專利名稱：一種指紋圖像方向增強方法
技術領域：
本發(fā)明涉及指紋圖像處理領域；尤其涉及一種指紋圖像方向增強方法。
技術背景指紋由脊線和谷線交替構成。在理想指紋圖像中，脊線和谷線粗細均勻，除了細節(jié)點、奇異點等個 別區(qū)域外，大部分區(qū)域的脊、谷線之間互相平行、間隔勻稱，呈現(xiàn)連續(xù)、方向平緩變化的曲線形態(tài)。在 指紋圖像攝取時，由于各種原因使得指紋圖像達不到上述理想狀態(tài)，需要通過指紋圖像增強技術，消除 噪聲，對原始采集的指紋圖像中的有效信息進行增強，恢復出真實、清晰的指紋紋線結構，達到提高圖 像質(zhì)量的效果。數(shù)字圖像處理技術中，采用一些通用的圖像增強方法，如均值濾波、低通濾波、邊緣增強等，濾除 圖像中的隨機噪聲。對于結構性噪聲造成的指紋圖像模糊，則要根據(jù)其鄰域特征如紋線方向、連續(xù)性、 紋線走勢等進行分析，采用具有方向和頻率選擇特性的濾波器進行指紋增強處理，使指紋紋線接續(xù)流暢、 分離清晰、邊緣平滑；同時保留疤痕等自然面貌，復出清晰優(yōu)質(zhì)的指紋圖像，避免因出現(xiàn)虛假細節(jié)點而 導致的系統(tǒng)性能下降，其中最常用的是Gabor帶通濾波器。Gabor濾波器一般形式為/z(x, y, p, /) = exp(》)2+(^)2乂 》，，'cos(2硃)。其中，二、J^ Jcos psin pp為濾波器的二維旋轉角度，即指紋圖像的紋線梯度方向與水平方向sm p cos p人少y的夾角；(x,力為象素點的坐標；/為脊線頻率；^,&分別是沿著x和y軸高斯包絡的空間常量。 對指紋圖像進行濾波時，沿x和y軸高斯包絡空間常量&，《取值相等，即《=《=3，則有簡化的Gabor濾波公式/z(x,少,p， /) = expl,爐+厶、cos(2承》。該濾波器的方向通頻帶"1為+ ，頻率通頻帶^為+ ，由于《=《=5，則指紋濾波器的通頻帶《可表示為《="=《,—J但是，現(xiàn)有指紋采用Gabor濾波的方法在方向增強的技術效果方面還存在問題，主要表現(xiàn)在，現(xiàn)有 指紋圖像預處理僅采用一次性Gabor濾波，濾波效果過于粗糙；而且Gabor濾波器通頻帶參數(shù)《的設置(數(shù)量上等于濾波器高斯包絡空間常量^的倒數(shù))，是按照指紋圖像質(zhì)量處于理想狀態(tài)的假設所給5出一個固定的經(jīng)驗值。在現(xiàn)實應用中，如果遇到非理想狀態(tài)指紋圖像，譬如過干手指使指紋圖像紋路斷 裂、或者過濕手指使指紋圖像紋路粘連的情況，需要動態(tài)調(diào)整^的取值，改變?yōu)V波通頻帶《的寬窄，以便適應不同指紋圖像品質(zhì)特性的濾波要求時，現(xiàn)有指紋濾波增強技術在適應性、指紋增強效果方面存在 明顯的不足。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本發(fā)明的第一個目的是，增添Gabor預濾波步驟，對原始指紋圖像進行初步方 向性濾波增強后，重新調(diào)整濾波參數(shù)，進行第二次Gabor精確濾波；本發(fā)明的第二個目的是增添Gabor 濾波器通頻帶自適應能力，根據(jù)原始指紋圖像、預濾波指紋圖像各自的數(shù)據(jù)特征，動態(tài)調(diào)整濾波器的通 頻帶寬，使指紋紋線分離明顯，紋線邊緣平滑，紋線上噪聲點被濾除，同時保存疤痕等本來面貌。達到 指紋圖像在紋線的均勻性、清晰度和斷紋的修復能力方面，比現(xiàn)有一次Gabor濾波有顯著提高的效果。為了達到上述目的，本發(fā)明所采取的技術措施包括以下步驟1) 建立手指濕度i^與最適合Gabor濾波參數(shù)^p的映射關系，方法是—以尸 為橫軸、Gabor濾波參數(shù)5為縱軸，建立一個二維表；2— 取各類指紋圖像，計算該類指紋圖像的手指濕度i^，對丁'每一個值域為尸 (0, 1)的指紋圖像，以Gabor濾波效果最好為判據(jù)，在5e (0， 6)取值范圍內(nèi)，選出對于 該圖像最合適的Gabor濾波參數(shù)~ ;3— 以此建立數(shù)值為尸 的指紋圖像與其最合適Gabor濾波參數(shù)5p的映射表；2) 建立指紋紋線頻率/與最適合Gabor濾波參數(shù)^^的映射關系，方法是1以丄為橫軸、Gabor濾波參數(shù)5為縱軸，建立一個二維表； —/2取各類指紋圖像，用不同方法計算該類指紋圖像的紋線頻率/ ，對于每一個l值域- /為[3, 25]的指紋圖像，以Gabor濾波效果最好為判據(jù)，在5e (0, 6)取值范圍內(nèi)， 選出最合適的Gabor濾波參數(shù)~ ;3以此建立數(shù)值為1的指紋圖像與其最合適Gabor濾波參數(shù)^的映射表；— / 乂3) 根據(jù)不同資源配置情況下對運算精度和運算速度的要求，選擇恰當?shù)姆椒ㄓ嬎阒讣y紋線方向或、指紋紋線頻率/或/';4) 以原始圖像/為處理對象，計算手指濕度Pw 、紋線頻率/或/';5) 根據(jù)計算值i^、 /或/'，在步驟1)、步驟2)所確定的映射表中，檢索最合適Gabor 濾波參數(shù)&和^;6) 根據(jù)最合適Gabor濾波參數(shù)5p和3,，確定最佳濾波參數(shù)& ;7) 應用最佳濾波參數(shù)&設定Gabor濾波參數(shù)^，對原始圖像/進行預濾波，獲得預濾波圖 像/';8) 以預濾波圖像/'為處理對象，重復步驟3) 步驟6)，計算第二次最佳濾波參數(shù)《；9) 應用第二次最佳濾波參數(shù)《取代原先Gabor濾波器中的預濾波參數(shù)5。，對預濾波圖像/' 進行二次濾波，獲得二次濾波圖像/"。本發(fā)明在一個較佳實施例中，計算手指濕度i^的方法是1) 將指紋圖像劃分為多個不相重疊大小為iVxiV的區(qū)塊；2) 計算區(qū)塊灰度均值五jv;3) 累加計算灰度值大于C,五^的像素個數(shù)A^ ，其中C,為濕區(qū)域閾值調(diào)節(jié)系數(shù)；4) 累加計算灰度值小于(^五^的像素個數(shù)iV,，其中C2為干區(qū)域閾值調(diào)節(jié)系數(shù)；5) 計算手指濕度Pw = ^ x 100% 。本發(fā)明可以根據(jù)不同資源配置情況下對運算精度和運算速度的要求，選擇恰當?shù)姆椒ㄓ嬎阒讣y紋線 頻率/或/'。當運算資源充裕、運算精度要求較高情況下，可以采用以下計算步驟1) 將指紋圖像劃分為多個不相重疊大小為iVxiV的區(qū)塊；2) 用梯度算子計算各點的水平梯度和垂直梯度[G,，c^;r，其中(^表示水平梯度，Gy表示垂直梯度；3) 對梯度[g,，c^r作平滑運算[:《r=[ i; (g/—g/)， z 2《g/，其中(^潛s和《分別表示對和Gy作平滑計算后的水平梯度和垂直梯度；74) 計算區(qū)塊梯度，]7' = [ Z S， Z，其中Gfo表示塊水平梯度，表示塊垂直梯度；5) 計算區(qū)塊方向^二丄&"(^);7)8)9)2 G6)計算紋線方向一 =2P-2， 汐>0 2對紋線方向^采用中值濾波進行平滑處理后，得到平滑后紋線方向& ;對每個中心在(i， j)的塊，開一個『xZ的矩形窗口，將短邊W指向^^，以L上各點1 『-i為起始，計算該點沿W方向各像素的均值x(^^上XF(w,v), (k=0， 1， 2，……L-l;『臺d=0， 1， 2， W-l)，式中:『 i1— w = / + (d_y)cos+ (A_y)sinp,j;2— v = _/ + (d - 了) sin "J _ (" $ cos 計算紋線寬度"=^71^(1] + Z A自一))'其中:M + _/V=0 m=0L "p^O)為峰峰之間平均距離(以像素個數(shù)計算)；2一 "b一(附)為谷谷平均距離;10)計算紋線頻率/ =丄 萬在系統(tǒng)資源受到限制，又須有較快運算速度要求的應用環(huán)境，可以采用以下步驟計算紋線頻率/'1) 將指紋圖像劃分為多個數(shù)倍于iV的不相重疊大小為M X M的區(qū)塊；2) 逐 一 對M區(qū)塊內(nèi)的指紋圖像行離散傅立葉變換(DFT )獲得矩陣v) =-y y /Xx,y)xexp — /2;r(——+ 2)MM " ";c=0 "03) 將矩陣FO, v)的原點移到矩陣中心位置力(-l)"0 = — M/2, v-M /2);4) 在頻域中找出兩個頻譜峰，計算頻譜峰之間的距離d。、以及兩個頻譜峰連線與水平線的夾角; 5)計算紋線頻率/'=1。本發(fā)明在一個較佳實施例中，確定最佳濾波參數(shù)3。的方法，采用對濾波參數(shù)^p和^,進行加權計算獲 得，具體的計算公式是S。 ="^+(1 — )~，其中"取值范圍是[O， l]。有益效果1、 本發(fā)明增添了 Gabor預濾波步驟，對原始圖像進行初步方向性濾波增強后，重新調(diào)整濾波參數(shù)， 進行第二次Gabor精確濾波。改進了現(xiàn)有技術僅一次濾波，且濾波參數(shù)為經(jīng)驗固定值，濾波效 果過于粗糙的缺陷。2、 本發(fā)明還采取了 Gabor濾波器通頻帶自適應技術手段，計算原始指紋圖像、預濾波指紋圖像各 自的數(shù)字特征，動態(tài)調(diào)整濾波器的通頻帶寬，使指紋紋線分離明顯，紋線邊緣平滑，紋線上噪 聲點被濾除，同時保存疤痕等本來面貌。與現(xiàn)有一次Gabor濾波技術相比，在指紋紋線的均勻 性、清晰度和斷紋的修復能力等方面，有了顯著的提高。


附圖1是本發(fā)明所提供技術解決辦法的分步驟實施圖；附圖2是本發(fā)明在一個較佳實施例中所建立的手指濕度i^與最適合Gabor濾波參數(shù)5p映射關系 圖；附圖3是在系統(tǒng)資源受到限制，采用頻率計算方法時，圖像區(qū)塊的劃分示意圖； 附圖4是指紋片段與它的頻譜圖，以及cp/d取值示意圖。附圖5是本發(fā)明在另一個較佳實施例中所建立的紋線頻率/或/'與最適合Gabor濾波參數(shù)c^映射 關系圖；附圖6是本發(fā)明在一個較佳實施例中，對于干、濕手指產(chǎn)生的指紋原始圖像，分別使用傳統(tǒng)固定濾 波參數(shù)一次性Gabor濾波，與本發(fā)明所提供的預濾波技術方案處理效果對比圖；附圖7是本發(fā)明在同樣一個實施例中，對于同樣的干、濕手指產(chǎn)生的指紋原始圖像，傳統(tǒng)固定濾波 參數(shù)一次性Gabor濾波處理效果，與本發(fā)明預濾波、二次濾波的處理效果對比圖。
具體實施方式
9下面結合附圖對本發(fā)明所提出的技術方案作進一步的說明。附圖1是本發(fā)明所提供技術解決辦法的分步驟實施圖。共分為3個環(huán)節(jié)10個步驟。其中1) 環(huán)節(jié)A包括1 4步驟，其作用是確立各類指紋圖像與最合適Gabor濾波參數(shù)(^和^的對應關系、以及針對系統(tǒng)資源配置情況選擇合適的參數(shù)計算方法；2) 環(huán)節(jié)B包括5 8步驟，其作用是首先對被處理的圖像數(shù)字特征進行分析，然后根據(jù)這些數(shù)字特征在環(huán)節(jié)A所建立的對應(映射)關系中，檢索出最合適濾波參數(shù)，并計算出最 佳濾波參數(shù)^。，以此調(diào)整Gabor濾波參數(shù)5對指紋圖像/實施預濾波；3) 環(huán)節(jié)C包括9 10步驟，其作用是應用環(huán)節(jié)A、 B建立的規(guī)則和方法，對預濾波圖像/' 再次分析計算，二次優(yōu)化濾波參數(shù)后，實行二次濾波。以下按實施步驟對本發(fā)明的技術方案逐步加以說明本發(fā)明所采取的第一步技術措施是，根據(jù)指紋原始圖像，計算手指濕度i^，以便對不同干濕 程度手指所產(chǎn)生的指紋圖像進行量化，作為與最適合的Gabor濾波參數(shù)3建立對應關系的依據(jù)之1) 釆用的方法是1— 將指紋圖像劃分為多個不相重疊大小為Wx7V的區(qū)塊；2— 計算區(qū)塊灰度均值五^;3— 累加計算灰度值大于C,五^的像素個數(shù)A^，其中q為濕區(qū)域閾值調(diào)節(jié)系數(shù)；4— 累加計算灰度值小于C2^的像素個數(shù)A^，其中q為干區(qū)域閾值調(diào)節(jié)系數(shù)；5— 計算手指濕度Pw = ^ x 100% 。 — M2) 在本發(fā)明一個較佳實施例中，具體參數(shù)設置如下1_ N—般取8 16個像素；2_基于增強臨界區(qū)域數(shù)據(jù)魯棒性的考慮，q取0.9、 (^2取1.1，分別計算出A^和A^:3_按照下列計算公式計算手指濕度i^ =&xl00% 。 一 M計算出手指濕度Pw以后，為了改進指紋圖像方向增強的效果，對于不同干濕程度手指形成的指紋圖像的處理原則是；比較濕或者粘連模糊程度比較高的圖像，應該保留更多的細節(jié)以防止更嚴重的粘連 出現(xiàn)；對于比較干的，則應模糊細節(jié)，使之具有更好的斷裂脊線接續(xù)效果。從頻率響應上來看比較濕或 者粘連模糊程度比較高的圖像應當適當選擇通頻帶較寬的濾波器，從而讓高頻細節(jié)信息能落在通頻帶 中；而對于干手指則應選擇通頻帶較窄的濾波器(具有更好的平滑效果)，濾去高頻成分達到接續(xù)斷裂 的目的。由于Gabor濾波參數(shù)S直接決定了 Gabor方向濾波函數(shù)的通頻帶寬，即S越小通頻帶越寬，S越大 通頻帶越窄。 一般情況下，對f紋線較窄的圖像應當選取通頻帶較寬也就是S比較小的Gabor濾波器進 行濾波，以保證其紋線信息特征。對于粘連模糊比較嚴重的圖像，同樣也需要選擇選S比較小的Gabor 濾波器，否則有可能在Gabor濾波之后帶來更大的粘連或模糊；對于紋線比較寬、比較干的圖像，應當 選取通頻帶較窄也就是S比較大的Gabor濾波器進行濾波。為此，本發(fā)明所采取的第二步技術措施是，利用手指濕潤或指紋圖像粘連模糊程度，也就是第一步 技術措施所量化的手指濕度尸w作為選擇最合適Gabor濾波通頻帶帶寬的判據(jù)，同樣的也可以選擇紋線寬度作為濾波通頻帶帶寬的判據(jù)。具體的實現(xiàn)方式是1) 建立手指濕度P 與最適合Gabor濾波參數(shù)映射關系。具體實現(xiàn)方式如下1— 以尸 為橫軸、Gabor濾波參數(shù)5為縱軸，建立一個二維表；2— 取各類指紋圖像，計算該類指紋圖像的手指濕度i^，對下每一個值域為尸 (0， 1)的指紋圖像，以Gabor濾波效果最好為判據(jù)，在5e (0， 6)取值范圍內(nèi)，選出對丁-該圖像最合適的Gabor濾波參數(shù)^ ;3— 以此建立數(shù)值為的指紋圖像與其最合適Gabor濾波參數(shù)5p的映射表。2) 附圖2是本發(fā)明在一個較佳實施例中所建立的手指濕度/^與最適合Gabor濾波參數(shù)(^ 映射關系圖。根據(jù)&可以調(diào)整濾波參數(shù)S，基本原則是濕度越大3p越小，5p的取值一般可以在1.5 5之間。根據(jù)這個原則，可以在實際應用中可以建立一個索引表,通過查表 來索引^。本發(fā)明所采取的第三步技術措施是，根據(jù)實際應用中，指紋識別系統(tǒng)附著在不同的系統(tǒng)環(huán)境，針對各種資源約束條件，而采用的變通措施。應用Gabor濾波器對指紋圖像進行方向增強時，不論濾波參數(shù)計算、還是圖像濾波自身，都需要消耗大量運算資源。對此根據(jù)不同資源配置情況下對運算精度和運算 速度的要求，選擇恰當?shù)姆椒ㄓ嬎鉍abor濾波器的相關參數(shù)，指紋紋線方向(^或(^,、指紋紋線頻率/或/'。下面分別說明兩種資源配置T的運算方案:第一種資源配置是，算資源充裕、且運算精度要求較高。此時，可以采用以下計算步驟:1— 將指紋圖像劃分為多個不相重疊大小為7VxiV的區(qū)塊(W—般取8 16個像素)；2— 用梯度算子計算各點的水平梯度和垂直梯度將計算得到的梯度記為[c^,c^:f，其中G,表示水平梯度，(^表示垂直梯度，并將所有象素點的水平梯度分量調(diào)整為正值[《,G/ = w'g"(Gx)[《,G/ ，其中sign為取符號，即Wg"(Gx)=_1 Gx<0、1Gx2 0計算加窗平滑角度放大一倍后的點梯度，窗大小取『x『對梯度[G,，(^:f作平滑運算[G ,G,/=[ Z (G/—G/)， Z 2G,G/,其中G 和G砂分別表示對G,和K潛s K潛s G 作平滑計算后的水平梯度和垂直梯度；4_將圖像分成NxN ( N —般取8或16 )大小的塊，計算區(qū)塊梯度C^表示塊乖直梯度；[Gte,(^:r=[z《，s《]f'其中c^表示塊水平梯度,根據(jù)塊梯度計算區(qū)塊方向0 = 1《—、i);2 G,to6—紋線方向p'和e成垂直關系，計算紋線方向^'=2 5"0對紋線方向一采用中值濾波，窗大小取P^gX環(huán)；，進行平滑處理后，得到平滑后紋線對每個中心在(i， j)的塊，開一個『xZ的矩形窗口， 一般取16x32個像素，將短 邊W指向^，以L上各點為起始，計算該點沿W方向各像素的均值1『-1x(A) = —^]FO,v) ， (k=0， 1， 2， ......L-l; d=0，，2，……W-l)，式中『 丄 1/ w = z' + (d-y)cos^^)sin^乂 ；『 丄 2/ v = _/ + (" - y) sin w y - (卜7) cos ^,,9—如果在方向窗口中無奇異點，則x(k)形成一個離散正弦波，紋線頻率相同，因此從 x(k)中可得到局部指紋紋線頻率。設D^。"w)為峰峰之間的平均象素個數(shù)稱為距離，同理可計算得到谷谷的距離"b加^(w)，計算所有的峰和谷的平均距離，即為該塊的1 W-l M-l紋線中心距離即紋線寬度計算紋線寬度D ^^^(ZD，, + 。由此，紋線中心頻率可以求得/ =|。如果窗口中存在奇異點，則紋線頻率無法得到，可以設置為無效或默認值。根據(jù)經(jīng)驗，500dpi的指紋紋線寬度一般在3 25像素，因 此需要篩掉無效的指紋頻率，對于無效的指紋頻率可以設置為無效或默認值/2 。第二種資源配置是，在系統(tǒng)資源受到限制，又須有較快運算速度要求的應用環(huán)境。此時，可以采用 頻率計算方法，用以下步驟計算紋線頻率/'和方向^,:1—附圖3是在系統(tǒng)資源受到限制，采用頻率計算方法時，圖像區(qū)塊的劃分示意圖。圖中 表示將指紋圖像劃分為多個數(shù)倍于W的不相重疊大小為M x M的區(qū)塊。對于頻率方 法，選擇合適的窗大小M非常重耍，如果窗口選擇過小，則紋線的中心距離可能超過 窗大小，無法估算出參數(shù)；相反的，如果窗口選擇過大，則可能出現(xiàn)窗口內(nèi)的脊線方 向不一致，從而無法準確的找到兩個能量峰； 一般情況下，要求窗口內(nèi)包含至少l條 脊線和1條谷線。由于500dpi指紋紋線寬度在3-25之間，根據(jù)式6可以估算到M的 最小取值為12.5，此外要求M取N的倍數(shù)，考慮到FFT的運算便利要求M為2的次 冪， 一般取32像素比較合適。2一逐 一 對M區(qū)塊內(nèi)的指紋圖像行離散傅立葉變換(DFT )獲得矩陣' "'""'。由丁-二維DFT是一種行列1 1f(w,v)=—y y /"(x，力x exp_/2;r(——+ 2)可分離的變換，因此為了提高運算速度，可以由在兩個方向上先后做一維DFT得到二 維DFT結果。具體做法是1/對圖像每一行(即某個x值)，做一維DFT，得到的結果保存為矩陣F'(x，v)的一行，即F'(x,v)-丄，V(x,v)xexp(-^^) iV臺 iV2/對矩陣P(jc，v)的每一歹i」(即某個v值)，做一維DFT,得到結果保存為矩陣F(w,v) 的一列，即力=丄^ F' (x,v) x exp(-3/在實際應用中，由于DFT速度較慢，而采用DFT的快速實現(xiàn)快速傅立葉變換 (FFT)來實現(xiàn)空頻變換。3_將矩陣 的原點移到矩陣中心位置13<formula>formula see original document page 14</formula>4—附圖4是指紋片段與它的頻譜圖，以及cp/d取值示意圖。其中4-A表示一個指紋區(qū)塊的指紋片段圖像F (u,v)，經(jīng)過上述快速傅立葉變換FFT，并將它的原點移到矩陣中心位置后形成的頻譜圖4-B。圖4-B表示在頻域中找出兩個頻譜峰，計算頻譜峰之間 的距離t/p (參見圖4-B中的斜線)、以及兩個頻譜峰連線與水平線的夾角A,。由于兩個頻譜峰為對稱峰，因此在尋找時候可以采取以中心點為原點，以 "r = l，2,......,、/^.M)為半徑，以角度分辨率/ ，進行搜素，其中能量最大的區(qū)域即為頻譜峰。5計算紋線頻率/'-i。 — 2似本發(fā)明所釆取的第四步技術措施是，建立紋線頻率/與最適合Gabor濾波參數(shù)^.的映射關系。1) 具體方法如下1以丄為橫軸、Gabor濾波參數(shù)3為縱軸，建立一個二維表； 一 /2_取各類指紋圖像，用不同方法計算該類指紋圖像的紋線頻率/ ，對于每一個+值域為[3, 25]的指紋圖像，以Gabor濾波效果最好為判據(jù)，在5e (0， 6)取值范圍內(nèi)， 選出最合適的Gabor濾波參數(shù)^.;3以此建立數(shù)值為丄指紋圖像與其最合適Gabor濾波參數(shù)S,的映射表。 一 / '2) 附圖5是本發(fā)明在另一個較佳實施例中所建立的紋線頻率/或/'與最適合Gabor濾波參 數(shù)5,映射關系圖。對于紋線較窄(/較大)的圖像，應當選取通頻帶較寬也就是^或^,比較小的Gabor濾波器進行濾波，以保證其紋線信息特征；對于紋線比較寬(/較小)， 可以選取通頻帶較窄也就是~或萬f比較大的Gabor濾波器進行濾波。 一般或,的取值，可以在1.5 5之間。根據(jù)這個原則，建立如附圖5的映射關系曲線。在實際應用 中可以建立一個索引表,通過査表來索引~或~,的值。至此，本發(fā)明所提供技術解決辦法中環(huán)節(jié)A的作W (建立一套改善指紋圖像方向增強的規(guī)則和計 算方法)和具體實施辦法敘述完畢。從以下第五步技術措施開始，則要進入環(huán)節(jié)B。其作用是對一幅 具體指紋圖像進行旨在方向增強的預濾波處理。1)、第五步技術措施的具體方法是1— 以原始圖像/為處理對象，計算手指濕度i^、紋線頻率/或/';2— 根據(jù)計算值&、 /或/'，在步驟2、步驟4所確定的映射表中，檢索最合適Gabor 濾波參數(shù)~或5/;3— 采用加權方法確定最佳濾波參數(shù)5。 =Cl^p+(1 —a>^，"取值范圍
;4— 應用最佳濾波參數(shù)&設定Gabor濾波參數(shù)5，對原始圖像/進行預濾波，獲得預濾波 圖像/'。2)、附圖6是在一個較佳實施例中，采用第五步技術措施分別對干、濕手指產(chǎn)生的指紋圖像進行預濾波處理所產(chǎn)生的效果。并將這些效果與傳統(tǒng)固定濾波參數(shù)作一次性Gabor濾波所產(chǎn)生的效果進行對比的展示圖。附圖6中6-A是干手指原始指紋圖像，6-B是濕手指原始指紋圖像；6-A1是傳統(tǒng)固定參數(shù)、一次性Gabor濾波技術對于干手指原始指紋圖像進行方向增強的處理效果，6-B1是上述傳統(tǒng)技術對于濕手指原始指紋圖像產(chǎn)生的處理效果；6-A2、 6B-2是采用本發(fā)明提供的預濾波技術方案(即量化原始 圖像中表征的手指干濕程度，檢索此類指紋圖像最適合的濾波參數(shù)3p或^ ，對Gabor濾波器的通頻帶加以調(diào)整后，進行預濾波處理產(chǎn)生預濾波圖像/')的處理效果。以下進入本發(fā)明的最后環(huán)節(jié)C。其作用機制是，以圖像質(zhì)量已有明顯提高的預濾波圖像/'為對象， 再作一次分析計算，選擇最佳濾波參數(shù)，再次調(diào)整Gabor濾波的通頻帶，作第二次濾波。1) 具體做法是l一以預濾波圖像/'為處理對象，重復前面預濾波處理中的必要處理步驟，具體包括以卜 步驟計算/'的i^、紋線頻率/或/';檢索最合適Gabor濾波參數(shù)^或^;計算第二次最佳濾波參數(shù)&);2—應用第二次最佳濾波參數(shù)《取代原先Gabor濾波器中的預濾波參數(shù)《，對預濾波圖像/'進行二次濾波，獲得二次濾波圖像/"。2) 附圖7是本發(fā)明在同樣一個實施例中，對于同樣的干、濕手指產(chǎn)生的指紋原始圖像(參 見7-A和7-B)，傳統(tǒng)固定濾波參數(shù)一次性Gabor濾波處理效果(參見7-A1和7-B1 )，與 本發(fā)明預濾波(參見7-A2和7-B2)、 二次濾波(參見7-A3和7-B3)的處理效果對比圖。 通過圖中的對比可以看出，二次濾波的效果，相對于預濾波來說，又有了顯著的提高； 與傳統(tǒng)技術相對比，本發(fā)明處理效果所體現(xiàn)的優(yōu)勢是顯而易見的。1權利要求
1、一種指紋圖像方向增強方法，其特征是包括以下步驟1)建立手指濕度Pw與最合適Gabor濾波參數(shù)δp的映射關系，方法是1_以Pw為橫軸、Gabor濾波參數(shù)δ為縱軸，建立一個二維表；2_取各類指紋圖像，計算該類指紋圖像的手指濕度Pw，對于每一個值域為Pw(0，1)的指紋圖像，以Gabor濾波效果最好為判據(jù)，在δ∈(0，6)取值范圍內(nèi)，選出對于該類指紋圖像最合適的Gabor濾波參數(shù)δp；3_以此建立數(shù)值為Pw的指紋圖像與其最合適Gabor濾波參數(shù)δp的映射表；2)建立指紋紋線頻率f與最適合Gabor濾波參數(shù)δf的映射關系，方法是1_以 id="icf0001" file="A2009100991770002C1.tif" wi="3" he="9" top= "117" left = "49" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>為橫軸、Gabor濾波參數(shù)δ為縱軸，建立一個二維表；2_取各類指紋圖像，用不同方法計算該類指紋圖像的紋線頻率f，對于每一個 id="icf0002" file="A2009100991770002C2.tif" wi="3" he="9" top= "133" left = "172" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>值域為[3，25]的指紋圖像，以Gabor濾波效果最好為判據(jù)，在δ∈(0，6)取值范圍內(nèi)，選出最合適的Gabor濾波參數(shù)δf；3_以此建立數(shù)值為 id="icf0003" file="A2009100991770002C3.tif" wi="3" he="9" top= "164" left = "72" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的指紋圖像與其最合適Gabor濾波參數(shù)δf的映射表；3)根據(jù)不同資源配置情況下對運算精度和運算速度的要求，選擇恰當?shù)姆椒ㄓ嬎阒讣y紋線方向 id="icf0004" file="A2009100991770002C4.tif" wi="4" he="3" top= "188" left = "48" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>或 id="icf0005" file="A2009100991770002C5.tif" wi="6" he="3" top= "188" left = "57" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>指紋紋線頻率f或f′4)以原始圖像I為處理對象，計算手指濕度Pw、紋線頻率f或f′；5)根據(jù)計算值Pw、f或f′，在步驟1)、步驟2)所確定的映射表中，檢索最合適Gabor濾波參數(shù)δp和δf；6)根據(jù)最合適Gabor濾波參數(shù)δp和δf，確定最佳濾波參數(shù)δo；7)應用最佳濾波參數(shù)δo設定Gabor濾波參數(shù)δ，對原始圖像I進行預濾波，獲得預濾波圖像I′；8)以預濾波圖像I′為處理對象，重復步驟3)～步驟6)，計算第二次最佳濾波參數(shù)δs；9)應用第二次最佳濾波參數(shù)δs取代原先Gabor濾波器中的預濾波參數(shù)δo，對預濾波圖像I′進行二次濾波，獲得二次濾波圖像I′‘。
2、 根據(jù)權利要求1所述的指紋圖像方向增強方法，其特征是所述計算手指濕度i^具有下列步 驟1) 將指紋圖像劃分為多個不相重疊大小為7VxiV的區(qū)塊；2) 計算區(qū)塊灰度均值五jv;3) 累加計算灰度值大于C^五^的像素個數(shù)為，其中q為濕區(qū)域閾值調(diào)節(jié)系數(shù)；4) 累加計算灰度值小于C2￡w的像素個數(shù)為，式中C2為干區(qū)域閾值調(diào)節(jié)系數(shù)；5) 計算手指濕度Pw = ^ x 100% 。
3、 .根據(jù)權利要求1所述的指紋圖像方向增強方法，其特征是步驟3)所述選擇恰當?shù)姆椒ㄓ嬎阒讣y紋線頻率/或/'，指的是當運算資源充裕、且要求運算精度較高時，采用以下步驟計算指紋紋線頻率/:1)2)3)4)5)將指紋圖像劃分為多個不相重疊大小為WxiV的區(qū)塊；用梯度算子計算各點的水平梯度和垂直梯度[(^,Gy;T，其中(^表示水平梯度，Gj,表示 垂直梯度；對梯度[G,，G/作平滑運算Z (G/—G/), Z 2G/ /，其中G、.^《 『,s和^分別表示對(J,和G,,作平滑計算后的水平梯度和垂直梯度；計算區(qū)塊梯度[Gfa,G r=[Z(^，ZGiyf ，其中G^表示塊水平梯度'G^表示塊 垂直梯度； 計算區(qū)塊方向^ = +^—乂J) 6) 計算紋線方向一 ="工， "0 2 7) 對紋線方向^采用中值濾波進行平滑處理后，得到平滑后紋線方向& ;8) 對每個中心在(i, j)的塊，開一個『x丄的矩形窗口，將短邊W指向^，以L上各點1『-i為起始，計算該點沿W方向各像素的均值x(A:)二一yF(w,v)， (k=0， 1， 2，……L-l;『臺<formula>formula see original document page 4</formula>9)計算紋線寬度"=^^(1;"^( )+2;凡。麵(》))'其中:1— ￡^。4(>2)為峰峰之間平均距離(以像素個數(shù)計算)；2— "b一(附)為谷谷平均距離；10)計算紋線頻率/
4、 根據(jù)權利要求1所述的指紋圖像方向增強方法，其特征是步驟3)中所述選擇恰當?shù)姆椒ㄓ?算指紋紋線頻率/'，指的是當資源配置有限，且對運算速度有一定要求時，采用以下步驟計算紋線頻率/'和方向^,:將指紋圖像劃分為多個數(shù)倍于W的不相重疊大小為M x M的區(qū)塊；1)2)逐 一 對M區(qū)塊內(nèi)的指紋圖像行離散傅立葉變換(DFT )獲得矩陣MM.j2;r(——+丄)3)4)將矩陣FO,v)的原點移到矩陣中心位置3(/(x, _y)(-l)"y) = F(w — M / 2, v - M / 2);在頻域中找出兩個頻譜峰，計算頻譜峰之間的距離t^ 、以及兩個頻譜峰連線與水平線的 夾角;5)計算紋線頻率/'=2M
5.根據(jù)權利要求l所述的指紋圖像方向增強方法，其特征是步驟6)中所述確定最佳濾波參數(shù) 5。，可對濾波參數(shù)&和~.進行加權計算獲得，即5。 = + (1 - ,其中ct取值范 圍是
。
全文摘要
本發(fā)明涉及指紋圖像處理領域；尤其涉及一種指紋圖像方向增強方法。本發(fā)明所采取的技術手段是1)增添了Gabor預濾波步驟，對原始圖像進行初步方向性濾波增強后，重新調(diào)整濾波參數(shù)，進行第二次Gabor精確濾波；2)采取Gabor濾波器通頻帶自適應措施，計算原始指紋圖像、預濾波指紋圖像各自的數(shù)字特征，動態(tài)調(diào)整濾波器的通頻帶寬。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是1)改進了現(xiàn)有技術僅一次濾波，且濾波參數(shù)為經(jīng)驗固定值，濾波效果過于粗糙的缺陷；2)指紋紋線分離明顯，紋線邊緣平滑，紋線上噪聲點被濾除，同時保存疤痕等本來面貌；3)在指紋紋線的均勻性、清晰度和斷紋的修復能力等方面，與現(xiàn)有技術相比，有了顯著的提高。
文檔編號G06K9/52GK101576999SQ20091009917
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月1日 優(yōu)先權日2009年6月1日
發(fā)明者屹 劉, 滌 汪 申請人:杭州晟元芯片技術有限公司