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面向移动终端的高效部分指纹匹配算法研究与实践

一、引言

1.1研究背景

在当今数字化时代，随着信息技术的飞速发展，人们对信息安全和便捷性的需求日益增长。传统的身份验证方式，如密码、证件等，存在着易遗忘、易被盗用等诸多弊端，难以满足人们对安全和便捷的追求。在此背景下，生物识别技术应运而生，它利用人体固有的生理特征或行为特征来进行身份识别，具有唯一性、稳定性、不可复制性等显著优势，为解决身份验证问题提供了全新的思路和方法。

生物识别技术的发展历程漫长而丰富。早在古代，人们就已经开始尝试利用指纹进行身份验证，但当时的方法较为原始，缺乏系统性和科学性。随着时间的推移，19世纪末，指纹识别技术开始得到科学化的研究，英国医生亨德里克?福克斯?蒂芬克（HenryFaulds）和英国警官罗伯特?哈里斯（RobertHarris）分别于1880年和1888年发表了对指纹的研究报告，标志着指纹识别技术正式进入科学领域。20世纪初期，指纹识别系统发明并被广泛应用于英国警察局，准确率达到90%以上，推动了犯罪侦查工作的高效开展。此后，生物识别技术不断发展，面部识别、虹膜识别等新兴技术也逐渐崭露头角。20世纪60年代至80年代，随着计算机技术的飞速发展，生物识别技术进入了成熟与发展的阶段，识别准确率显著提高，应用领域也不断拓展。20世纪90年代至21世纪初期，生物识别技术与计算机视觉、模式识别、人工智能等领域紧密结合，实现了智能化和自动化的飞跃，识别准确率进一步提升到99%以上。

如今，生物识别技术已广泛应用于各个领域。在安全领域，它被用于金融机构的ATM机身份验证、政府部门的边境控制和监狱管理、企业内部的安全系统等，有效提升了安全性，减少了欺诈行为和非法入侵；在医疗健康领域，可用于患者身份准确识别、医疗设备权限控制、慢性病管理等，防止医疗错误和药物误用，提供个性化医疗服务；在消费电子和智能家居领域，智能手机、平板电脑等设备采用指纹识别或面部识别技术实现快速解锁，智能家居系统利用生物识别技术进行家庭安全监控和室内环境个性化调节，电子商务和在线支付领域也借助生物识别技术增强支付安全性。

在众多生物识别技术中，指纹识别凭借其独特的优势脱颖而出，成为应用最为广泛的技术之一。指纹是人体手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路，其纹线的起点、终点、分叉、结合等细节特征具有唯一性和稳定性。据学者推论，以全球60亿人口计算，300年内都不会有两个相同的指纹出现。从20世纪70年代出现自动化的指纹识别系统以来，经过多年的发展，指纹识别技术已逐渐成熟，并深入到人们生活和工作的各个方面，如手机解锁、门禁系统、金融支付等，深受人们的接受和喜爱。

近年来，移动终端的普及程度呈爆发式增长，手机、平板电脑等移动设备已成为人们生活中不可或缺的工具。人们在移动终端上存储了大量的个人信息，如联系人、照片、文档、银行卡信息等，这些信息的安全至关重要。同时，移动支付等便捷功能的广泛应用，也对移动终端的身份验证安全性提出了极高的要求。指纹识别技术因其便捷性和高安全性，成为移动终端身份验证的首选方案。目前市场上的大多数智能手机都配备了指纹识别功能，用户只需轻轻触摸指纹传感器，即可快速解锁手机、进行支付等操作，大大提高了使用的便捷性和安全性。

在移动终端的实际使用场景中，部分指纹匹配的情况频繁出现。例如，当用户单手操作手机时，可能由于手指放置位置不准确、触摸面积较小等原因，只能采集到部分指纹信息；或者在一些特殊情况下，如手指受伤、出汗、沾有污渍等，也会导致采集到的指纹图像质量下降，只有部分指纹特征清晰可辨。在这些情况下，传统的基于完整指纹的匹配算法往往无法准确识别用户身份，导致识别失败或误识别，影响用户体验和信息安全。因此，研究面向移动终端的部分指纹匹配算法具有重要的现实意义和迫切的实际需求。它能够有效解决移动终端在复杂使用环境下的身份验证问题，提高指纹识别的成功率和准确性，进一步保障用户的信息安全，提升移动终端的使用体验，为移动互联网的发展提供更强大的安全支持。

1.2研究目的和意义

本研究旨在开发一种高效、准确的面向移动终端的部分指纹匹配算法，以满足移动终端在复杂使用环境下对指纹识别的高要求。具体而言，通过对指纹识别技术的深入研究，结合移动终端的特点和使用场景，优化指纹图像采集、预处理、特征提取以及匹配等关键环节，实现对部分指纹的有效识别，提高指纹识别系统在移动终端上的性能和稳定性。

随着移动互联网的迅速发展，移动终端在人们的生活和工作中扮演着越来越重要的角色。人们在移动终端上进行各种敏感操作，如移动支付、在线银行、机密信息访问等，这些操作对移动终端的安全性提出了极高的要求。指纹识别作为一种成熟且广泛应用的生物识别技术，为移动