I
随着生物识别技术的不断发展，人们发现每个人的指纹具有唯一性和不变性。因此指
纹识别技术逐步发展为一种新的身份识别方式，并且凭借其良好的安全可靠性，大有取代
传统身份识别方式的趋势。
本文简要介绍了指纹识别的基本步骤，分别是指纹图像预处理、指纹特征提取、指纹
匹配。在图像预处理中，依次介绍了规格化处理、图像增强、二值化处理和细化处理的方
法。预处理后将得到一幅宽度为一个像素的细化二值图像，然后通过特定的端点和交叉点
的特征进行指纹匹配。论文中采用 MATLAB 编程实现全部算法。
关键词：指纹识别，图像处理，特征提取，特征匹配
II
Abstract
With the continuous development of Biometric Identification Technology,People found that
each person's fingerprint has uniqueness and invariant.Therefore Fingerprint Identification
Technology gradually developed as a new identity recognition mode，and with its good safety
and reliability，it has replaced the traditional identification way trends.
This paper briefly introduces the basic step of Fingerprint Identification，they are
Fingerprint image preprocessing, Fingerprint characteristic extraction,Fingerprint matching.In
the Fingerprint image preprocessing,in turn introduced the normalized processing, Image
enhancement, Binary treatment and Refining processing method.After pretreatment will get a
picture for a pixel width of twenty-first-century binary image,then through the particular
endpoint and intersection on the characteristics of the Fingerprint matching.This paper using
Matlab programs all algorithm.
Key words Fingerprint identification Image processing Feature extraction
Feature matching
III
目 录
摘要 ........................................................ 错误!未定义书签。
Abstract ......................................................................................................................................... II
第 1 章 绪论 ................................................................................................................................... 1
1.1 研究背景及意义 ............................................................................................................... 1
1.2 国内外研究现状及分析 ................................................................................................... 1
1.3 设计内容与要求 ............................................................................................................... 2
第 2 章 指纹识别的基本理论及应用 ........................................................................................... 3
2.1 指纹识别的原理和方法 ................................................................................................... 3
2.1.1 指纹的特征与分类 ................................................................................................. 3
2.1.2 指纹识别的原理和方法 ......................................................................................... 3
2.2.1 算法的精确度 ......................................................................................................... 4
2.2.2 误识率和拒识率的测试方法 ................................................................................. 4
2.2.3 系统参数 ................................................................................................................. 4
2.3 指纹识别技术的应用 ....................................................................................................... 4
2.4 指纹识别的可靠性 ........................................................................................................... 5
2.5 本章小结 ........................................................................................................................... 6
第 3 章 指纹图像处理及特征提取与实现 ................................................................................... 6
3.1 方法概述 ........................................................................................................................... 6
3.2 方向图的计算 ................................................................................................................... 7
3.2.1 求点方向图 .................................................................................................................... 7
3.2.2 由点方向图求块方向图的算法 ............................................................................. 8
3.2.3 最小均方估计块方向算法 ..................................................................................... 8
3.3 指纹图像的滤波 ............................................................................................................. 10
3.4 基于方向图的动态阀值指纹图像二值化方法 ............................................................. 11
3.5 指纹图像的细化算法 ..................................................................................................... 13
3.6 特征提取及其后处理 ................................................................................................... 14
3.6.1 特征点的提取 .............................................................................................................. 14
3.6.2 假特征点的去除 ................................................................................................... 15
3.6.3 细节点信息的提取及记录 ................................................................................... 15
3.6.4 指纹识别中细节点的匹配 ................................................................................. 16
3.7 本章小结 ......................................................................................................................... 17
第 4 章 指纹识别算法的 MATLAB 实现 ....................................................................................... 18
4.1 MATLAB 简介 ............................................................................................................. 18
4.1.1 MATLAB 的概况 .............................................................................................. 18
4.1.2 MATLAB 产生的历史背景 ............................................................................... 18
IV
4.1.3 MATLAB 的语言特点 ...................................................................................... 19
4.1.4 MATLAB 在指纹识别中的应用 ....................................................................... 20
4.2 指纹图像预处理 ............................................................................................................. 21
4.2.1 图像规格化 ........................................................................................................... 21
4.2.2 图像分割 ............................................................................................................... 22
4.2.3 图像二值化 ........................................................................................................... 22
4.2.4 图像增强 ............................................................................................................... 23
4.2.5 图像细化 ............................................................................................................... 23
4.3 特征点提取 ..................................................................................................................... 23
4.3.1 找出所有的端点和交叉点 ................................................................................... 23
4.3.2 纹线光滑处理 ....................................................................................................... 23
4.3.3 去除图像边缘的端点 ........................................................................................... 24
4.4 找出特征点 ..................................................................................................................... 24
4.4.1 single_point 函数 ................................................................................................... 24
4.4.2 walk 函数 ............................................................................................................... 24
4.4.3 last1 函数 ............................................................................................................... 24
4.5 特征点匹配 ..................................................................................................................... 25
4.5.1 纹线长度匹配 .............................................................................................................. 25
4.5.2 三角形边长匹配 ................................................................................................... 25
4.5.3 点类型匹配 ........................................................................................................... 25
4.6 本章小结 ......................................................................................................................... 25
结 论 ......................................................................................................................................... 26
参考文献 ....................................................................................................................................... 27
致 谢 ....................................................................................................................................... 28
附录 1 图像预处理代码 ............................................................................................................ 29
附录 2 特征点提取代码 ............................................................................................................ 35
附录 3 找特征点代码 ................................................................................................................ 38
附录 4 特征点匹配代码 ............................................................................................................ 41
1
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
现代门禁系统是一种随着电子技术和计算机技术的发展而迅速发展起来的安防系统，
一套现代化的、功能齐全的门禁系统，不仅可用于进出口控制，而且有助于单位内部的有
序化管理。门禁系统是新型现代化公共安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全
管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术和生物技术等诸多新技
术，是重要部门出入口实现安全防范管理的有效保障
[1]
。
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、
面部识别、签名识别、声音识别技术、指纹识别等，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几乎为零,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。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中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络；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、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
[2]
。
1.2 国内外研究现状及分析
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。自动指纹识别过程通常由指纹图像滤波增强、二值化、
细化、特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增
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
