c++笔试面试之网络和多线程
该文档是我总结的c++笔试面试通常会问的一些问题。另外可以从我的资源目录下找c++数据结构与算法，c++笔试面试基础两部分材料，综合这三个材料一起看，我相信大家一定尽快找到工作。ClientServerFIN WAIT 1IFIN MCLOSE WAITack M+1FIN WAIT 2LAST ACKFIN NTIME WAITACK=1 ack=K+CLOSEDm由于TCP连接是全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭,这一原则是当一方完成数据发送任务后,发送个FIN来终止这·方向的连接,收到个FIN只是意味着这方向上没有数据流动了,即不会再收到数据了,但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方则执行被动关闭,上图描述的即是如此第一次挥于Client发送个HN,用来关闭 Client到 Server的数据传送, Client进入 FIN WA1状第二次挥手Server收到FIN后,发送一个ACK给 Clien,确认序号为收到序号+1(与SN相同,一个FIN占用一个序号), Server进入 CLOSE WAIT状态。第三次挥手Server发送一个FIN,用来关闭 Server到 Client的数据传送, Server进入 LAST ACK状态。第四次挥手Client收到FIN后, Client进入 TIME WAIT状态,接着发送一个ACK给 Server,确认序号为收到序号+1, Server进入CL0SED状态,完成四次挥手。5.tcp为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?当主杋A确认发送完数据且知道B已经接受完了,想要关闭发送数据口(当然确认信号还是可以发),就会发FN给主机B;主机B收到A发送的F⊥N,表示收到了,就会发送ACK回复;但这是B可能还在发送数据,没有想要关闭数据口的意思,所以FⅣN与ACK不是同时发送的,而是等到B数据发送完了,才会发送FIN给主机A:;A收到B发米的FIN,知道B的数据也发送完∫,回复ACK,A等待2MSL以后,没有收到B传来的任何消息,知道B已经收到自己的ACK了,A就关闭链接,B也关闭链接了。6.TCP头大小,包含字段?TCP协议头最少20个字节,包括TCP的源端口,目的端口,序列号,应答号等等。7.tcp与udp的区别?为什么TCP要叫做数据流?1).基于连接与无连接2).对系统资源的要求(TCP较多,UDP少)3).UDP程序结构较简单4).流模式与数据报模式5).TCP保证数据正确性,UDP可能丢包,TCP保证数据顺序,UDP不保证6).TCP有拥塞控和流量控制,UDP没有TCP提供的是面向连接、可靠的字节流服务。当客户和服务器彼此交换数据前,必须先在双方之间建立一个TCP连接,之后才能传输数据。TCP提供超时重发,丟弃重复数据,检验数据,沇量控制等功能,保证数据能从端传到另·端UDP是一个简单的面向数据报的运输层协议。∪DP不提供可靠性,它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去,但是不能保证它们能到达目的地。山于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接,且没有超时重发等机制,故而传输速度很快8使用udp和tcp进程网络传输,为什么tcp能保证包是发送顺序,而udp无法保证?因为TCP发送的数据包是按序号发送,有确认机制和丢失重传机制,而udp是不可靠的发送机制,发送的对应端口的数据包不是按顺序发送的。9tcp三次握手的, accept发生在三次握手哪个阶段?三次握手:C--->SYNK>ACK K+1 SYN JC->ACK]+1DONELclient的 connect引起3次握于server在 socket,bind, listen后,阻塞在 accept,三次握手完成后, accept返回一个fd,TCP服务器端sackettTC客户端bindosten)connecto建立连接阻寒直到有客户端连接请求数据writereadr处理请求回应数据readr结束连接readr yclose10.流量控制和拥塞控制的实现机制数据的传送与接收过程当中很可能出现收方来不及接收的情况,这时就需要对发方进行控制,以免数据丢失。流量控制是一种解决发送端与接收方吞吐量不匹配问题的机制。网络拥瘧现象是指到达通信了网中杲部分的分组数量过多,使得该部分网络来不及处理,以致引起这部分乃至整个冈络性能下降的现象,严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿即出现死锁现象。拥塞控制是处理网络拥塞现象的一种机。11.滑动窗口的实现机制滑动窗凵机制是tcp流量控制的一种机制。滑动窗口分为发送窗凵和接收窗口,发送窗口会根据接受窗口返回的ack中的大小来确定发送数据多少,如果ack返回可接受为零时,发送窗口不发送数据,然后启动定时器,一定时间内给接收端发送探测报文。为了传递效率提扃,发送数据吋会尽量次发送多个字节,这里会通过算法控制接收窗口发送窗口接收窗口取决发送窗口取决于对于本段应用端接收窗囗应用应用接收窗口取决发送窗口取决于对于本段应用端接收舍口发送窗口接收窗口字节流方向窗囗关联方问发送窗口中的四个概念:已发送并收到确认;凵发送但未收到确认;允许发送但未发送;不允许发送。每次成功发送完数据后,发送窗口都会根据接受窗口返冋的ack大小来调整窗口大小后浩前沿前移收缩前移A的发送窗凵=20E区图国时国时网國國回回区画乎图已发送井不允许发送收到确认允许发送的序号B期望收到的序号图5-15根据B给出的窗口值,A构造出自己的发送窗口12. linux的五种I0模式/异步模式1)同步阻塞I/O2)同步非阻塞I/O(只能阻塞个io)3)同步I/O复用模型(可以阻塞多个i,用一个进程/线程调用多个io,其实是复用进稈/线程)4)同步信号驱动I/O5)异步I/O模型3.网络编程设计模式, reactor/ proactor/半同步半异步模式?reactor模式:同步阻塞I/O模式,注册对应读写事件处理器,等待事件发生进而调用事件处理器处理事件。 proactor模式:异步I/O模式。 Reactor和 Proactor模式的主要区别就是真正的读取和写入操作是有谁来完成的, Reactor中需要应用程序自己读取或者写入数据, Proactor模式中,应用程序不需要进行实际读写过程。Reactor是:主线程往epo‖l核上注册 socket读事件,上线程调用 epoll_wait等待 socket上有数据可读,当 socket上有数据可读的时候,主线程把 socket可读事件放入请求队列。睡眠在请求队列上的某个工作线程被唤醒,处理客户请求,然后往epo‖!内核上注册 socket写请求事件。主线程调用 epoll_wait等待写请求事件,当有事件可写的时候,主线程把 socket可写事件放入请求队刎。睡眠在请求队列上的工作线程被唤醒,处理客户请求。Proactor主线程调用 aio read函数向内核注册 socket上的读完成事件,并告诉内核用广读缓冲区的位置,以及读完成后如何通知应用程序,主线程继续处理其他逻辑,当 socket上的数据被读入用户缓冲区后,通过信号告知应用程序数据已经可以使用。应用程序预先定义好的信号处理凼数选择一个工作线程来处理客户请求。工作线程处理完客户请求之后调用ao wrⅰte函数向内核注册 socke写完成事件,并告诉内核写缓冲区的位置,以及写完成时如何通知应用程序。主线程处玛其他逻辑。当用户缓存区的数据被写入 socket之后内核向应用程序发送一个信号,以通知应用程序数据已经发送完毕。应用程序预先定义的数据处理函数就会完成工作。半同步半异步模式上:层的任务(如:数据库查询,文件传输)使用同步IO模型,简化了编写并行程序的难度而底层的任务(如网络控制器的中断处理)使用异步I/O模型,提供了执行效率14.1inux下io多路复用的方案 select、poll、epol1的区别select:利用一个数组结构(最大1024)来存储需要检测的描述符,每次调用需要清空数组结构后重新存入新的描述符文件,然后遍历需要操作的描述符。可以用仨检测单个描述符可以理解为拉取pol:也是利用数组结构存储,但是没有描述符个数限制,而且每次调用时不需要清空存储描述符结构数组。可以用于检测大量描述符的情况。可以理解为拉取epoll:是 select/po!的升级版本,它的机制是可以监视大量的描述符,当有需要连接时将改描述符存放到队列中,而epol只监视和执行队列中即可。可以用于大量并发连接中只有少量活跃的情况。可以理解为推送http://blog.csdnnet/lookatthestars/article/details/5210877315.epo11哪些触发模式,有啥区别?(必须非常详尽的解释水平触发和边缘触发的区别,以及边缘触发在编程中要做哪些更多的确认epo‖有EPoL和 EPOLLET两种触发模式,LT是默认的模式,ET是高速"模式。LT模式下,只要这个fd还有数据可读,每次 epoll_wait都会返回它的事件,提醒用户稈序去操作,而在ET(边缘触发)模式中,它只会提示一次,直到下次再有数据流入之前都不会再提小」,无论fd中是否还有数据可读。所以在ET模式下,read一个fd的时候一定要把它的 buffer读光,也就是说一直读到read的返回值小于请求值。也就是说在LT模式的情况下‘定要确认收发的数据包的 buffer是不是足够大如果收发数据包大小大于 buffer的大小的时侯就可能会出现数据丢失的情况。16. Boost.asio、 libevent、1ibev简介。Boost.asio是一个跨平台的C++库,用于网络和底层I/0编程,可以在I/0对象(如socket)上执行同步和异步操作。 boost.asio的跨平台性原理是在win系统(支持I0CP)linux系统(支持epo11)。 boost:asio将整个异步平台抽象成 boost::asio: lo service,用work控制 1o service生命周期,通知它是否结束,只要对象work( 1o servi ce)存在,10 service就不会结束。利用 buffer类存储数据libevent是一个C语言与的网络库,官方主要支持的是类 linux操作系统,最新的版本添加了对 windows的I0CP的支持由于I0CP是异步I0,与 linux下的POL模型, EPOLL型,还有 freebsd的 KQUEUE等这些同步模型在用法上完全不一致,所以使用方法也不样,就好比ACE中的 Reactor和 Proactor模式一样,使用起来需要转变思路。如果对性能没有特别的要求,那么使用 Libevent中的 select模型来实现跨平台的操作, select模型可以橫跨 windows, linux,unix, solaris等系统。libel是一个C语言写的,只支持1inux系统的库,我以前研究的时候只封装了EPOL模型,不知道现在的新版有没有改进。使用方法类似 libevent,但是非常简洁,代码量是最少的一个库,乜貮几千行代码。显然这样的代码跨平台肯定是无法支持的了,如果你只需要在1inux下面运行,那用这个库也是可以的。17. connect可能会长时间阻塞,怎么解决?1.使用定时器;(最常用也最有效的·种方法2.采用非阻塞模式:设置非阻塞,返回之后用 select检测状态18. keepalive是什么东西?如何使用?keepalive,是在TCP中一个可以检测死连接的机制。1).如果主机可达,对方就会响应ACK应答,就认为是存活的。2).如果可达,但应用程序退岀,对方烑发RST应答,发送TCP撤消连接。3).如果可达,但应用程序崩溃,对方就发FIN消息。4).如果对方主杋不响应ack,rst,继续发送直到超时,就撤消连接。默认二个小时。19. socket什么情况下可读?1. socket接收缓冲区中己经接收的数据的字节数大于等于 socket接收缓冲区低潮限度的当前值;对这样的 socket的读操作不会阻塞,并返回一个大于0的值(准备好读入的数据的字节数)2连接的读一半关闭(即:接收到对方发过来的FIN的TCP连接)并且返回03.s0cket收到了对方的 connect请求已经完成的连接数为非0这样的 socket处于可读状态;4.异常的情况下 socket的读操作将不会阻塞,并且返同一个错误(-1)。20. socket编程,如果 client断电了,服务器如何快速知道?使用定时器(适合有数据流动的情况);使用sock吐t选项SO_ KEEPALIVE(适合没有数据流动的情况);1)、自己编写心跳包程序,简单的说就是自己的程序加入一条线程,定时向对端发送数据包,看是否有ACK,根据ACK的返回情况来管理连接。此方法比较通用,般使用业务层心跳处理,灵活可控,但改变了现有的协议2)、使用TCP的 keepalive机制,∪NX网络编程不推荐使用SO_ KEEPALIVE米做心跳检测。keepalive原理:TCP内嵌有心跳包,以服务端为例,当 serve检测到超过一定时间(/proc/sys/net/ipv4/tcp_ keepalive_ time7200即2小时)没有数据传输,那么会向client端发送一个 keepalive packet21.如果 select返回可读,结果只读到0字节,什么情况?某个套接字集合中没有准备好,可能会 select内存用 FD CLR清为0.22.网络中,如果客户端突然掉线或者重启,服务器端怎么样才能立刻知道?若客户端掉线或者重新启动,服务器端会收到复位信号,每一种tcp/ip得实现不一样,控制机制也不·样。23.TTL是什么?有什么用处,通常那些工具会用到它?ping? traceroute? ifconfig?netstat?TTL是 Time to live,每经过一个路由就会被减去一,如果它变成0,包会被丢掉。它的主要目的是防止包在有回路的网络上死转,浪费网络资源。ping和 traceroute用到它。24请说出http协议的优缺点1.支持客户/服务器模式。2.简单快速:客户向服务器请求服务吋,只需传送请求方法和路径,通信速度很快。3.灵活:HTTP允许传输任意类型的数据对象。4.无连接:无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求,并收到客户的应答后,即断廾连接。采用这种方式可以节省传输时间。5.无状态:HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息,则它必须重传,导致每次连接传送的数据量增大。缺点就是不够安全,可以使用hps完成使用25大规模连接上来,并发模型怎么设计Epol1+线程池(epo11可以采用 libevent处理)26.tcp怎么做到不丢包。TCP提供超时重发(每一个seq后都有ack,计时时间到后重发seq),丢重复数据(通过判断seq和ack的大小,如果seq比ack小说明发过了),检验数据(通过tcp的伪首部),流量控制(利用滑动窗口实伣流量控制)等功能,保证数据能从一端传到另一端。27.TCP的确认重发机制A发—B/a向b发送数据B确认-A//b收到数据后发送给a确认包A-在重发数据中将发送成功的数据删掉28.I0CP和epo1l的联系与区别?联系:两者都是高效的io模型,都是基于事件驱动。区别:TOCP用在 Windows上,epo11用在1inux上;IQCP本质是异步非阻塞的,而epo1l是同步非阻塞的;1OCP是当事件完成时再通知,而 epoll是当事件满足处理要求是通知处理。boost中的asio网络模块的跨平台性原理是在win系统(支持IOCP),1inuκ系统(支持epollhttps://yg.aliyun.com/articles/53621进程与线程1.进程之间的通信无名管道:单向通信,只能亲戚关系才能传递,般用在父了进程之间有名管道:单向通信,可以用在任意两个进程之间通信。信号量:是一种计数器,主要用于资源共亨,用在多个进程或者进程内多个线程之间同步手段共享内存:一个进程创建共多个进程使用,和信号一起使用在进程同步与通信。信号:比较复朵的·种通信。套接字:消息队列:客服信号传递信息少,管道缓冲区受限。2.线程同步临界区,互斥对象,事件,信号量3.多线程和多进程的区别1)进程数据是分丌的:共享复岽,需要用IPC,同步简单;多线程共享进程数据:共享简单,同步复杂2)进程创建销毁、切换复杂,速度慢:线程创建销毁、切换简单,速度快3)进程占用内存多,CPU利用率低;线程占用内存少,CPU利用率高4)进程编程简单,调试简单;线程编程复杂,调试复杂5)进程间不会相互影响;线程个线程挂掉将导致整个进程挂抻6)进程适应于多核、多机分布;线程适用于多核线程所私有的:线程jd、寄存器的值、栈、线程的优先级和调度策略、线程的私有数据、信号屏蔽字、ero变量。4.多线程锁的种类有哪些?a.互斥锁( mutex)b.递归锁C.自旋锁d.读写锁5.自旋锁和互斥锁的区别?白旋锁中当锁被其他线程占用时,其他线程并不是睡眠状态,而是不停的消耗CPU,获取锁;互斥锁则不然,保持睡眠,直到互斥锁被释放溦活。自旋锁,递归调用容易造成死锁,对长时间才能获得到锁的情况,使用自旋锁容易造成CPU效率低,只有内核可抢占式或SMP情况下才真正需要自旋锁6.多线程程序架构,线程数量应该如何设置?应尽量和CPU核数相等或者为CPU核数+1的个数7.有一个计数器,多个线程都需要更新,会遇到什么问题,原因是什么,应该如何做?如何优化?有可能一个线程更新的数据已经被另外一个线程更新了,更新的数据就会出现异常,可以加锁,保证数据史新只会被一个线程完成
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基于MATLAB的指纹识别系统设计
基于MATLAB的指纹识别系统设计论文，具有一定参考价值，对毕业设计有用。基于 MATLAB的指纹识别系统设计AbstractBiometric technology has become one of the developing technologies for identityrecognition and network security. And fingerprint identification technology is now recognizedas one of the most safe. accurate and convenient authentication technologies and it is a focusfor researchersThis paper designs a matlab-based fingerprint recognition system. The first introducesthe fingerprint recognition technology research background, significance, and the status quoSecondly, to achieve fingerprint identification system, describes the basic structure of thefingerprint identification system, and the fingerprint image preprocessing, feature extractionfeature matching these three essential aspects of the algorithm is studied in detail in thefingerprint image pre-processing stage this article uses an algorithm based on gray imagesegmentation carried out at the same time, for the image after binarization noise still existsbut also for the corresponding trimming process, as much as possible for the future lay thefoundation for fingerprint feature extraction and thus successfully achieved fingerprint digitalimage processing, Teature extraction, slorage and matching functions. Finally, Che fingerprintidentification system for simulation, simulation results show that the system can identify abetter accuracy rate reached 95.1%Key Words: Fingerprint Recognition; Processing; Binarization; Feature Extraction;Feature Matching基于 MATLAB的指纹识别系统设计目录摘要······*······················-·······“······“···+····“····“““··“···············*·····““·········Abstract1绪论1.1本课题背景和意义1.2指纹识别技术研究现状1.3本文的章节安排中中中·中中和中。中申中申中中中非和申中日…22指纹识系统设计42.1指纹识别系统设计基本结构.42.2指纹图像分割…2.2.1指纹图像分割介绍2.2.2均值方差法2.3指纹图像的细化…2.3.1指纹图像细化的预处理2.3.2指纹图像细化方法计算72.4指纹图像的特征提取…2.4.1指纹特征提取概述着非非非道非非非非自非非非非日非着非非非非非非2.4.2指纹特征提取和去伪特征2.5指纹图像匹配方法……102.5.1指纹图像匹配介绍…26本章小结3仿真结果及其分析3.1仿真结果及分析…123.2本章小结…,14结论参考文献.17附录 MATLAB程序m重自18致谢“···*:····35IlI基于 MATLAB的指纹识别系统设计1绪论1.1本课题背景和意义指纹识別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儿乎为零,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.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、面部识別、签名识别、声音识别技术、指纹识別等,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屮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终;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、及易于获取、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。1.2指纹识别技术研究现状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。自动指纹识别过稈通常由指纹图像滤波增强、二值化、细化、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増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只有0和255两种颜色的图像,当前,在自动指纹识别中棠用的是根据指纹图像的点方向场在指纹纹线方向和指纹纹线垂直方向上对指纹图像进行一值化处理;指纹图傻细化是指删除指纹纹线的边缘像素,使之只有一个像素宽度,目前在自动指纹识别技术中常用的是OPIA算法的改进的图像模板细化算法;指纹特征提取,是将细化后使用计算教字图像处理技术采集指纹图像中奇异点、端点、叉点等指纹特征基于 MATLAB的指纹识别系统设计数据,目前常用的特征提取算法是先对细化后的指纹图像进行初步去噪,然后提取特征点,再根据阈偵去除伪特征点:指纹匹配,是指纹预留模板图像与输入样板图像中的所有特征点的匹配,目前在自动指纹识别系统中常采用可变大小的界限盒的指纹特征匹配算法。目前指纹识别技术还有诸多困难,例当三维的指纹被指纹录入设备扫描成二维的数字图像时,就会丢失一部分信息,手指划破、割伤、弄脏、不同干湿程度以及不同的按压方式,还会导致指纹图像的变化,这就给可靠的特征提取带来了困难;例如传统的基于细节点的识别方法,是依靠提取指纹脊线上的细节点,然后对其位置和类型进行匹配,来识别指纹的,而噪声会影响特征提取准确度,增加错误的特征点或丢失真正的特征点。当噪声很大时,就要增加图像增强算法来改善图像的质量,但很难找到一种增强算法能够适应所用的噪声,多种増强算法又会人嗝増加算法运行时间,不好的増强算法又会增加人为特征。当喉声增大时,提取了许多虚假细节点,还有可能丢失细节点,这就是传统的基于细节点识别算法的不足之处之一,因为它只利用了指纹图像中的一小部分信息(细节点位置和方向)作为特征进行匹配,丢失了蕴涵在图像中的其他丰富的结构信息。不难想象,基于这种方法的识别算法,很难个面适应指纹的变化。人的指纹含有天然的密码信息,它们具有几点重要特特点①广泛性,指每一个正常的人都有指纹。②唯一性,指每一个人的指纹都不同。指纹的纽节由细微纹点和纹线的起点、终点、分叉等组成。止是这些无穷无尽的细节特征组合构成了指纹的唯一性,事实上,甚至包括双胞胎,世界上两个指纹相同的概率小于1/109,几乎为零,这就构成了指纹的第大特点。③终生不变性,指纹终身不变即指纹的图案永远不会改变,从人的出现到死后的分解为止(除非指纹受到伤害)。④指纹与主体的不可分离性:即指纹不存在丢失、遗忘、被窃取的可能。指纹的使用比起其它证卡来说更快捷、安全、准确、无干扰,可实现快速登录注册,系统兼容性好,也就是说可以独立或者通讨联网构成系统并H很容易并入各类证卡和定义识别系统中。因此,指纹识别技术的应用范围极广。1.3本文的章节安排本文以研究指纹识别中指纹图像分割、细化、特征提取、匹配等若十问题为研究主体,针对指纹识别技术中分割、细化和匹配进行了仿真和修正。其中分割部分采用了方基于 MATLAB的指纹识别系统设计差均值的方法,细化选取了一种伪特征较少的模板,匹配时以分叉点和端点信息进行匹配。具体的章节和各章的内容安排如下:第一章:在介绍本论文的研究背景及意义,在指纹识别技术的现状和特点的基础上,确定了本文所做的主要工作。第二章:本章主要介绍了指纹识别系统设计原理,为后续的研究工作奠定基础,介绍了均值方差的基础知识和基本理论以及仿真中具体的分割运用算法;指纹图像细化的方法;指纹图像细化后的特征提取,需要哪些特征,去除哪些伪特征,以方便和正确地进行匹配工作:指纹图像配的概念、匹配问题的困难所在和常用方法。第三章:指纹识别系统的仿真结果及分析。结论:总结本文所取得的一些研究成果,并对课题发展进行了展望。基于 MATLAB的指纹识别系统设计2指纹识系统设计2.1指纹识别系统设计基本结构指纹识別系统主要由指纹图像读取,图像预处理,特征提取,特征匹配四大步骤组成首先,我们要提取需要处理的指纹识别的原始图片。其次,进行图像预处理。通常图像预处理包括分割、归一化、二值化和细化,图像预处理的目的貮是去除图像中的噪声,将图像变成清晰点线图,这样才能提取到正确的指纹特征,从而达到止确匹配的目的。它的好坏直接影响到指纹识别的效果。在此基础上,接下来就是要对细化后的数字图像进行关键特征提取,从而达到识别不同的志文数字图像的目的。普遍采用的特征提取是提取细节点。最后,我们将处理后的图像进行匹配,指纹图像的特征匹配主要是对所提取的细节持征进行匹配,将要比对的图像与库中图像的细节特征进行比对,并将比对结果输出,这是指纹识别系统设计中最重要的一个环节,这也是指纹识别系的最终目的。2.2指纹图像分割2.2.1指纹图像分割介绍指纹图像分割在指纹识别系统中作为图像与处理的一部分,指纹图像分割的基本依据是图像的某些特征及特征的集合。如灰度值,邻域关系,纹线的扭曲程度等。图像特征是指纹图像的怗有属性。通过提取图像特征,可将原始图像映射到特征空间,使图像特征在特征空间中呈现一定的分布。因此根据以上的的灰度值领域关系,纹线的扭曲程度,指纹图像分割大致分为三类:基于像素的图像分割,基于块特征的图像分割以及基于全局的图像分割。基于像素的指纹图像分割中目前流行多尺度小波变换和阙值法。小波变换和傅里叶变换的出发点都是将信号表示成基函数的线性组合。所不同的是傅里叶变换采用时间属于(一∞,+∞)的谐波函数exP@x作为基函数,计算机中的图像信息是以离散信号形式存放的,在信号处理中,特别是在数字信号处理和数值计算等方面,为了计算机实现的方便,连续小波必须进行离散化,而最基本的离散化方法就是二进制离散,一般将这种经过离散化的小波及其变换叫做二进小波和进变换。基于 MATLAB的指纹识别系统设计小波变换的特点是压缩比高,压缩速度快,压缩后能俣持信号与图象的特征不变,且在传递中可以抗干扰。在指纹识别识别中使用小波变换有助于噪卢的滤除以及有利于检测奇异点。但是小波变換的明显缺点是它计算复杂,计算效果也取决于函数的选择。另一种阙值分割就是简单地用一个或几个阈值将图像的灰度直方图分成几个类,认为图像中灰度在同一个灰度类内的像素属同一物体。它是图像分割中最基本的方法。其原理是先定一个阈值,大于此值为1,小于则认为为0;多阀值则可以利用多维函数。此原理在匹配中也可以运用。其优点是计算简单,仅需比较灰度值即可;运算效率较高,速度快:它的缺陷在于仅考虑图像的灰度信息,而忽略了图像的空间信息,对于图像中不存在明显灰度差异或各物体的灰度值范围有较大票叠的图像分割问题难以得到准确的结果代表块特征的指纹图像分割日前研究趋势为多种块基本特征如灰度均值、块灰度方差、块方向图等综合运用和重新定义块特征。其中块指的是将图像分个成一个个小的图像块。图像均值就是对每个单位块的灰度值取均值,方差则反映该块中各点与均值的偏差性,方向这可以很好的反映纹理的变化趋势。一般来说,常见的方向场的计算分为掩模法和公式法两大类。 LinHong等人开发的基于最小均方估计算法,即公式法。(j)=G(-1,j-1)+2G(-1)+G(+1j-1)-G(-1,+1)-2G(1,j+1)-G(i+1,+1)(j)=G(-1,j-1)+2G(+1)+G(-1,+1)-G(i+1,-1)-2G(i+1,j)-G(i+1,j+1Rx(∴j)(,(a,v)(,y)2-a(x,y)2它是利用正交坐标系下,原点到它们组成的坐标点的有向线段与X的正半轴的夹角可来表示该子块的块方向。这种方法最人的优点是易实现,很好体现出纹理,但缺点是对于变化太快的部分出错。此方法的实现是利用方向滤波器。基于全局的图像分割则是根据情況特别是某些特殊场合的利用,如残缺指纹。全局的图像分割可以是人工选定几个特定点后再根据全局的特点来处理,此法也可运用于匹配。基于全局的指纹识别仍处于实验室探索阶段,应用领域中尚不广泛。2.2.2均值方差法在图像分割概述中,凵经提到基于块特征的指纹图像分割。在这部分将重点介绍均值法差法的计算方法和在仿真中的运用基于 MATLAB的指纹识别系统设计该算法基于背景区灰度方差小,而指纹区方差大的思想,将指纹图像分成块,计算每一块的方差,如果该块的方差小于阈值为背景,否则为前景。具体步骤分以下三步(1)将低频图分成MXM大小的无重叠方块,方块的大小以一谷一脊为宜。(2)计算出每一块的均值和方差。H-1L-AVe=B2∑(.R=_1台台2>>(,)-4VE)(3)如果计算得到的方差几乎接近于0就认为是背景,对于方差不为零的区域在进行阈值分割算法,这种算法主要是根据计算得到的方差来决定其是否为背景区在使用方差均值法之前还要使用归一法将图变为低频图。归一化的目的是把不同原图像的对比度和灰度调整到一个固定的级别上,为后续处理提供一个较为统一的图像规格。指纹图像的归‘化公式如式所示。其中AVE0和ⅤAR为期望的灰度均值和方差。但是小波变换的明显缺点是它计算复杂,计算效果也取决于函数的选择。Rol/(x, ?)-AVENAV点o+lvARo(/(x, -AVEY(3.3)AVEoVAR在使用方差均值法之前还要使用归一法将图变为低频图。归一化的目的是把不同原图像的对比度和灰度调整到一个固定的级别上,为后续处理提供一个较为统一的图像规格。2.3指纹图像的细化2.3.1指纹图像细化的预处理这部分预处理主要为_二值化。由于指纹图像脊、谷相间,因此指纹图像的处理常是将指纹图像一值化。灰度图像一值化是将灰度图变换为只有黑和白两种灰度的图像。这样不仅可以压缩原指纹图像的数据量,而且也方便后面的细节特征的提取。灰度图二值化的基本思想是选取适当的灰度阂值,将灰度图像转化为_值图像,阈值的选择是关键,对于阈值的选择,有多和方法,如熵法,stu法等。根据是否将图像分块处理,又分全
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