1、本科生学士学位论文题目：中远距离在线身份验证研究中的掌纹采集与定位方法姓 名：唐大闰 学 号：00108026 学 院：信息科学技术学院 系 别：计算机科学与技术系 专 业：计算机科学与技术专业研究方向：模式识别 导 师：李文新副教授 二零零五年五月论文评定指导教师意见： 成绩：良唐大闰具有较强的查阅文献资料能力，对中远距离身份验证研究中的掌纹采样和定位研究的背景知识和工作意义有清晰的了解。作者提出的去除环境光对采样图像质量的影响得算法和掌纹定位得算法有创意，经实验达到了较好的效果。整个系统设计和相关的程序的实现和调试工作进展顺利，研究成果达到了研究要求。论文所涉及的技术原理叙述正确。论文成果
2、反映出作者具备扎实的理论基础和分析问题解决问题能力。论文写作规范、行文基本正确。在论文答辩中表述清楚。同意该论文评为“良” 。指导教师： (签字)二零零五年 月 日摘要近几年，随着生物特征识别技术的发展以及人们对自身隐私、财产安全的日益关注，生物特征识别技术在越来越多的场合得到应用。相对于传统的指纹，虹膜识别技术，掌纹识别技术是一个新兴的领域。掌纹识别技术具有采样设备简单，信息量大的优点，受到了广泛的关注，而在该领域中，对中远距离的在线身份识别的研究仅处于开端阶段。本文就对这一研究课题展开了初步的论述，设计了一套实验设备，环境，以及实验方法，并提出了简单的定位算法，进行了初步的提纹、识别等尝试
3、以便进行深入的掌纹识别研究。研究中的创造性工作主要体现在以下两点：1、选择了一套成本相对低廉性能优秀的实验设备，设计了一系列的简单有效的实验条件，简化了初期的工作，迅速进入正式研究阶段。2、提出了行之有效的预处理算法、手掌定位算法，初步解决了中远距离系统的定位这一关键问题。我们在采集的数据上进行了一系列实验，证明了上述方法的有效性。另外，本文还针对现今存在的一些问题，提出了下一步工作的重点与方向，指出了一些可行的解决方案。关键词生物特征识别技术 掌纹识别 手掌定位 掌纹提取AbstractBiometrics computing is used more and more widely in
4、different occasions these years as its development and peoples growing focus on their privacy and possessions safety. Other than fingerprint identification and iris identification， palm print identification is a newly developed field in the several passed years. Palm print contains more information
5、than other biometrics features and can be collected by simpler device, so more and more people are entering this field. Up to now, however, few people have got satisfying achievements.This paper did some primary research on this problem and designed a set of devices, environments and methods for the
6、 experiments. A new palm locating arithmetic was put forward and was proved effective. I have also made some attempts on palm print extraction and identification, which have given me many suggests in the following research.The main creative work in my research is as follows:1. We designed a set of d
7、evices, environments and methods for the experiments. All of these are proved effective and cheap, which accelerate our research.2. We developed an effective pretreatment arithmetic and a new locating arithmetic which solved palm location in a distance.Besides, my paper raised some important questio
8、ns about the future work and suggested some probable methods to resolve them.KeywordsBiometrics computing, palm print identification, palm location, palm print extraction目录论文评定 .2摘要 .3关键词 .3Abstract.4Keywords .4第一章 背景介绍 .71.1 生物特征识别技术简介 .71.1.1 生物特征识别技术的市场前景 .71.1.2 不同种类的生物特征识别技术竞争发展 .81.1.3 对现有产品一些
9、分析 .101.2 掌纹识别技术 .101.2.1 相关概念 .101.2.2 掌纹识别技术的特点 .111.3 中远距离在线掌纹识别 .111.3.1 优势 .111.3.2 前景 .121.4 国内外研究现状及分析 .12第二章 中远距离掌纹识别的关键技术和难点分析 .152.1 拟解决的关键问题 .152.2 拟采取的方案 .152.3 本项目的特色与创新之处 .15第三章 中远距离非接触式掌纹识别初步研究 .173.1 掌纹定位 .173.1.1 将图像缩小一定比例 .173.1.2 去除背景 .173.1.3 图像二值化 .183.1.4 中值滤波平滑 .193.1.5 提取手边缘
10、.193.1.5.1 边缘检测概述 .193.1.5.2 Canny 算法 .203.1.5.3 结果演示 .223.1.6 边缘细化 .223.1.6.1 图像细化概述 .233.1.6.2 Deutsch 细化算法 .233.1.7 定位关键点 .243.1.7.1 关键点概述 .243.1.7.2 找寻关键点 .253.1.8 界定手掌 .273.2 身份识别初步研究 .283.2.1 手型识别初步研究 .283.2.2 掌纹识别初步研究 .293.2.2.1 掌纹提取 .293.2.2.2 掌纹识别 .303.3 小结 .30第四章 实验设计和实验结果 .314.1 实验目的 .314
11、.2 实验环境 .314.2.1 硬件部分 .314.2.2 软件部分 .314.2.3 其他条件 .324.3 界面部分 .334.4 实验步骤 .384.5 实验结果 .384.6 实验分析 .39第五章 总结 .41参考文献 .42致谢 .47第一章 背景介绍1.1 生物特征识别技术简介生物特征识别技术就是采用每个人独一无二的生物特征来验证用户身份的技术，可以利用的特征有指纹、掌纹、虹膜、人脸、声音、笔迹等。由于每个人的生物特征具有与其他人不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性，不易伪造和假冒，所以利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。此外，生物识别技术产品均借助于现代计算机技
12、术实现，很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合，实现自动化管理。1.1.1 生物特征识别技术的市场前景IBG(International Biometric Group)在 2004-2008 年生物识别技术市场的分析报告1中给出了生物特征识别技术的市场预测（图 1） 。图 1 生物特征识别技术产品的市场总额预测数百亿美元的生物特征识别技术产品市场覆盖了国家安全、军事安全和公安、司法、民政、金融、民航、海关、边境、口岸、保险及民用等各个领域。而生物特征识别技术这一被比尔-盖茨断言为未来 IT 产业的重要革新的技术正在以空前的速度和规模走近每一个普通人。2004 年 1 月 5 日，美国在 1
13、15 个机场合 14 个港口安装新入境装置，这些是一种自动出入境系统的组成部份。该系统全名是“美国访客和移民身份显示技术” （United States Visitor and Immigrant Status Indicator Technology，简称 US-VISIT） ，它要求大多数持签证来美国访问的旅客在进入美国机场和海港港口时，有两份以无墨装置扫描方式做成的指纹以及一张由移民官员拍摄的数码照片2。2004 年 11 月首次在美国四个点实施的交通从业人员身份资格证（TWIC）计划，采用一套生物测定“智能卡”系统用于验证 20 万运输从业人员的身份3。2004 年 10 月中旬日本东
14、京的三菱银行在 267 个柜员机上安装了指纹识别系统，银行此前已经记录了用户的指纹信息并储存在带有集成芯片的卡中，柜员机对指纹信息进行读取使用户达成交易4。这一系列的事件（更多事件请参看5）预示着生物特征识别技术将全面更新传统的身份认证系统（纸制的护照及各种通行证等） 。1.1.2 不同种类的生物特征识别技术竞争发展在不断增长的生物特征识别技术市场中，基于人体不同特征的各种技术产品不断涌现。IBG(International Biometric Group) 在 2004-2008 年生物识别技术市场的分析报告中1给出了 2004 年度各种生物识别技术产品利润的市场占有率（图 2） 。从图 2
15、 中我们可以看出，图 2 2004 年度各种生物识别技术产品利润的市场占有率虽然指纹识别占有比较大的市场份额，但是诸如脸型、手、虹膜、声音和签名也都有各自的应用领域。这主要是因为需要进行身份验证的场合、人员和性质不同，因而对系统的响应时间、成本、用户可接受性、识别准确率、系统容量等的要求差别很大。每种产品各有其优势和劣势，并且所有这些技术都仍在随着需求的发展而发展。同时也不断有新的技术和产品被研制出来推向市场。图 3 中给出了目前市场上的一些主要产品（详细情况请参考本节后的参考文献）：基于指纹的系统有：ATS 公司 DigitalPersonal 公司 北大高科公司 艾迪沃德科技公司基于虹膜系
16、统的系统有：Panasonic 公司 LG Electronics/Iris Technology Division 公司基于手掌的系统有: 基于虹膜和掌纹的系统IR Recognition Systems ATS Motorola基于人脸和指纹 以及虹膜和指纹的系统:NextgenID 公司 NextgenID 公司图 3 市场上的一些生物特征识别技术相关产品1.1.3 对现有产品一些分析市场上的生物特征识别产品从采样方法上可以分为接触式的和非接触式的两种。例如：指纹需要将指纹按在采样设备上取像，掌纹设备将整个手掌按在扫描机上的平板上，他们都属于接触式采样；而基于虹膜和人脸的系统可以让摄像头
17、和人保持一定的距离，属于非接触式的。所有接触式的系统都存在清洁卫生问题，对于接触面是玻璃制品的系统还存在接触表面指纹/掌纹残留的问题。同时接触式的系统也不适用于监控监视等方面的应用。基于虹膜的系统，通常在摄像头内或周围加装红外设备，已获得拍摄虹膜图像需要的曝光强度，而且需要被测着正视盯住摄像头，会有一些不适的感觉。同时也不适合远距离的拍摄。基于人脸的系统使用界面最为友好，而且可以在用户不察觉的情况下进行身份识别。该技术的识别率不是很高，在没有监督的使用环境下也较容易被欺骗。例如，使用他人的照片欺骗系统，因为脸部的照片比较容易获得。为了提高识别率，该类系统在使用时，可能会对用户提出一些要求，比如头发的长度，眼镜的式样，化妆的程度等等。基于掌纹的系统在下面会提到。1.2 掌纹识别技术1.2.1 相关概念掌纹是指手腕至手指之间的手掌内表面上的各种纹线,主要分为乳突纹、皱纹和屈肌线三大类。掌纹识别与指纹识别、人脸识别、语音识别、签名识别等
