指纹识别预处理算法研究及指纹特征在数字签名中的应用

摘要

随着网络的日益普及化和社会信息化步伐的加快，人们对信息安全的要求越来越高。基于信物或口令方式的传统信息安全系统显得越来越脆弱，为了应对这些挑战，人们把目光转向了生物识别技术，希望能借助人体的生理特征或行为动作来提高身份识别的精度。由于生物识别技术具有不可复制、不可移植和不可仿造的特点，使得生物识别技术在信息安全领域的应用越来越广泛。在各种生物识别技术中，指纹识别技术是目前最成熟最有前景的生物识别技术。尽管指纹识别的理论研究与应用开发取得了重大进展，但是指纹识别的应用在目前并没有获得普及，这是因为指纹识别算法在识别准确性和识别速度方面还远远不能满足很多实际应用的要求。进一步提高指纹识别的性能无论在理论上还是在应用上都具有十分重要的意义。
　　 指纹识别一般包括以下几个步骤：预处理、特征提取、特征匹配。本文在收集和分析近年来国内外有关指纹识别算法研究成果的基础上，对指纹识别预处理算法中的若干算法进行了研究，提出了一些优化方法，并在此基础上设计了基于指纹特征身份的签名方案。在本文中，我们主要研究了以下几个方面：
　　 （1）研究了指纹图像分割算法,在分析了指纹图像分割算法的优缺点的基础之上，针对基于灰度方差的指纹图像分割算法的缺点，提出了一种改进的指纹图像分割算法。实验结果表明，相比于原来的基于灰度方差的指纹图像分割算法，我们改进的算法的分割效果更好，且具有较强的鲁棒性。
　　 （2）研究了指纹方向场平滑算法。 在方向一致性的基础之上，对传统基于低通滤波的方向场平滑算法进行了改进，提出了一种可变窗的自适应方向场平滑算法。该算法利用方向一致性对方向场进行加权平均。试验表明，该算法能够很好地去除方向噪声，真实地描述指纹脊线的拓扑结构，有利于后续步骤的展开。
　　 （3）提出了一种指纹图像增强算法。该算法通过对二维Gabor函数的逐级分解，将Gabor函数分解成高斯函数与三角函数的组合，再通过递归的方法实现高斯滤波，从而达到了快速指纹图像增强的目的。实验结果表明，该算法不仅增强效果与Gabor增强相当，且在算法速度上较传统方法具有明显优势，同时，一次滤波可以得到两个不同方向的增强结果。
　　 （4）研究了指纹识别算法在密码学中的一个应用，即在数字签名中的应用。提出了一种基于指纹特征身份的数字签名方案，并对其安全性进行了分析。