指紋識別（一）

05-20

指紋識別（一）

來自專欄 ML/DL學習筆記

1.特徵比對的方法

特徵細節點：指紋紋線的端點、分叉點、指紋的中心點、三角點。

國際鑒定協會確定的特徵細節點有以下5種：

a.紋線端點

b.紋線分叉

c.短線

d.眼線

e.點

奧斯特布建議除以上5種之外再加上以下5種：

f.三角

g.橋形

h.雙叉

i.三叉

j.馬刺形

指紋特徵中最重要的一個特徵點是：中心點

指紋的特徵細節點比對就是把分類指紋中的相似指紋作為模板，把現場指紋痕迹作為樣板，按指紋紋線的端點、分叉點以及指紋的中心點和三角點等進行模板和樣板間相互比對，由此確定樣板所對應的模板，從而判定樣板的身份。

指紋電子模板是指紋圖像數據、指紋特徵數據、指紋類型數據、指紋細節文字描述、指紋持有人身份、存儲格式等等信息的集合。

需要經過指紋自動化清晰處理、特徵測量、類型分析、細節描述、對象辨認、分類存儲等過程。

(1).指紋自動化清晰處理

指紋圖像是一群帶坐標(位置)的離散像素集合，包含顏色和灰度的數據信息。同時數字指紋圖像總是在背景中存在，並且還有環境干擾疊加其上。

在自動化清晰處理之前還需要對指紋圖像進行灰度圖像處理。

指紋感測器所採集的指紋原始圖像有些是彩色點陣圖圖像，即彩色BMP圖像。把指紋的彩色BMP圖像轉化為灰度BMP圖像，即將指紋彩色BMP圖像中的每一點彩色像素，轉化成亮度按紅、綠、藍分量數值疊加的灰度圖像。指紋圖像像素的灰度值越大該點越亮，反之則越暗。

(2)指紋自動化特徵測量

需要進行指紋特徵的顯示處理、分析處理

顯示處理過程：把模糊的指紋紋線按紋線走向理清，把斷裂的指紋紋線按紋線走向續接等指紋紋線增強顯示處理，再把增強的指紋紋線以骨架形式進行顯示的處理，最後把指紋紋線骨架上的特徵點用坐標位置表示
分析處理過程：分析指紋紋線骨架上的特徵點類型，把指紋特徵按特徵點類型進行拓撲結構組織，經過指紋特徵顯示、分析等處理，形成指紋特徵數據。

(3)指紋自動化類型分析

在指紋自動化特徵測量基礎上進行指紋自動化類型分析。綜合指紋特徵數據和指紋紋型分析及中心點和三角點分析，可以判斷出該指紋的類型，形成指紋類型數據

(4)指紋的細節描述、對象辨認、分類存儲

指紋細節文字描述、指紋持有人身份、存儲格式等信息都是計算機文字信息處理工作。經過指紋自動化清晰處理、特徵測量、類型分析、細節描述、對象辨認、分類存儲等過程，就完成了數字化指紋模板。

指紋圖像數據、指紋特徵數據、指紋類型數據、指紋細節文字描述、指紋持有人身份、存儲格式等信息集合構成了一個完整的指紋電子模板，可以存儲到資料庫中。

數字指紋的基本規律和方法歸納為以下4個步驟

1.理解自然模型

2.建立物理模型解決圖像存在發散和斷裂的現象可以使用方向場模型、Gabor函數模型

3.導出數學模型

4.面向對象地確立計算機數據結構，實現計算機演算法

指紋模式和指紋模式識別

傳統指紋學定義了指紋對象的屬性和測量、分析、判別該屬性的方法
指紋屬性包括指紋紋理、紋線走向、以及汗腺的分布、形狀、色彩、軟硬度等。
指紋特徵的主要屬性參數是指紋紋線的端點、交叉點、指紋紋理的中心點、三角點等。
指紋屬性進行測量、分析、判別的方法是測量指紋特徵、分析指紋特徵分布、判別指紋特徵的拓撲結構等。

數字指紋學把傳統指紋學理解為指紋模式和指紋模式識別兩個部分。

指紋模式識別系統演算法組成

1.系統演算法的離線部分

用指紋採集儀採集指紋圖像，進行指紋圖像預處理，再提取出指紋圖像特徵點，然後將指紋特徵點保存到資料庫中，作為指紋圖像模板資料庫。

2.系統演算法的在線部分

用指紋採集儀採集指紋，進行指紋圖像預處理，再提取出指紋圖像特徵點作為指紋圖像樣板，然後將該樣板的特徵點與資料庫中模板的特徵點進行匹配，判斷是否同一個手指的指紋。

指紋模式識別系統演算法的功能

按識別過程中的主要功能，可劃分為：

a.指紋圖像採集演算法模塊

指紋圖像採集經調用指紋圖像採集器驅動介面，獲取合格幀的數字指紋圖像矩陣數據。

b.指紋圖像預處理演算法模塊

對所採集指紋原始圖像進行真實化還原處理，指紋圖像智能化增強處理和指紋圖像細化處理的過程。

1.指紋採集圖像真實化還原處理通過指紋圖像畸變矯正，指紋圖像前景與背景分割、指紋圖像均衡、指紋圖像收斂、指紋圖像平滑等步驟，使指紋原始圖像與真實指紋對象一致

2.指紋圖像智能化增強處理用人工智慧的方法，通過智能化增強數學模型演算法實現，完成使指紋紋線黑白對比度增強的過程，使白的更白，黑的更黑。

3.指紋圖像細化處理指紋圖像骨架化的紋線細化處理包括二值化、細化步驟。指紋圖像細化處理是指紋紋線特徵處理的必然步驟。

c.特徵提取演算法模塊

指紋特徵用於描述某個指紋的細節，例如指紋紋線的端點、分叉點、指紋的中心點和三角點等。

d.指紋特徵匹配演算法模塊

包括配准和比對兩個步驟

1.兩個指紋進行中心配准

2.把兩個指紋按紋理特徵進行端點和交叉點的點點相關比對指紋特徵匹配就是比較這兩個指紋的特徵

指紋模式識別系統演算法實現流程

1.指紋模式識別系統演算法實現流程規劃

a.指紋圖像採集模塊演算法流程規劃

指紋圖像採集器可以每妙N幀的速度採集指紋圖像，為了保證人機交互的實時性，這裡的採集速度可以設為N=24幀/秒

對指紋圖像採集質量進行判斷的目的，一是判斷是否採集到指紋圖像，二是判讀所採集到指紋圖像是否完整清晰。判讀是否採集到指紋圖像使用差影演算法處理，以便通過差影域值判斷，判定是否進入指紋圖像預處理模塊。

差影是指連續採集的兩幅圖像的差距。差影域值判斷是指該差距是否超過設定的限制。

差影域值判斷過程如下：

1.進行無指紋初始化採集

2.進行正常指紋圖像採集

3.把正常採集到的指紋數據與初始化採集到的空白背景數據進行相減比較。

如果是零差影域值則說明沒有採集到指紋數據，如果大於完整清晰差影域值則說明已經採集到完整清晰指紋數據。

b.指紋圖像預處理模塊演算法流程規劃

指紋採集圖像真實化處理演算法，依次通過指紋圖像畸變矯正演算法、指紋圖像前景與背景分割演算法、指紋圖像均衡演算法、指紋圖像收斂演算法、指紋圖像平滑演算法等演算法流程，使得指紋原始圖像與真實圖像一致。
指紋圖像智能化增強處理演算法，通過智能化增強數學模型演算法，使指紋紋線黑白對比度增強
指紋圖像細化處理演算法，通過二值化、細化演算法步驟，提取指紋圖像骨架化。

c.指紋特徵提取模塊演算法流程規劃

指紋特徵提取模塊演算法有兩個重點

提取指紋特徵點進行去偽指紋特徵點處理的演算法
把指紋特徵點裝配成拓撲數據結構的演算法

d.指紋特徵匹配模塊演算法流程規劃

重點是配准指紋特徵點(模板和樣板)拓撲數據結構，以便指紋模式識別在相同坐標系統下進行這位特徵匹配。

2.指紋模式識別系統總體演算法流程實現規劃

指紋模式識別系統模塊之間以及系統總體演算法的實現規劃。它是指紋模式識別模塊演算法流程規劃實現後，各模塊之間以及系統總體演算法的流程圖示。