隱患唯一性有待驗(yàn)證：識(shí)別精度低；容易仿制；通用性不好缺點(diǎn)指紋比較