低质量指纹图像评价与划痕检测及修复研究

论文摘要

生物特征识别技术采用人体生理特征进行个人身份认证。在当今计算机与信息技术高速发展的社会中,生物特征识别技术可以满足人们对身份认证的准确性和安全性要求,已逐渐成为广泛的、有效的身份认证技术,其中自动指纹识别技术已成为生物特征识别技术中最成熟、使用最广泛的技术,自动指纹识别技术具有准确率高,可靠性高,成本低等优势。由于指纹库中存在一定数量的低质量指纹图像,导致自动指纹识别系统的可靠性大大降低。为了提高自动指纹识别系统的性能,本文针对指纹库中低质量指纹图像的综合质量评估、划痕检测及修复做出了较深入的研究。主要包括以下内容:(1)通过结合空域和频域的多种质量评估指标,研究了指纹质量的综合评估问题。空域质量评估指标主要反映指纹局部纹线结构特征信息,包括指纹图像的有效面积,偏移度,干湿程度,脊线连续性和清晰度四个方面的评价;频域评估指标主要反映指纹图像的脊谷结构信息,通过图像熵信息评估质量。根据各个质量指标的评估结果,提示存在的质量问题和改进方法。文中针对常见的低质量指纹图像类型,选择了五种质量指标,同时为实现质量的整体综合评估,采用了非线性融合加权方法,综合空域评估和频域评估可以较准确的区分出差质量指纹图像。实验表明,通过本文方法分别拒绝指纹库FVC2004 DB1_A、DB2_A、DB4_A中10%差质量指纹后,指纹识别系统的稳定性均能够大幅提高。(2)针对低质量指纹图像中划痕的检测与修复问题,本文提出了基于细节点信息的检测与修复方法,具有较高的准确性和实时性,在划痕的检测与修复过程中,较少产生新的伪细节点或伪特征结构。基于细节点信息不仅能对划痕的位置进行有效的检测,突破了划痕方向和形状的局限,而且还能对细化图像中因划痕产生的伪特征结构和断裂脊线进行修复。根据划痕处产生的断裂脊线的长度和方向的偏转度大小可以将划痕分成三类,对不同类型断裂脊线的伪细节点进行分类修复,较近距离且断裂脊线的方向偏转小的断裂点采用区域脊线生长法和一次曲线拟合连接,较远距离或较近距离且断裂脊线的方向偏转较大的断裂点则结合了参照法和跟踪法,可以准确的修复划痕处的断裂脊线,且不产生新的伪特征结构。此外,本文还采用了脊线跟踪法对其它两种常见的伪特征结构进行了检测与修复。实验结果表明,该算法能准确地检测并有效地修复指纹图像中划痕产生的伪特征结构和断裂脊线,有利于提高自动指纹识别系统的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 生物特征识别概况
• 1.1.2 指纹识别技术概述
• 1.1.3 指纹识别技术存在的问题
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 自动指纹识别系统的构成及简介
• 1.2.2 指纹图像质量评估
• 1.2.3 指纹图像预处理
• 1.2.4 指纹图像的修复
• 1.2.5 指纹识别系统的性能评估参数
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 指纹图像预处理
• 2.1 均衡化和归一化
• 2.2 方向图估计
• 2.3 纹线频率估计
• 2.4 分割
• 2.5 滤波增强
• 2.6 二值化
• 2.7 细化
• 2.8 特征提取
• 2.9 本章小结
• 第3章 低质量指纹图像的综合质量评价
• 3.1 指纹图像的质量评价的背景及意义
• 3.2 指纹图像质量综合评测算法
• 3.2.1 指纹图像的空域质量指标
• 3.2.2 指纹图像频域质量指标
• 3.3 融合质量评估准则和质量评估分数的计算
• 3.4 实验分析与结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 低质量指纹图像划痕的检测与修复
• 4.1 低质量指纹图像的划痕检测
• 4.1.1 划痕检测研究背景与现状
• 4.1.2 低质量指纹图像划痕检测算法
• 4.2 低质量指纹图像的划痕修复
• 4.2.1 划痕修复研究背景与现状
• 4.2.2 低质量指纹图像的划痕修复算法
• 4.3 低质量图像中其它部分伪特征结构的修复
• 4.4 实验结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 附录A 指纹图像质量评估与划痕检测及修复演示系统
• A.1 演示系统结构设计与功能实现
• A.2 指纹认证演示系统
• 参考文献
• 致谢
• 在攻读硕士研究生期间发表论文
• 在读期间参与项目