一種基于結(jié)構(gòu)張量的指紋方向場獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于結(jié)構(gòu)張量的指紋方向場獲取方法。本發(fā)明首先對(duì)圖像進(jìn)行了直方圖均衡化，比起原有的一些平滑濾波過程，更能突出圖像的對(duì)比度。采用結(jié)構(gòu)張量能夠比較準(zhǔn)確地計(jì)算出指紋圖像的點(diǎn)方向場。在求結(jié)構(gòu)張量時(shí)，使用均值濾波取代了原有的高斯濾波，并使用串行化的計(jì)算方法來實(shí)現(xiàn)均值濾波操作，這在不影響效果的情況下大幅提高了運(yùn)算速度，使其能夠應(yīng)用與嵌入式等對(duì)準(zhǔn)確率和時(shí)間都要求嚴(yán)格的場合中。
【專利說明】一種基于結(jié)構(gòu)張量的指紋方向場獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及指紋識(shí)別技術(shù)中的指紋圖像處理技術(shù)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]生物特征識(shí)別技術(shù)是為了進(jìn)行身份驗(yàn)證而采用自動(dòng)技術(shù)測量其身體的特征或是個(gè)人的行為特點(diǎn)，并將這些特征或特點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫的模板數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，完成身份認(rèn)證的一種解決方案。作為生物識(shí)別技術(shù)中最為成熟和方便的成員，指紋識(shí)別技術(shù)已成功應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。如:門禁、考勤系統(tǒng)、電子商務(wù)、ATM自動(dòng)提款機(jī)以及罪犯身份鑒定系統(tǒng)等。依賴指紋識(shí)別技術(shù)建立的指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)作為一種安全可靠的身份識(shí)別方法，隨著光學(xué)掃描技術(shù)和RFID技術(shù)的發(fā)展，個(gè)人的指紋信息能夠潛入到IC中，使得指紋識(shí)別可以在更廣泛的領(lǐng)域中得以發(fā)展。
[0003]在指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中，指紋方向場的計(jì)算是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。所謂方向場是這樣一種圖像:在圖像上的每一點(diǎn)的數(shù)值都是原始指紋圖像在該對(duì)應(yīng)點(diǎn)的局部脊線方向，從視覺上看，它描述了指紋圖像中指紋的大致形狀，同時(shí)圖像方向場的好壞也是衡量一副指紋圖像好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。而指紋方向場的獲取通常是指紋識(shí)別算法的基礎(chǔ)。它能夠真實(shí)的反映指紋圖像的整體紋理走勢，再現(xiàn)指紋的中心花紋以及脊線和外圍包絡(luò)線的走勢與形狀，為后續(xù)的指紋圖像處理算法奠定基礎(chǔ)。例如不少后續(xù)的濾波增強(qiáng)算法需要用到方向信息才能對(duì)各個(gè)方向進(jìn)行濾波，二值化時(shí)比必須根據(jù)方向信息來決定該像素點(diǎn)為O還是1，提取到的細(xì)節(jié)點(diǎn)特征更是需要保存其方向信息，以便后續(xù)匹配算法使用。因此正確高效的計(jì)算指紋方向場對(duì)整個(gè)指紋識(shí)別算法十分重要。
[0004]目前常用的使用指紋方向場獲取方法有:
[0005](I)掩模法。參見文獻(xiàn)田捷，楊鑫.生物特征識(shí)別技術(shù)理論與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，2005:42-43
[0006](2)結(jié)構(gòu)張量法。參見文獻(xiàn)程建剛，田捷，何余良.基于非線性擴(kuò)散濾波的指紋增強(qiáng)算法.自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2004,30 (6):854-862
[0007](3)傅里葉變換法。參見文獻(xiàn)陳建新，田捷，何余良.基于頻域?yàn)V波的低質(zhì)量指紋增強(qiáng)算法.第4屆生物特征識(shí)別研討會(huì)論文集，北京，2003.12
[0008](4)傅里葉展開法。參見文獻(xiàn) Yi Wang, Jiankun Hu, and Damien Phillips.A Fingerprint Orientation Model Based on 2D Fourier Expansion (FOMFE) andIts Application to Singular—Point Detection and Fingerprint Indexing.1EEETransactions on PAMIj2007，29(4):573-585
[0009]總體來說，上述的一些常用的方向場的計(jì)算方法主要分為掩膜法和公式法兩大類。掩膜法的特點(diǎn)是計(jì)算速度較快，因?yàn)椴簧婕案↑c(diǎn)濾波等運(yùn)算，但精度較低，因?yàn)橥ǔＶ荒艿贸?個(gè)方向。相比之下公式法得到的方向場準(zhǔn)確率較高，不過缺點(diǎn)是計(jì)算量巨大，在很多具體應(yīng)用中的速度表現(xiàn)上不夠理想。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于改進(jìn)的結(jié)構(gòu)張量的，在較短的時(shí)間內(nèi)有效計(jì)算出指紋方向場的方法。
[0011]本發(fā)明所解決上述技術(shù)問題所采樣的技術(shù)方案是，一種基于結(jié)構(gòu)張量的指紋方向場獲取方法，包括以下步驟:
[0012]步驟1、對(duì)指紋圖像進(jìn)行直方圖均衡化；
[0013]步驟2、計(jì)算指紋圖像的結(jié)構(gòu)張量:
[0014]2-1利用索貝爾Sobel算子求得指紋圖像的一階橫向梯度圖像VjJP—階縱向梯度圖像vy，;
[0015]2-2計(jì)算橫向梯度平方圖像€、縱向梯度平方圖像以及橫向梯度與縱向梯度乘積圖像VxVy ;
[0016]2-3分別對(duì)圖像V= ? V；及VxVy進(jìn)行9X9均值濾波分別得到濾波后的橫向梯度平方
圖像F52、縱向梯度平方圖像》^以及橫向梯度與縱向梯度乘積圖像WxWy ;所述9X9均值濾波通過以下串行化方式實(shí)現(xiàn): [0017]2-3-1) 在待濾波圖像 G中依次取像素點(diǎn)的像素值G(i，j)，先計(jì)算其 濾波掩膜鄰域的縱向累加值《(./)=--;(/+?，Λ，再以此計(jì)算出整個(gè)濾波掩膜鄰域的累加值
【權(quán)利要求】
1.一種基于結(jié)構(gòu)張量的指紋方向場獲取方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、對(duì)指紋圖像進(jìn)行直方圖均衡化； 步驟2、計(jì)算指紋圖像的結(jié)構(gòu)張量: 2-1利用索貝爾Sobel算子求得指紋圖像的一階橫向梯度圖像Vx和一階縱向梯度圖?象V ; 2-2計(jì)算橫向梯度平方圖像<、縱向梯度平方圖像^以及橫向梯度與縱向梯度乘積圖像W ; 2-3分別對(duì)圖像V〗，4及VxVy進(jìn)行9X9均值濾波分別得到濾波后的橫向梯度平方圖像r/、縱向梯度平方圖像3以及橫向梯度與縱向梯度乘積圖像WxWy ;所述9X9均值濾波通過以下串行化方式實(shí)現(xiàn): 2-3-1)在待濾波圖像G中依次取像素點(diǎn)的像素值G(i，j)，先計(jì)算其濾波掩膜鄰域的縱向累加值萬?)=?(沖+?，Λ*再以此計(jì)算出整個(gè)濾波掩膜鄰域的累加值


u~ 4
2.如權(quán)利要求1所述一種基于結(jié)構(gòu)張量的指紋方向場獲取方法，其特征在于，步驟I中直方圖均衡化方法具體包括以下步驟:1-1通過求出指紋圖像中各個(gè)灰度值下的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，得到每一級(jí)灰度所占的比例p(k)，Pik) =、, k表示灰度值，nk為灰度值k下的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，N為指紋圖像中像素點(diǎn)總數(shù)；



r 1-2計(jì)算累計(jì)直方圖T, T(r) = YdPik), k=0, 1,...255, r表示新的灰度級(jí)；



k —O 1-3最后利用直方圖T計(jì)算出均衡化后的圖像V:v(i，j)=T(I(i，j))*255 ；v(i, j)為直方圖均衡化后的圖像像素值，I (i，j)為指紋圖像的像素值。
【文檔編號(hào)】G06K9/46GK103473546SQ201310409641
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】解梅, 陳功, 孫其建 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)