一種新型指紋識別系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

圖像歸一化是為了對不同的指紋圖像進(jìn)行統(tǒng)一處理，將源圖像的對比度和灰度調(diào)整到一個固定的級別上，為后續(xù)處理提供一個統(tǒng)一的基礎(chǔ)[4]。方向圖計算、背景分離到頻率提取，所有算法都可以在互補(bǔ)重疊的小區(qū)域內(nèi)單獨(dú)進(jìn)行。所以本文采用分塊規(guī)一化的方法，將圖像分為14×14大小的子區(qū)域，再對子圖像進(jìn)行規(guī)一化，保證了各個小區(qū)域內(nèi)均值和方差的一致性。
筆者實現(xiàn)了基于非線性擴(kuò)散濾波的指紋圖像增強(qiáng)新算法。該算法利用指紋圖像的結(jié)構(gòu)張量構(gòu)造擴(kuò)散張量，使得濾波沿著指紋脊線方向擴(kuò)散。該算法屬迭代算法，比Gabor濾波算法能量聚集慢，可以有效地連接斷裂脊線，而不會改變指紋脊線的連續(xù)性和奇異性。經(jīng)過測試，該算法能提高細(xì)節(jié)點(diǎn)提取的性能，增強(qiáng)指紋匹配的效率。
圖像二值化的關(guān)鍵問題是選取一個合適的閾值，經(jīng)過在系統(tǒng)中實測，選擇閾值To=180。圖像細(xì)化處理是指為了減少所需處理的信息量，便于提取指紋特征[5]。算法中采用了一種最近鄰點(diǎn)方式來抽取紋線骨架。既可以消除短枝和斷線等噪聲，還能滿足指紋細(xì)化的保持性、連接性、中軸性和快速性要求。
細(xì)化之后的指紋圖像就會呈現(xiàn)出特征信息。研究表明，中斷點(diǎn)和分支點(diǎn)這2類特征點(diǎn)就可以描述指紋的唯一性。所以，本文采用一種基于8連通域判斷法的特征點(diǎn)提取方法。該方法是在細(xì)化后的二值圖像上，對于細(xì)化圖像的任意點(diǎn)P計算其交叉數(shù)和8連通紋線點(diǎn)數(shù)，然后遍歷細(xì)化圖像中的每一個像素點(diǎn)，即可得到所有的端點(diǎn)和分支點(diǎn)。圖5給出了指紋圖像識別過程中的部分結(jié)果圖像，很好地保持了原指紋圖像的特性。

圖像匹配就是判斷2次輸入指紋的特征集合(模板)是否屬于同一枚指紋[6]。本系統(tǒng)采用基于點(diǎn)模式匹配算法進(jìn)行指紋識別，有效地解決了數(shù)量和位置都不盡相同的2幅指紋細(xì)節(jié)圖像進(jìn)行最優(yōu)匹配的問題。在系統(tǒng)硬件平臺上，通過HV7131R采集到的指紋圖像作為測試樣本，每一枚指紋分別測試100次來評價FRR（錯誤拒絕率）與FAR（錯誤接受率）。實驗顯示：FRR為3.5%，F(xiàn)AR為0%，比對結(jié)果令人滿意。
本文提出了一種基于TMS320VC5501 DSP的新型指紋識別系統(tǒng)。僅用一片DSP芯片，實現(xiàn)了存儲器擴(kuò)展、指紋圖像采集、人機(jī)交互模塊等的設(shè)計，既可以獨(dú)立運(yùn)行，又可以進(jìn)行二次開發(fā)。指紋圖像識別算法是系統(tǒng)的核心，經(jīng)過在系統(tǒng)硬件平臺上的實際測試，算法體現(xiàn)出了運(yùn)算速度快、識別效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前該系統(tǒng)的二次開發(fā)產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入商用階段并得到用戶好評，從而充分證明了其適用性和可靠性。