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1、北方交通大学毕业设计(论文) 第 1 页目录目录第一章生物识别概述2第一节 各种生物识别技术2第二节 论文结构12第二章掌纹识别技术13 第一节 掌纹概述13 第二节 掌纹关键区域15 第三节 掌纹图像预处北方交通大学毕业设计(论文) 第 2 页理20 第三章掌纹识别技术比较29 第一节 掌纹图像预处理的方法及比较29 第二节 掌纹图像关键区域选取的方法及比较40 第四章掌纹识别技术实现46 第五章程序的调试69 第六章 结束 语72附录一 参考书目76附录二 英文资料及翻北方交通大学毕业设计(论文) 第 3 页译77第一章第一章生物识别概述生物识别概述第一节生物识别技术概述生物特征识别，是指
2、通过记算计将人体所固有的生理特征或行为特征收集并进行处理，由此进行个人身份鉴定的技术。生理特征与生俱来，多为先天性的，行为特征则是习惯使然，多为后天形成的。科学家将生理和行为特征统称为生物特征。随着全球范围内通信技术的迅速发展,人们可以通过 internet 等各种开放式网络进行交易等商务活动。同时，由于交通工具的现代化，人口的大量流动，使人与人之间的交流的安全性这个问题凸现了出来。因此如何保障人们之间的交流的正常安全有序的进行,已经成了一个非常重要的问题，而身份鉴别作为安全保障的一个重要方面越来越受到人们的重视。身份的鉴别主要基于:(1) 持有物,如各种证件;(2) 所使用的一些带有加密手段
3、的信息,如口令或密码;(3) 生理或行为特征,如指纹、手形、声音、签名等.北方交通大学毕业设计(论文) 第 4 页以上的前两种方法在当今的社会中，他们的安全性和可靠性都已经不能满足我们的需要了，第三种方法就是本文在开头所说的现在引起人们广泛兴趣的生物特征识别(biometrics)。因为它不会像密码那样容易被忘记和破解,也不会像持有物那样容易被窃取或转移,因此人们认为生物特征识别将是一种更加可靠、方便、快捷的大众化身份识别手段。人的生物特征具有如下几个特征：(1)普遍性,每个人都具有;(2)唯一性,任何两个人都不一样;(3) 可采集性,可以定量测量;(4) 稳定性,这种特征至少在一段时间内是不
4、变的。然而，满足上述条件的生物特征也要受到现实系统或是实际使用中的快捷性、安全性等因素的制约，因此实际的系统还必须考虑：(1)性能，即识别的准确性、速度以及为达到这些要求所需要的资源的情况；(2)可接受性，人们对于一种特定的生物特征识别在日常生活中的接受程度（如果像美国要求所有来访的阿拉伯人特留下指纹的作法，就很难能被阿拉伯人特别是女性所接受。 ） ；(3)安全性，在现今的科技时代要仿造出一些人的特征也不是不可能的，因此这种识别方式能够被用非法的方式攻入的可能性也是限制因素之一。我们已经说了现今的社会对生物特征的需求和要求，那么我们现在就来看一看人的能被人们所见到的各种生物特征。1.1 指纹鉴
5、定综述从被人们所接受的时间来看，指纹特征应该是最早被人们用来进行个人身份特征鉴定的生物特征了。现在我们经常在电视上的古装片里见到的按红手印画押的场面，那正是使用了个人的生物特征。早在 2700 多北方交通大学毕业设计(论文) 第 5 页年前,我国的先民就开始在民间买卖房屋和田产、借贷、婚姻等事项中利用指纹订立契约（就是画押） 。形成这种情况的原因并不是因为我们的祖先对人的生物特征有很深入的了解，我个人认为那是因为那时大多数中国人不识字。说来惭愧真正用系统的概念来阐述指纹概念的却是英国人，1892 年世界上第一部指纹学专著指纹在英国出版。它的作者是英国科学家弗郎西斯高尔顿。他不仅把人的指纹分为弓
6、、箕、斗三大类型,还指出利用人的指纹辨认人身是十分可靠的。从此指纹识别技术便在英国乃至全世界范围内广泛用于警察探案和法官断案等活动。那么究竟什么是指纹特征识别技术呢？指纹特征识别技术就是依据人的指纹特征或其所留印痕特征而对人身进行的识别和认定技术。指纹,即人的手指肚表面皮肤上的纹理花纹。虽人皆有之,却各不相同。世界上任何种族、民族的男女老少、父子母女、兄弟姐妹,甚至是相貌极为相似的孪生兄弟姐妹之间的指纹,都存在着本质的差异,同一个人的十个手指的指纹,也各有差异。这种差异主要表现在指纹纹线中的许多细节特征的不同以及由这些细节特征之间构成的整体组合关系的不同,如纹线中的勾、眼、桥、棒、点、隆凸、凹
7、陷、弯折、交叉、错位、串联以及三角、皱褶纹、伤疤等特征的具体形态、大小、方向、角度、位置、数量及相互关系的不同等等。指纹的这种唯一性或排他性,为指纹识别技术的建立和发展提供了可靠有力的科学依据。不仅如此,指纹还具有终生不变的稳定性。据考查,人的指纹从胎儿时期的 34 个月时起至出生、直至死亡乃至尸体腐败以前的全部过程中,其花纹的形态结构和细节特征的总体布局等保持不变。而且指纹本身还具北方交通大学毕业设计(论文) 第 6 页有增殖再生的能力,即皮肤的表皮层若受到磨损或剥脱,能很快得以恢复原状。个体指纹的这种终生不变的稳定性,为指纹识别技术的建立和发展创造了极为重要的客观条件。可以说,现代指纹识别
8、技术被认为是理论成熟、科学性强、实践应用广泛、发展前景广阔，并且既方便性、安全性、快速性及准确性为一身的一项生物识别技术,尤其是指纹自动识别技术正在形成一个全新的技术领域和产业,并蕴藏和创造着巨大的商机。1.2 面部特征识别综述 人的面部自动识别是生物测定学研究的内容之一,是模式识别领域中的一个前沿课题,该课题的研究已有多年的历史。目前人脸自动识别系统正越来越成为当前模式识别和人工智能领域的一个研究热点。人脸自动识别系统作为一种重要的个人身份鉴别方法,可以广泛地应用于公安部门的犯人档案管理、犯人辨认查找、刑侦破案、安全验证系统、信用卡验证、医学、档案管理、视频会议、人机交互系统、证件核对、保安
9、监视、通道控制乃至机等多种场合。与其他身份鉴别方法相比,人脸识别具有直接、友好、方便等特点,因而,人脸自动识别问题的研究不仅具有重大的实用价值,而且在模式识别中具有重大的理论意义。这是肯定会有人马上问到，双胞胎怎么办，那些长的想得连自己的父母都分不清谁是谁的，可偏偏就没一点血缘关系的人（事实证明这样的人是存在的）怎么办？那我们就来看看面部特征识别的原理吧。面部识别技术是根据人的脸面特征的唯一性特点而进行的个体识别和确认技北方交通大学毕业设计(论文) 第 7 页术。人的面部特征的唯一性,可以在脸上某一单一器官或部位上得以体现,更重要的是可在这些单一特征之间的位置、距离、角度、数量、形状和模式等相
10、互关系上得以体现。而且这些面部特征都具有一定的稳定性。当验证某人的身份时,只要通过某种设备摄录下他的面部生物学特征,与事先已经储存着的相关样本特征进行比较,几秒钟内即可完成识别。由此可见，使用计算机对人面部的器官进行数字化的比较，那要用比用人眼来分辨准确的多。人脸自动识别的研究大致可以分为如下几个方面:人脸检测(Face detection)即从各种不同的场景中检测出人脸的存在并确定其位置;人脸表征(face representation)即采取某种表示方式表示检测出的人脸和数据库中的已知人脸;人脸识别(face identification)即将已检测到的待识别的人脸与数据库中的已知人脸进行
11、比较匹配,得出相关信息;表情分析(expression analysis)即对待识别人脸的表情信息(快乐、悲伤、恐惧、惊奇等)进行分析,并对其加以归类;生理分类(physical classification):即对待识别人脸的生理特征进行分析,得出其种族、年龄、性别、职业等相关信息。1.3 虹膜识别概述说到这个名词也许大家很陌生，但是我想大家都看过一些科幻片中一个人将眼睛对准一个小光源，然后红光一闪，这个人的便被系统接纳了。这就是虹膜识别。但是现在这已经不是电影中的情节了。虹膜,旧称虹彩,眼球前部含色素的环形薄膜,由结缔组织细胞、肌纤维等构北方交通大学毕业设计(论文) 第 8 页成,中间是瞳
12、孔。人眼中的虹膜是由一种随瞳孔直径的变化而拉伸的复杂的纤维状组织所构成。虹膜所含色素的多少直接决定着眼珠的颜色。在出生前的生长发育过程中,造成了人们各自虹膜组织结构的细微差别。因而没有任何虹膜的形状是完全相同的,因其不同的精细结构而具有特定性,即使是双胞胎,甚至是同一个人的左眼和右眼的虹膜形状结构图也不相同。同时,人在一生中其眼睛虹膜又极具稳定性。于是,作为识别个体的又一项生物识别技术眼睛虹膜识别技术便应运而生。虹膜识别技术具有远距离识别、非接触性、对被识别者干扰最少、准确率高、虹膜图像获取的非侵犯性等特点。尽管它的产生只有不足 20 年的历史,但它却是一种极具潜力和发展前途的生物识别技术。虹
13、膜识别系统中,首先用数字摄像机捕获登录者的眼睛图像,然后分割提取出虹膜图像，这是虹膜识别的关键技术之一就是要高质量地捕获虹膜图像。因为虹膜面积很小,颜色灰黑,所以要获得细节清晰、对比度高的虹膜图像并非易事。在提取完成后加以校准,再对其进行特征的提取与编码,最后把编码与数据库中的允许登录者的虹膜编码作比较(进行模式识别),得出是拒绝还是接受。虹膜识别应包括虹膜图像的捕获、虹膜图像的识别、模式匹配。人的虹膜具有大约项可检测到的特征（一般的生物特识别的点只有 13100 个） 。尽管虹膜扫描识别系统能够取得很高的识别率,但也存在如下的缺点:一个最为重要的缺点是它没有进行过任何的测试,当前的虹膜识别系统只是用统计学原理进行小规模的试验,而没有进行过现实世界
