2012年1月 内蒙古科技与经济 Januar y 2012 第1期总第251期 Inner M o ngo lia Science T echnolo gy &Economy N o .1T o tal N o .251 指纹图像预处理及特征提取算法的研究与实现 X 张松宇1,杨文斌2 (1.内蒙古机电职业技术学院;2.内蒙古灵奕信息技术有限责任公司,内蒙古呼和浩特 010070) 摘 要:提出了一套完整的基于方向特性的指纹预处理算法,包括前景/背景分割、方向滤波、二值化、细化4部分。特征提取采用8邻域方法提取纹线中的两种细节特征——端点和分叉点。实验结果表明,指纹图像经过预处理算法后提取出了纹线,并且很好地保留了纹线的关键信息,对特征提取奠定了良好的基础。指纹图像经过特征提取后,准确有效地定位了两类特征点。 关键词:指纹;预处理;特征提取 中图分类号:T P391.41 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)01—0083—02 自动指纹识别技术大多是依靠指纹的细节特征提取实现指纹的匹配的。准确地提取细节特征是自动指纹识别系统获得高识别率的前提和基础。指纹的细节特征主要指脊线端点和分叉点。在实践中,由于手指本身的因素和采集条件的限制,采集到的指纹图像会不同程度地受到各种噪声的干扰。这种干扰最终会影响系统的识别率。因此,在提取指纹特征前必须对输入的指纹图进行预处理。预处理的目的是:去除原图像中的噪声,把它变成一幅清晰的二值点线细化图,以便于提取正确的细节特征。笔者提出了一套较完善的指纹预处理算法,包括图像分割、方向滤波增强、二值化、细化等步骤,并准确有效地提取出了指纹的细节特征点。1 预处理算法 1.1 规格化和图像分割 规格化的主要目的在于消除指纹采集过程中由于传感器自身的噪声以及因为手指压力不同而造成的灰度差异,将不同的指纹图像的对比度和灰度调整到一个固定的级别上。图像分割是把指纹前景区与背景区分开。前景区域中指纹脊和谷的灰度差是比较大的,因而其灰度统计特性中局部灰度方差是很大的,而对于图像背景区域,这一值是很小的。基于这一特性,我们可以利用图像的局部方差对指纹图像进行分割。规格化与图像分割后的指纹图像见图1。 1.2 方向图滤波 方向图是指纹图像的一种变换表示方式,即用纹线的方向来表示该纹线。方向图有点方向图和块方向图两种,点方向图表示指纹图像中每一像素点脊线的方向,而块方向图则表示指纹图像中每一块 脊线的大致方向。 图1 原始图像的规格化与分割 方向滤波器是一系列与像素点方向有关的滤波器模板,使用时根据方向特性,从中选择一个对应的滤波器进行滤波。笔者使用的方向滤波器有8个滤波器模板组成,滤波时,指纹图中每一点的灰度值由其周围48个点的灰度值及相应的模板系数共同决定(即灰度值与相应的模板系数相乘并把结果相加,然后赋给中心像素点,作为其灰度值)。方向滤波增强后的指纹图像见图2 。 图2 方向滤波后指纹图像 1.3 二值化和细化 二值化的目的是把灰度指纹图像变成0和1的二值图像。笔者采用局部自适应阈值法中的动态阈值法对图像二值化,它可以根据局部灰度值的变化情况调整阈值大小,实验证明该方法效果较好。 二值化后的图像脊线仍具有一定的宽度,为了提高获取特征点精度,需要把脊线细化成为一个像 ? 83?X 收稿日期:2011-11-28
指纹识别技术的研究与设计-指纹图像预处 理之一 摘要 指纹图像预处理与是图像处理与模式识别的分支之一，经过若干年的发展技术日趋成熟。由于指纹的唯一性和不变性，以及指纹识别技术的可行性和实用性，指纹识别已成为当前最流行、最方便、最可靠的个人身份认证技术之一。尽管在此技术上已有多种成型产品，但因为许多核心技术因商业利益和保密需要而未经公开，以及社会的发展对系统的性能提出了更高的要求，所以从事该领域研究，仍具有重要的理论意义和实用价值。 本文完成了如下工作： 1．通过比较多种预处理算法，本文选择并实现了指纹图像分割、图像增强、求方向图、二值化等算法。 2．在细化及识别处理方面，本文提出了8邻域查表的细化算法。 对上述各算法，本文均进行了模拟实验。结果表明，算法的性能达到了设计要求，使整个系统能够快速、准确、可靠地工作。能够完成对256级的灰度指纹图像的处理任务。 关键词指纹识别；图像处理；图像分割；图像增强；
目录 摘要 ................................................................................................................... I Abstract ..........................................................................错误！未定义书签。目录......................................................................................................... I II 第1章绪论.. (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 目的和意义 (2) 1.3 理论基础 (2) 1.4 指纹识别技术的具体表现 (3) 1.4.1 在涉及国家刑事领域的应用 (3) 1.4.2 在经济生活方面 (3) 1.4.3 在公共事务管理方面 (4) 1.5 本文的主要研究内容 (4) 第2章需求分析 (5) 2.1 本课题目标 (5) 2.2 功能需求 (5) 2.3 性能需求 (5) 2.4 开发工具的选择 (6) 2.5 系统设计原则 (6) 第3章指纹识别系统总体设计 (7) 3.1 系统总体设计 (7) 3.1.1 指纹图像的获取 (7) 3.1.2 指纹图像预处理 (8) 3.1.3 特征的提取 (9) 3.1.4 模板匹配 (9) 3.2 本章小结 (9) 第4章指纹图像预处理之一 (10) 4.1 引言 (10) 4.2 系统算法描述 (10) 4.2.1 归一化 (11) 4.2.2 产生方向图 (12) 4.2.3 图像增强算法 (15)
指纹的特征提取与识别 摘要 随着社会的发展，计算机技术的进步，人们对身份认证技术提出了更高的要求。传统的身份认证方法存在的种种弊端让人们将目光投向了生物特征识别这个崭新的领域。而指纹识别技术凭借其独有的优势在众多生物特征识别技术中脱颖而出，得到了广泛的关注和应用。现今，自动指纹识别技术已经广泛地应用于公安、海关、银行、网络安全等需要进行身份识别和鉴定的领域。因此，进行指纹识别技术方面的研究，具有较高的现实意义和理论意义。 本文综合运用图像处理和模式识别的技术，对自动指纹识别系统的若干问题进行了探讨和研究，实现了指纹图像的预处理、特征提取和指纹匹配等算法，并在指纹分割、指纹增强这两个方面进行了改进和创新。 关键词:指纹识别，指纹分割，指纹增强，特征点提取，指纹匹配
第1章绪论 1.1 指纹识别系统的结构 本文主要是对指纹识别系统中图像处理方面的相关算法进行研究，本文的指纹识别系统的基本框架如图1-1所示。 图1-1指纹识别系统的基本结构 1.1.1指纹的预处理 由于各种原因的影响，指纹取像设备所获得的原始图像是一幅含有较多噪声的灰度图像，预处理的目的就是改善输入指纹图像的质量，增强脊和谷的对比度，将它变成一幅清晰的点线图，以便于进行特征提取。本文预处理过程主要步骤如下: 图1-2指纹预处理的基本结构 指纹分割是把指纹的背景区域从图像中分离出去，减少对指纹图像进行处理时的计算量;指纹增强的目的是对输入的噪音较多的灰度图像进行滤波，去除图像中的叉连、断点及模糊不清的部分，得到一幅较清晰的灰度图像;二值化就是把灰度指纹图像变成0-1取值的二值图像，这样就使图像的灰度层次由原来的256级(8-bits)降为2级(1-bits)，从而大大减少了需要存储和处理的数据量。由于指纹的特征仅包含在纹线的形状结构中，所以为了提高处理速度和识别精度，应该在不破坏图像连通性的情况下去掉多余的信息，也就是进行图像的细化。细化是指删除指纹纹线的边缘像素，使之只有一个像素宽度。细化时应保持纹线的连接性、方向性以及特征点位置不变，还应保持纹线的中心基本不变。 1.1.2特征提取 由于指纹通常是用按压的方式得到的，按压位置和方向的不同、手指的状况以及皮肤的形变等都会导致指纹图像不理想。因此，采集到的指纹灰度图像不宜直接用来匹配，
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 fingerprint recognition system by Xu Fangjia Supervisor: Du Yuyuan Northeastern University June 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
课程设计报告 设计题目：指纹图像的增强 学院：电子工程学院 专业：电子信息工程 班级： 学号： 姓名： 电子邮件： 日期： 2013 年 9 月 成绩： 指导教师：
一、设计概述 1.课程设计题目：指纹图像的增强方法 2.基本要求：读取初始指纹图像，设计程序，实现指纹图像的增强，使指纹的 纹理更加清晰，便于识别。 3.指纹图像增强的意义： 指纹是人类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路。指纹能使手在接触物件时增加摩擦力，从而更容易发力及抓紧物件。是人类进化过程式中自然形成的。目前尚未发现有不同的人拥有相同的指纹，所以每个人的指纹也是独一无二。由于指纹是每个人独有的标记，近几百年来，罪犯在犯案现场留下的指纹，均成为警方追捕疑犯的重要线索，使得指纹识别技术得到了飞快的发展，指纹图像的识别也就变得非常具有意义，但是通过传感器等方式获取到的指纹图像往往是比较模糊的，识别率相对较低，此时，指纹图像增强就孕育而生，通过对指纹图像的增强处理，得出了具有较清晰的图像，是识别率更高。 二．设计思路：指纹图像增强的主要步骤及方法 ①读取指纹图像 ②指纹图像灰度化处理 ③指纹图像平滑处理 ④指纹图像的腐蚀处理 ⑤指纹图像的锐化处理 ⑥指纹图像二值化
⑦指纹图像纹理的细化处理 三．具体的处理流程及其分析 1.指纹图像的读取 将通过传感器或者别的方式获取到的指纹图像读取到matlab中；如 .bmp .jpg 等格式的图片文件。 通过matlab实现： I=imread(‘文件路径+图像名.jpg'); 2. 指纹图像灰度化处理 数字图像可分为灰度图像和彩色图像。通过灰度化处理和伪彩色处理，可以使伪彩色图像与灰度图像相互转化；灰度化就是使彩色的R，G，B分量值相等的过程 I=rbg2gray（I） 3.指纹图像平滑处理（此处我们使用的是中值滤波的方法处理） 图像平滑的主要目的是减少图像噪声。图像噪声来自于多方面，有来自于系统外部的干扰（如电磁波或经电源窜进系统内部的外部噪声），也有来自于系统内部的干扰（如摄像机的热噪声、电器机械运动而产生的抖动噪声等内部噪声）。实际获得的图像都因受到干扰而含有噪声，噪声产生的原因决定了噪声分布的特性及与图像信号的关系。减少噪声的方法可以在空间域或频率域处理。在空间域中进行时，基本方法就是求像素的平均值或中值；在频率域中则运用低通滤波技术。
基于MATLAB指纹识别预处理报告图像处理课程设计报告 设计题目：指纹识别预处理 专业班级：____信息3班______ 学生姓名：______郭言学______ 指导教师：______蔡丽梅______ 考试形式：面试（答辩） 成绩：__________________ 日期：2014年4月2日
目录 基于MATLAB指纹识别预处理报告 (1) 目录 (2) 摘要 (3) MATLAB软件设计 (3) MATLAB操作步骤： (4) 图像处理 (4) 实验总结： (5)
摘要 指纹图像预处理是指纹识别的前提,它的好坏直接影响到指纹识别的成败，但由于指纹图像降质带来的困难,并根据指纹图像的特征提出了合理的假设，再根据假设提出了增强指纹图像对比度的算法、这些算法处理效果好，能有效地解决指纹图像的预处理问题。 MATLAB软件设计 设计思路 采集到的指纹图像受各种原因的影响，是一幅含较多噪声的灰度图像。预处理的目的就是去除图像中的噪声，把它变成一幅清晰的点线图，这样才能提取正确的指纹特征，从而达到后边的正确匹配。预处理过程主要包括指纹规格化，平滑滤波处理，方向增强处理，二值化，细化等，它是指纹自动识别系统中极为关键的一步，它的好坏将直接影响着指纹识别的效果。在此基础上，提取指纹特征信息，得到输入指纹特征模板，然后用输入指纹特征模板与已登记的指纹特征模板进行匹配，最后显示识别结果。 篮框为后续 识别步骤 指纹识别的处理过程
MATLAB操作步骤： 其整体结构如上图所示，对此，我们将通过MATLAB进行以下的步骤： 1 读入图像：通过MATLAB指令imread将图像读入。 2 图像灰度化：通过MATLAB指令将图像进行灰度化，同时将其保存为bmp 的图像格式。 3 显示图像：将指纹图像进行初步处理，二值化，细化等基本步骤，并且在应用程序中将指纹图像显示出来。 4 保存BMP文件：把修改过的指纹图像存人原来的文件，或者把处理过的指纹图像另存为一个BMP文件。 5 图像增强：主要有两种增强方法，一是直方图均衡算法，一是对比度的增强算法。 图像处理 clear all,close all,clc %指纹图像预处理 I=rgb2gray(im2double(imread('111.jpg'))); figure,imshow(I),title('灰度图'); J=1-I; y=mean(J(:)); z=std(J(:)); w=(J-y)/z; figure,imshow(w),title('归一化'); BW=im2bw(w,0.2); figure,imshow(BW),title('二值化 '); K=strel('square',2); open=imclose(imopen(BW,K),K);
安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 指纹图像预处理算法设计与实现 摘要 随着信息技术的和网络技术的发展，信息安全越来越引起人们的重视。为了保护自身的信息、资料以及财产的安全，许多场合都需要对使用者、来访者进行身份识别。基于指纹识别技术的身份识别系统以其独特的技术优势和成本优势正广泛被应用到各个场合。 目前指纹识别系统不足表现在:特征匹配效率较低;容易受伪特征点的影响导致匹配不准确;对模糊的图像无法准确识别等等问题。本文就指纹识别系统的图像处理进行系统地研究。指纹图像预处理是指纹识别的前提,它的好坏直接影响到指纹识别的成败，但由于指纹图像降质带来的困难,并根据指纹图像的特征提出了合理的假设，再根据假设提出了增强指纹图像的算法，这些算法处理效果好，能有效地解决指纹图像的预处理问题。 本文给出了用Matlab对指纹图像处理功能模块的算法实现及处理结果，主要包括图像平滑，腐蚀、图像锐化、二值化，细化。用Matlab实现这种方法，既能分步对指纹图像预处理算法进行仿真测试，又可以很直观地看到图像预处理算法的效果。实验证明，用Matlab实现的处理结果比较理想，满足识别的应用性。 关键词：指纹图像预处理；图像增强；腐蚀；二值化；细化
殷明：指纹图像预处理算法设计与实现 Abstract With the development of information technology and network technology, information security has drawn increasing attention. In order to protect their own information, data and property, many occasions need to identify their visitors. The identification system, based on fingerprint recognition technology, with its unique technical advantages and cost benefits, are widely applied to various situations. However, the current fingerprint identification system has several problems: such as feature matching less efficient; easily be caused by influenced by false feature points matching, on the blurred images can not be accurately and so on. This paper will do a systematic study of most aspects of the fingerprint image processing system. Fingerprint image pre-processing is a prerequisite of fingerprint recognition, it will have a direct impact on the success of fingerprint recognition, fingerprint image degradation because of the difficulties caused by the characteristics of fingerprint images based on reasonable assumptions made, and made under the assumption that enhancement algorithm for fingerprint images, It can effectively solve the problem of fingerprint image preprocessing. This paper introduces a set of algorithm for preprocessing based on Matlab, gives the processing results of each functional module, mainly including image smoothing, corrosion，image sharpening, binarization, thinning. Every part of fingerprint images preprocessing algorithms can be simulated and tested by matlab, and the effect of images processing algorithms can be observed intuitively. The experimental results show that this algorithm by matlab has ideal processing result, and can meet the requirement of recognition. Keywords: Fingerprint image preprocessing; image enhancement; corrosion; binarization; thinning