基于MATLAB的指纹识别系统设计
基于MATLAB的指纹识别系统设计论文，具有一定参考价值，对毕业设计有用。基于 MATLAB的指纹识别系统设计AbstractBiometric technology has become one of the developing technologies for identityrecognition and network security. And fingerprint identification technology is now recognizedas one of the most safe. accurate and convenient authentication technologies and it is a focusfor researchersThis paper designs a matlab-based fingerprint recognition system. The first introducesthe fingerprint recognition technology research background, significance, and the status quoSecondly, to achieve fingerprint identification system, describes the basic structure of thefingerprint identification system, and the fingerprint image preprocessing, feature extractionfeature matching these three essential aspects of the algorithm is studied in detail in thefingerprint image pre-processing stage this article uses an algorithm based on gray imagesegmentation carried out at the same time, for the image after binarization noise still existsbut also for the corresponding trimming process, as much as possible for the future lay thefoundation for fingerprint feature extraction and thus successfully achieved fingerprint digitalimage processing, Teature extraction, slorage and matching functions. Finally, Che fingerprintidentification system for simulation, simulation results show that the system can identify abetter accuracy rate reached 95.1%Key Words: Fingerprint Recognition; Processing; Binarization; Feature Extraction;Feature Matching基于 MATLAB的指纹识别系统设计目录摘要······*······················-·······“······“···+····“····“““··“···············*·····““·········Abstract1绪论1.1本课题背景和意义1.2指纹识别技术研究现状1.3本文的章节安排中中中·中中和中。中申中申中中中非和申中日…22指纹识系统设计42.1指纹识别系统设计基本结构.42.2指纹图像分割…2.2.1指纹图像分割介绍2.2.2均值方差法2.3指纹图像的细化…2.3.1指纹图像细化的预处理2.3.2指纹图像细化方法计算72.4指纹图像的特征提取…2.4.1指纹特征提取概述着非非非道非非非非自非非非非日非着非非非非非非2.4.2指纹特征提取和去伪特征2.5指纹图像匹配方法……102.5.1指纹图像匹配介绍…26本章小结3仿真结果及其分析3.1仿真结果及分析…123.2本章小结…,14结论参考文献.17附录 MATLAB程序m重自18致谢“···*:····35IlI基于 MATLAB的指纹识别系统设计1绪论1.1本课题背景和意义指纹识別技术的应用十分广泛,指纹因具有终生不变性及稳定性,而且不同人指纹相同的概率儿乎为零,因此指纹自动识别系统被广泛应用于案例分析、商业活动中的身份鉴别等领域.目前有很多的生物测定技术可用于身份认证,包括虹膜识别技术、视网膜识别技术、面部识別、签名识别、声音识别技术、指纹识別等,具有安全、可靠的特点,其中自动指纹识别系统是目前研究最多、最有应用前景的生物识别系统。指纹识别技术的发展得益于现代电子集成制造技术的进步和快速可靠的算法的研究。指纹门禁系统通过将用户的指纹特征与指纹特征数据库屮的数据进行对比实现用户身份的鉴别,并不直接保存和使用用户的指纹图像信息,不会侵犯到用户的隐私信息,是当前技术最先进、应用最广泛的门禁系统。对生物识别(指纹识别)技术来说,被广泛应用意味着它能在影响亿万人的日常生活的各个地方使用。通过取代个人识别码和口令,生物识别(指纹识别)技术可以阻止非授权的“访问”;可以防止盗用ATM、蜂窝电话、智能卡、桌面PC、工作站及其计算机网终;在通过电话、网络进行的金融交易时进行身份认证;在建筑物或工作场所生物识别技术(指纹识别)可以取代钥匙、证件、图章等。生物识别(指纹识别)技术的飞速发展及其广泛应用将开创个人身份鉴别的新时代。指纹所具有的唯一性、不变性、及易于获取、分类存储有规律等特性使其成为生物鉴定学中最为成熟的方式。1.2指纹识别技术研究现状指纹识别技术从早期的人工比对到现在采用计算机技术实现自动指纹识别,指纹对比更加准确,识别效率得到极大提高。自动指纹识别过稈通常由指纹图像滤波增强、二值化、细化、征提取以及指纹匹配等几个环节构成。指纹图像滤波增强的目的是将有噪声干扰的指纹图像变得更加清晰,使得指纹图像的脊线更黑,谷线更白,当前在实际指纹图像増强算法的应用中一般是几种滤波增强方式结合起来使用,主要的方案是基于傅里叶变换结合滤波和指纹图像点方向场的下上下滤波器;指纹图像二值化,是将指纹图像变成灰度值只有0和255两种颜色的图像,当前,在自动指纹识别中棠用的是根据指纹图像的点方向场在指纹纹线方向和指纹纹线垂直方向上对指纹图像进行一值化处理;指纹图傻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,目前在自动指纹识别技术中常用的是OPIA算法的改进的图像模板细化算法;指纹特征提取,是将细化后使用计算教字图像处理技术采集指纹图像中奇异点、端点、叉点等指纹特征基于 MATLAB的指纹识别系统设计数据,目前常用的特征提取算法是先对细化后的指纹图像进行初步去噪,然后提取特征点,再根据阈偵去除伪特征点:指纹匹配,是指纹预留模板图像与输入样板图像中的所有特征点的匹配,目前在自动指纹识别系统中常采用可变大小的界限盒的指纹特征匹配算法。目前指纹识别技术还有诸多困难,例当三维的指纹被指纹录入设备扫描成二维的数字图像时,就会丢失一部分信息,手指划破、割伤、弄脏、不同干湿程度以及不同的按压方式,还会导致指纹图像的变化,这就给可靠的特征提取带来了困难;例如传统的基于细节点的识别方法,是依靠提取指纹脊线上的细节点,然后对其位置和类型进行匹配,来识别指纹的,而噪声会影响特征提取准确度,增加错误的特征点或丢失真正的特征点。当噪声很大时,就要增加图像增强算法来改善图像的质量,但很难找到一种增强算法能够适应所用的噪声,多种増强算法又会人嗝増加算法运行时间,不好的増强算法又会增加人为特征。当喉声增大时,提取了许多虚假细节点,还有可能丢失细节点,这就是传统的基于细节点识别算法的不足之处之一,因为它只利用了指纹图像中的一小部分信息(细节点位置和方向)作为特征进行匹配,丢失了蕴涵在图像中的其他丰富的结构信息。不难想象,基于这种方法的识别算法,很难个面适应指纹的变化。人的指纹含有天然的密码信息,它们具有几点重要特特点①广泛性,指每一个正常的人都有指纹。②唯一性,指每一个人的指纹都不同。指纹的纽节由细微纹点和纹线的起点、终点、分叉等组成。止是这些无穷无尽的细节特征组合构成了指纹的唯一性,事实上,甚至包括双胞胎,世界上两个指纹相同的概率小于1/109,几乎为零,这就构成了指纹的第大特点。③终生不变性,指纹终身不变即指纹的图案永远不会改变,从人的出现到死后的分解为止(除非指纹受到伤害)。④指纹与主体的不可分离性:即指纹不存在丢失、遗忘、被窃取的可能。指纹的使用比起其它证卡来说更快捷、安全、准确、无干扰,可实现快速登录注册,系统兼容性好,也就是说可以独立或者通讨联网构成系统并H很容易并入各类证卡和定义识别系统中。因此,指纹识别技术的应用范围极广。1.3本文的章节安排本文以研究指纹识别中指纹图像分割、细化、特征提取、匹配等若十问题为研究主体,针对指纹识别技术中分割、细化和匹配进行了仿真和修正。其中分割部分采用了方基于 MATLAB的指纹识别系统设计差均值的方法,细化选取了一种伪特征较少的模板,匹配时以分叉点和端点信息进行匹配。具体的章节和各章的内容安排如下:第一章:在介绍本论文的研究背景及意义,在指纹识别技术的现状和特点的基础上,确定了本文所做的主要工作。第二章:本章主要介绍了指纹识别系统设计原理,为后续的研究工作奠定基础,介绍了均值方差的基础知识和基本理论以及仿真中具体的分割运用算法;指纹图像细化的方法;指纹图像细化后的特征提取,需要哪些特征,去除哪些伪特征,以方便和正确地进行匹配工作:指纹图像配的概念、匹配问题的困难所在和常用方法。第三章:指纹识别系统的仿真结果及分析。结论:总结本文所取得的一些研究成果,并对课题发展进行了展望。基于 MATLAB的指纹识别系统设计2指纹识系统设计2.1指纹识别系统设计基本结构指纹识別系统主要由指纹图像读取,图像预处理,特征提取,特征匹配四大步骤组成首先,我们要提取需要处理的指纹识别的原始图片。其次,进行图像预处理。通常图像预处理包括分割、归一化、二值化和细化,图像预处理的目的貮是去除图像中的噪声,将图像变成清晰点线图,这样才能提取到正确的指纹特征,从而达到止确匹配的目的。它的好坏直接影响到指纹识别的效果。在此基础上,接下来就是要对细化后的数字图像进行关键特征提取,从而达到识别不同的志文数字图像的目的。普遍采用的特征提取是提取细节点。最后,我们将处理后的图像进行匹配,指纹图像的特征匹配主要是对所提取的细节持征进行匹配,将要比对的图像与库中图像的细节特征进行比对,并将比对结果输出,这是指纹识别系统设计中最重要的一个环节,这也是指纹识别系的最终目的。2.2指纹图像分割2.2.1指纹图像分割介绍指纹图像分割在指纹识别系统中作为图像与处理的一部分,指纹图像分割的基本依据是图像的某些特征及特征的集合。如灰度值,邻域关系,纹线的扭曲程度等。图像特征是指纹图像的怗有属性。通过提取图像特征,可将原始图像映射到特征空间,使图像特征在特征空间中呈现一定的分布。因此根据以上的的灰度值领域关系,纹线的扭曲程度,指纹图像分割大致分为三类:基于像素的图像分割,基于块特征的图像分割以及基于全局的图像分割。基于像素的指纹图像分割中目前流行多尺度小波变换和阙值法。小波变换和傅里叶变换的出发点都是将信号表示成基函数的线性组合。所不同的是傅里叶变换采用时间属于(一∞,+∞)的谐波函数exP@x作为基函数,计算机中的图像信息是以离散信号形式存放的,在信号处理中,特别是在数字信号处理和数值计算等方面,为了计算机实现的方便,连续小波必须进行离散化,而最基本的离散化方法就是二进制离散,一般将这种经过离散化的小波及其变换叫做二进小波和进变换。基于 MATLAB的指纹识别系统设计小波变换的特点是压缩比高,压缩速度快,压缩后能俣持信号与图象的特征不变,且在传递中可以抗干扰。在指纹识别识别中使用小波变换有助于噪卢的滤除以及有利于检测奇异点。但是小波变換的明显缺点是它计算复杂,计算效果也取决于函数的选择。另一种阙值分割就是简单地用一个或几个阈值将图像的灰度直方图分成几个类,认为图像中灰度在同一个灰度类内的像素属同一物体。它是图像分割中最基本的方法。其原理是先定一个阈值,大于此值为1,小于则认为为0;多阀值则可以利用多维函数。此原理在匹配中也可以运用。其优点是计算简单,仅需比较灰度值即可;运算效率较高,速度快:它的缺陷在于仅考虑图像的灰度信息,而忽略了图像的空间信息,对于图像中不存在明显灰度差异或各物体的灰度值范围有较大票叠的图像分割问题难以得到准确的结果代表块特征的指纹图像分割日前研究趋势为多种块基本特征如灰度均值、块灰度方差、块方向图等综合运用和重新定义块特征。其中块指的是将图像分个成一个个小的图像块。图像均值就是对每个单位块的灰度值取均值,方差则反映该块中各点与均值的偏差性,方向这可以很好的反映纹理的变化趋势。一般来说,常见的方向场的计算分为掩模法和公式法两大类。 LinHong等人开发的基于最小均方估计算法,即公式法。(j)=G(-1,j-1)+2G(-1)+G(+1j-1)-G(-1,+1)-2G(1,j+1)-G(i+1,+1)(j)=G(-1,j-1)+2G(+1)+G(-1,+1)-G(i+1,-1)-2G(i+1,j)-G(i+1,j+1Rx(∴j)(,(a,v)(,y)2-a(x,y)2它是利用正交坐标系下,原点到它们组成的坐标点的有向线段与X的正半轴的夹角可来表示该子块的块方向。这种方法最人的优点是易实现,很好体现出纹理,但缺点是对于变化太快的部分出错。此方法的实现是利用方向滤波器。基于全局的图像分割则是根据情況特别是某些特殊场合的利用,如残缺指纹。全局的图像分割可以是人工选定几个特定点后再根据全局的特点来处理,此法也可运用于匹配。基于全局的指纹识别仍处于实验室探索阶段,应用领域中尚不广泛。2.2.2均值方差法在图像分割概述中,凵经提到基于块特征的指纹图像分割。在这部分将重点介绍均值法差法的计算方法和在仿真中的运用基于 MATLAB的指纹识别系统设计该算法基于背景区灰度方差小,而指纹区方差大的思想,将指纹图像分成块,计算每一块的方差,如果该块的方差小于阈值为背景,否则为前景。具体步骤分以下三步(1)将低频图分成MXM大小的无重叠方块,方块的大小以一谷一脊为宜。(2)计算出每一块的均值和方差。H-1L-AVe=B2∑(.R=_1台台2>>(,)-4VE)(3)如果计算得到的方差几乎接近于0就认为是背景,对于方差不为零的区域在进行阈值分割算法,这种算法主要是根据计算得到的方差来决定其是否为背景区在使用方差均值法之前还要使用归一法将图变为低频图。归一化的目的是把不同原图像的对比度和灰度调整到一个固定的级别上,为后续处理提供一个较为统一的图像规格。指纹图像的归‘化公式如式所示。其中AVE0和ⅤAR为期望的灰度均值和方差。但是小波变换的明显缺点是它计算复杂,计算效果也取决于函数的选择。Rol/(x, ?)-AVENAV点o+lvARo(/(x, -AVEY(3.3)AVEoVAR在使用方差均值法之前还要使用归一法将图变为低频图。归一化的目的是把不同原图像的对比度和灰度调整到一个固定的级别上,为后续处理提供一个较为统一的图像规格。2.3指纹图像的细化2.3.1指纹图像细化的预处理这部分预处理主要为_二值化。由于指纹图像脊、谷相间,因此指纹图像的处理常是将指纹图像一值化。灰度图像一值化是将灰度图变换为只有黑和白两种灰度的图像。这样不仅可以压缩原指纹图像的数据量,而且也方便后面的细节特征的提取。灰度图二值化的基本思想是选取适当的灰度阂值,将灰度图像转化为_值图像,阈值的选择是关键,对于阈值的选择,有多和方法,如熵法,stu法等。根据是否将图像分块处理,又分全
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企业级的网络设计方案的规划与测试
中海工业（江苏）有限公司作为一个大型的造船业基地，负责船舶工业的各项任务，而各项任务作为一个整体又需要各种数据信息的交流整合，因此公司的信息化建设是对于各项业务正常稳定进行的通讯保证，信息化网络的设计必须充分考虑到数字化使用和智能化管理的要求，遵循功能性、实用性、兼容性、前瞻性、安全性、扩展性和经济性的原则。素,并对大型企计算机企业网的建设提出了相应的方法和策略。在总结以往网络设计方案的基础上,提出了一种基于交换机组网模式和路由器组网模式相结合的网络设计方案,通过对核心层网络设计、汇聚层网络设计和接入层网络设计的方案设计的总结,使得网络设计方案能够将两个地域上分开的部分,采用通过各自的核心交换机连接的方式,保证线路和设备接口的稳定,并且保证数据能安全和可靠地传输。在计算机和通信內络系统的结构设计攴网络规划设计时,常常要进行大量的仿真分析,本文介绍的就是一种先进的网络仿真软件OPNET。文中介绍了 OPNET的组成、特点及其网络仿真的方法与步骤,并且给出了 OPNET在局域网规划和设计中的应用企业网,网络规划和设计,络仿真, OPNET第页第页第页附件四上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名;支训口期:208年2月必日附件五上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文保密口,在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密M(请在以上方框内打学位论文作者签名,士X指导教师签名:龙多日期:208年10月28日日期>1年0月28为适应企业信息化的发展,满足日益增长的通讯需求和网络的稳定运行,如今的大型企业网络建设比传统企业网络建设提出更高的要求,主要表现在如下几个方间:)现代大型企业网络需要高带宽和高性能,以满足企业员工工日益增长的通讯需求。随着计算机技术的多样化发展,基于网络的各种应用日益增多,如今的企业网络已经发展成为一个多业务载平台,它不仅要继续承载企业的办公自动化和浏览等简单的数据业务,还要承载涉及个业生产运营的各种业务应用系统数据,以及带宽和时延都要求很高的电话、视频会议等多媒体业务,因此数据流量将大大增加,尤其是对核心网络的数据交换能力提出前所未有的要求)现代大型企业网终需要更高的可靠性和实时性,用以保障企业生产运营的止常进行。随着企业各种业务需要在计算机网络上进行操作,如何保障企业网络无屮断运行已经成为保证企业正常的生产运营的关键。现代人型企业网络在可靠性设计方面主要应从三方面考虑:首先是设备级可靠性设计,这里不仅要考察网络设备是否实现了关键部件的冗余备份,还要从网络设备整体设计架构、处理引擎种类笭多方面去考察;其次是业务的可靠性设计,这里要注意网络设备在故障倒换过程中是香对业务的正常运行有影响;再次是链路的可靠性设计,以人网的链路安仝来自于它的多路径选择,所以在企业网络建设时要考虑网络设备是否能够提供冇效的链路自愈手段和快速重路由协议的支持现代大型企业网络需要提供完善的端到端保障,以满足企业网多业务承载的需求。大型企业网络承载业务的不断增多,单纯的提高带宽并不能够有效的保縫数据交换的畅通无阻,所以如今的大型企业网络建设必须要考虑到网络应能够智能的识別应用事件的紧急和重要程度,如视频、音频、数据流,同时能够调度网终中的资源,保证重要和紧急业务的带宽、时延、优先级和无阻塞的传送,实现对业务的合理调度才是一个大型企业网络提供高效实用服务的保障。)现代大犁企业网络应提供更完善的网络安全解决方案,以阻击病毒和黑客的攻击,减少企业的经济损失传统个业网络的安全措施主要是通过部署防火墙、、杀毒软件以及配合交换机或路由器的访问列表来实现对于病毒和黑客攻击的防御,但实践证明这些第页被动的防御措施并不能有效的解决企业网络的全问题。在企业网络已经成为公司生产运营的重要组成部分的今天,现代企业网络必须要有一整套从用户接入控制,病毒报文识别到主动抑制的一系列安全控制于段,才能有效的保证企业网终的稳定运行。网络设计人员通常有能力创建出一个符合要求的企业网络,但当问题出现的时候,他们却不能采用构建网络时的思维来解决这些问题。每一次对网络的升级、打补」以及修改都会进一步增加网络的复杂性。这些问题可能导致网络难以被人理解,也不易于故障排除。随着时间的推移,可能导致网络不如预期的那样运行良好,随着网络规模的不断增长而不能很好的扩展,并且不能达到客户的需求解决这一问题的方法就是采用规范化、系统化的于段来构建企业网络。自顶向下的网络设计采用了结构化系统分析的思想。结构化系统分析的主要目标是能够更准确的描述用户需求,但在实际工作中,用户的需求常常被设计人员忽略或理解错误。另一个目标是将项目分解成更易被维护与修改的模块,使其便于管理。结构化系统分析有下列特性网络按照自顶向下的顺序设计。在设计期间,现有的许多技术和模型可以被用来刻划现有的系统、新的用户需求和将来的系统结构等特征。●理解薮据流量、数据类型以及能够访问或修改数据的进程。理解企业屮各阶层用户的定位和需求。●逻辑模型必须在物理模型之前被开发岀来。逻辑模型描述了功能划分和系统结构的基本组成模块。物理模型描述了设备的特定的技术和实现。对亍大型的网络设计项目,模块化显得十分必要。设计应该依功能划分,从而使项目更容易管理。在本文中,网络设计主要分成四个阶段,并以周而复始的方式执行1)需求分析。在这个阶段内,网终分析人员通过与用户和技术人员当面交流来获取对于新的或升级系统所需的商业和技术目标的一种理解。然后归纳岀当前网络的状况,包括逻辑和物理拓扑结构以及网络性能。这个阶段的最后一步是分析现在和将来的网络通信量,包括流量以及负载、协议行为和服务质量(QoS)的要求。2)逻辑设计。这个阶段需要设计新的或者升级网络的逻辑拓扑结构,网络层的编址,命名,交换机路由选择协议。逻辑设计也包括安全规划,网络管理设计,以及对服务提供商能够满足的广域网和远程访问的需求作初步调查。3)物理设计。在物理设计阶段,实垗逻辑设计的具体的技术和产品被选择第页出来。此外,在逻辑设计阶段开始对服务提供商的调查,必须在这个阶段完成。4)测试、优化、和记录文档。自顶向下网络设计的最后步骤是编写和实施测试计划,建造一个原型或者试验环境,优化网络设计,把所有网终设计的提议以及工作进程绘制成文档。当用户反馈的网络监测建议对网络加以提高或者需要增加新的应用时,这些主要网络设计阶段将不断周而复始地运行。图1-1显示了网络设计和实施循环周期。分析需求监测优化逻车设计网络性能实施及测试网终物埋设计测试,优化并记录设计图1-1网络设计和实施循环周期首先,作为该工程项目的参与人员之一,在阅读了大量企业网设计与规划方面的资料与文献后,逐渐认清了目前我国大型企业网络建设的研究背景及研究意义,然后和导师及同事们分析探讨了影响大型企业计算机企业网建设的主要因素,并对大型企业计算机企业网的建设提出了相应的方法和策略,在整个设计过程中釆用结构化的网络设计方法,将这个设计过程分为需求分析、逻辑设计、物理设计、测试等四步骤。其次,这个项目的客户是一家船舶制造单位,在详细研究了客户的招标文件中技术方的需求后,根据其业务流程表现出了其特定的网络建设的需求,我方在和客户充分的交流后,将客户的技术需求转化为各项网络技术目标,并得到了客户的认可再次,多次实地考察,结合实际情况和客户的需要,提出适合于该企业的组网模式,兼顾网络性能、安仝性、可管理性、可扩展性以及成本控制。在总结以往网络设计方案的基础上,提出了一种基于交换机组网模式和路由器组网模式相结合的网络设计方案,通过对核心层网络设计、汇聚层网络设计和接入层网络设第页
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