基于指纹识别技术的出入境旅客身份验证系统研制
1、研究的目的和意义
目前人们已经研究出指纹识别、面部识别、发音识别等多种生物识别技术，许多技术都已经成熟并得以应用，其中指纹识别技术更是生物识别技术的热点。指纹用来作为一个人的身份识别手段有着其他手段不可比拟的优越性：
1)指纹是独一无二的，不存在相同的指纹，这样可以保证被认证对象与要验证的身份依据之间严格的一一对应关系。
2)指纹是相对固定的，很难发生变化，可以保证用户安全信息的长期有效性
3)指纹的采集相对容易。只需要按一下手指，就可以取得指纹图像。
4) 由于指纹识别的优越性，许多基于指纹识别的高科技产品已经开始在诸多领域中得以广泛运用。世界上许多公司和研究机构都在指纹识别技术的研究中取得一些突破性进展。目前最好的指纹识别算法的拒真率和认假率可以同时做到1％和0.001％以下，在性能较好的PC机上一幅指纹的识别时间不超过0.5分钟。
本课题采用生物指纹识别技术同计算机数据采集、数据管理系统相结合，将指纹作为出入边境的旅客的合法身份的辨识依据，极大提高了数据提交人员身份验证的准确性和可靠性。同时通过设计数据采集和处理的完整流程，构建了出入边境的旅客身份验证管理系统满足相关出入境部门的运行情况的管理，大大提高了工作效率，使得繁琐的身份验证管理更自动化、规范化。
2、指纹识别研究的历史与现状
指纹识别是模式识别和生物识别领域研究最早也是最为成熟的技术。指纹识别技术在各个评判指标上具有良好的折中，拥有实际应用的巨大优势。近几年来，随着信息技术和网络技术的飞速发展，指纹自动识别这种身份认证技术除了在传统的刑事侦缉领域之外，在银行、股市和电子商务、家居等领域也得到更广泛的应用。据2003年调查报告显示，指纹识别技术在市场收益中占整个生物识别领域的52.1%，比位居第二的人脸识别高出40个百分点。人们使用指纹进行个人身份鉴定已经有很长的历史。早在公元650年，唐代作家贾公秀在其作品中就着重提到了指纹是确认个人身份的方法[2]。我国将指纹应用于民间契约及断案有悠久的历史，但是由于缺乏专门性研究，未能将指纹识别技术上升为一门科学。现代指纹识别起源于16世纪后期。苏格兰医生HenryFauld[3]于1880年10月28日首次在英国《Nature》上发表论文，指出指纹人各不同，恒久不变，并利用现场指纹来鉴定罪犯。接着，WiiliamHerschel[4]也在《Nature》上发表了他本人关于指纹研究20多年来的成果，从此解开了现代指纹识别的序幕。1892年，英国SirFrancisGaltonl[5]对指纹进行了系统的研究，并提出了指纹细节特征分类，将指纹分为斗、箕、弧三大类，使指纹识别应用进入了一个崭新的时代。1899年，英国EdwardHen建立了著名的Henry指纹分类系统并于1901年被英国政府正式采用，随后西方各国亦相继采用，指纹识别应用正式走上了科学化道路。随着电子计算机的出现、采集技术的发展以及对指纹识别研究的深入，人们逐渐将人工指纹识别向自动指纹识别AFIS转变。美国最早于1963年首先开展有关软件的研制，于1975年成功推出了第一个商业化系统Printrak250[6]。日本在1975年开始进行研究，并于1982年将NECAFIS[7]投入使用。我国也在80年代初对指纹识别展开研究。
近几十年来，国内外众多专家和研究机构对指纹识别展开了全面且深入的研究工作，在研究和应用领域都取得了非凡的成果。美国联邦调查局[8]、迪拉鲁印基公司[9]、日本NEC[10]、北美莫佛公司[11]以及洛吉卡有限公司[12]等相继推出了著名的自动指纹识别系统。行研究，并于1982年将NECAFIS投入使用。我国也在20世纪80年代初对指纹识别展开研究，北京大学信息中心，清华大学自动化系，北京邮电大学，中科院自动化所等都在该领域作了一定的工作。开发初期，自动指纹识别系统是运行在中、小型计算机或专用高速计算机上的，成本高且缺乏良好的用户界面。随着计算机技术和集成电路技术的发展，个人计算机已经具有良好的工作性能和足够大的存储空间，完全有能力实现一个自动指纹识别系统。而且，当前的操作系统具有友好的工作界面，可以极大的方便用户使用。因此，在个人计算机良好的操作系统环境下设计的自动指纹识别系统，能够以较低的价格提供同样的性能和友好的用户界面。
3、研究内容
本研究的具体内容如下：
本文实现的自动指纹识别系统是针对人口出入边境的身份验证而研制开发的。该系统包括指纹采集和指纹验证两个模块。指纹采集模块负责指纹的活体采集，并对其进行预处理和特征提取，将其特征码存入指纹库。指纹验证模块是将采集的指纹与其指纹库中的指纹相匹配，确定出入边境的旅客身份。具体内容如下:
1.指纹图像采集使用指纹采集仪获取256个等级的指纹灰度图。
2.指纹图像预处理先对采集的指纹图像进行灰度滤波，然后再通过计算块方向图对指纹进行方向图滤波，从而实现灰度修补。该方法避免了传统指纹处理时的二值化、细化过程，节约了大量计算时间，更好的解决了指纹实时处理的问题。
3.通过计算指纹的局部方向图和不可定向程度，对指纹进行定位和分类，进而提取特征，并存入指纹库。
4.设计基于指纹的出入边境的旅客身份验证系统。
该系统身份验证的实现算法是基于对数字图像几何拓扑性质的深入研究，直接从灰度图像精确计算指纹的局部方向图和纹线不可定向图。在此基础上，实现指纹的自动分类、定位和细节特征提取，从而进行出入边境的旅客身份验证。
本文框架：
第一章绪论
1.1指纹识别技术的发展概况
1.2自动指纹识别系统的研究发展概况
1.3本文的研究目的及意义
1.4本文的主要工作
第二章 指纹识别系统算法设计
2.1灰度图像滤波
2.2局部方向与不可定向性程度
2.3指纹自动定位
2.4指纹的分类
2.5指纹特征提取
第三章 指纹库的建立
3.1指纹库的数据结构
3.2指纹的查对
第四章 试验与分析
4.3指纹试验与分析
4.4指纹自动识别试验与分析
第五章 结束语
参考文献
4、技术难点和创新点
本文针对出入边境的旅客而研制开发的身份验证系统。设计过程中，充分考虑到了系统的实时性和自动性。采用了新的指纹自动定位方法，提出了基于中心区域块方向变化的指纹分类方法和基于主细节特征的指纹匹配思想。拟创新点如下:
1.预处理时，先对采集的指纹进行灰度滤波，再通过计算块方向图对指纹进行方向图滤波，实现灰度修补。避免了传统指纹处理时的二值化、细化过程。该方法在指纹处理过程中收到良好的效果，且节约了大量的计算时间，更好的解决了指纹实时处理的问题。
2.通过计算指纹的局部方向图和不可定向程度，对指纹进行自动定位和分类。此方法有效的解决了指纹的自动定位问题。
3.特征提取时，只提取主要细节特征并将指纹的特征向量存入指纹库，完全可以满足指纹的匹配要求，节省了大量的存储空间，提高了系统的响应速度。
4.指纹库的建立，有利于对指纹数据的修改和维护，也使得自动指纹识别系统更加完善。
5、研究计划安排
（1）2008.1－
文献阅读整理，方法的调研
（2）2008.1－
按计划进行试验，及时总结，调整试验方案
（4）2008.1－
完成研究工作，开始论文撰写，如有需要，进行补充试验。
（5）2008.1－
完成研究项目，论文修改。
6、主要参考文献
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