论文总字数：26062字

目 录

第一章 绪论 1

1.1选题的背景和依据 1

1.2研究的意义 2

1.3论文章节的安排 2

第二章 指纹活性检测的现状 2

2.1基于硬件的指纹检测 4

2.2基于软件的指纹检测 5

2.2.1 传统的指纹活性检测 5

2.2.2 基于纹理特征的指纹活性检测 6

第三章 基于LPQ的指纹活性检测算法 6

3.1 基于局部相位描述(LPQ)的特征提取 8

3.2 基于支持向量机（SVM）分类器的训练 11

第四章 系统实现与结果分析 13

4.1 指纹库 13

4.2 MATLAB及图形用户界面(GUI)设计 14

4.2.1 指纹活性检测主界面的设计 15

4.2.2 界面的激活与回调函数的生成 16

4.3 系统结果演示 19

4.4 实验结果 21

第五章 总结与展望 21

参考文献 22

致谢 25

基于局部相位描述的指纹活性检测算法的研究与实现

季姚尧

，China

Abstract：With the development of science and technology, especially computer and network becoming more and more mature,the public have higher requirements to authentication methods。People pursue more accurate, reliable and convenient authentication method. One of these methods,biometric identification technology, which is the way of identity authentication through human physiological and behavioral characteristics, has achieved more attention by the public. Biometric identification technology systematically deal with the collected biometric information with the collection equipment and information processing platform,and achieve the identification of personal identification through the comparison with the original feature information. According to the phenomenon of artificial fingerprint, this paper analyzes and studies the feature extraction,liveness detection algorithm of fingerprint image. The system extracts fingerprint feature based on LPQ, use SVM classifier for classification, and finally use the test set to detect the authenticity of the fingerprint. On the basis of the above research, this paper realizes the combination of fingerprint liveness detection algorithm and Matlab graphical user interface (GUI) ,showing the results of fingerprint liveness detection in the graphical user interface. The system has good interactivity,expansibility and practicability.

Keywords：Fingerprint recognition;Fringerprint feature extraction;LPQ;SVM;MATLAB

第一章 绪论

1.1选题的背景和依据

在21世纪信息化时代，现代计算机技术的不断发展，由此而来的安全性问题变得日益严重，人们开始重视起对个人身份的有效鉴别，传统的身份认证方式有密码、钥匙、识别码、各种证件，在一定程度上这些方式可以验证个人的身份，但同时也存在诸多弊端，原因在于它与用户的关系不是唯一绑定的。人们发现生物技术具有其独特的生物学特征，可以有效地取代传统身份认证方式，可广泛应用于金融、网络、医疗和安全等领域。生物认证技术的原理是根据个人相对稳定的生理、行为特征来认证个人身份的技术^[1]。作为身份鉴定依据的生物特征,需要包含以下几个条件:

(1) 普遍性（Universality）：该生物特征是否所有人都具有;

(2) 唯一性（Uniqueness）：该生物特征在每个人身上是否都是独一无二的;

(3) 持久性（Permanence）：该生物特征在人身上是否保持不变;

(4) 可采集性（Collectability）：该生物特征是否容易被采集到;

(5) 可接受程度（User Acceptance）：该身份认证方式用户是否愿意被采用;

(6) 防欺骗性（Resistance to Circumvention）：该身份认证方式是否易受环境影响,是否可以防止环境欺骗。

以上六方面性能在常用身份鉴定方式：指纹、掌纹、虹膜、人脸、声音、签名、DNA上的分析与比较如下图1.1所示：

图 1.1 人体生物特征的性能对比

随着计算机图像处理以及模式识别技术的快速发展,指纹识别技术成为目前身份鉴别的可靠手段之一。指纹识别鉴别个人身份是通过校验人的指纹特征来进行的。目前较有发展潜力的生物认证技术是将信息技术与生物技术相有效结合。与此同时，由于指纹识别技术成熟度的不断提高,用于指纹图像处理的应用软件也不断增多。本文所用到的MTLAB就是其中之一。MATLA具有科学计算、数据处理、统计分析基本功能，在图像处理方面具有其独特的实现工具。并且MATLAB 在面向对象的图形技术和图形用户界面（GUI） 技术方面的功能也日趋强大，可以使用户有效地实现数据的界面交互式显示。本文基于 MATLAB 的图形用户主界面实现了指纹图像特征提取和活性检测的功能.

1.2研究的意义

由于个人指纹的唯一性、稳定性和采样指纹的方便性等各方面的相对优势，加上其技术的不断成熟和较低的成本，指纹识别技术被不断的推广，其运用的领域也将从高端领域走向民用。主要包括高度安全防护的涉密系统，公众人群的身份认证方向，公众事业的公民应用，以及网络虚拟时代的身份认证。由此而导致指纹伪造现象日益增加。一个广为人知的漏洞就是可以使用由培乐多泥胶，明胶和硅胶模具制成的人造手指欺骗各种指纹扫描仪。日本某大学的研究者曾经利用凝胶材质制作伪造指纹，经过在指纹识别器上测试，这种材料的伪造指纹欺骗指纹识别仪的几率高达百分之六十以上。因此，有必要对这些威胁提供指纹系统的保护。在本文中，提出了一个基于局部相位的指纹活性检测方法，目的在于辨别指纹来源的真假。

据不完全统计，未来国内的生物识别技术将有上百亿的市场，因此对指纹伪造技术进行成功有效的检测，防止不法分子对个人、公众信息资料的窃取，将会成为一个重要的研究领域，指纹活性检测技术的重要性不言而喻。

1.3论文章节的安排

第一章绪论：简单介绍本课题研究对象的背景和依据，比较了指纹识别相对的优越性，进一步引出指纹活性检测的现实意义和重要性。

第二章指纹活性检测现状：简单解释了指纹的概念，主要介绍了指纹活性检测的方法，包括硬件和软件两部分。

第三章基于LPQ的指纹活性检测算法：本章节主要介绍本课题研究的基于局部相位描述(LPQ)的指纹特征提取算法，以及基于支持向量机（SVM）分类器的训练。

第四章系统的实现与结果分析：介绍了本论文使用的指纹库，重点在于基于MATLAB GUI的指纹活性检测算法的设计与实现，包括图形用户界面的设计和效果的演示，以及最终的结果分析。

第五章总结与展望：总结本论文的工作内容，指出本论文中的不足之处，以及未来的研究方向．

第二章 指纹活性检测的现状

指纹(图2.1)是人类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路，是由遗传与环境共同作用形成的，同时与人体健康密切相关，因而指纹人人皆有，却各不相同^[2]。

图2.1 指纹

由于指纹重复率极小，大约150亿分之一，目前还没有发现两个指纹完全相同的人，故其称为“人体身份证”。根据国际上指纹的分类方法，指纹可以分成三大类，又细分为11种基本类型^[3]，如下表2.1显示：

表2.1 指纹的类型

指纹技术的广泛应用，也带来了相对的风险性。为了窃取他人指纹身份验证，达到非法目的，不法分子开始制作伪造指纹模具。目前，市场上常见的伪造指纹的材质主要有胶类，树脂等。由于这些材质制作的方法简便，而且效果类似人类真实活体指纹，这些材质制作而成的伪造指纹通常能对指纹验证设备（图2.2）达到一定的欺骗率。因此，对指纹的活性检测已成为指纹识别中重要一环节。

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