專利名稱：用于確定皮膚印跡圖像中的支承面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定皮膚印跡的圖像中的支承面的方法，所述皮膚具有脊和槽并且所述圖像以圖像數(shù)據(jù)的形式存在。
為了使皮膚印跡的圖像(特別是指紋)能被自動地獲取，由傳感器來掃描待成像的皮膚區(qū)域(特別是指尖)。將皮膚區(qū)域置于在光學(xué)掃描的情況下是透明的表面上。然而，傳感器的感應(yīng)區(qū)域通常是矩形的，并且支承面通常不占據(jù)由傳感器所感應(yīng)的整個區(qū)域。這產(chǎn)生可能會干擾后續(xù)分析的部分圖像。
從B.M.Mehtre等人所著的“Segmentation of FingerprintImages Using the Directional Image(利用方向性圖像進行的指紋圖像分割)”(Pattern Recognition，第20卷，第4期，第429-435頁，Pergamon Journal有限公司，1987年)中可知一種基于方向模式的方法。從N.K.Ratha、S.Chen和A.Jain所著的“Adaptive FlowOrientation-Based Feature Extraction in Fingerprint Images(指紋圖像中的自適應(yīng)的基于流動方向的特征提取)”(PatternRecognition，第28卷，第11期，第1657-1672頁，1995年11月)中可知一種方法，其中支承面是根據(jù)正交于槽的路徑而計算的方差的級別來確定的。
本發(fā)明的目標(biāo)是可靠地確定支承面，以便能夠?qū)⒑罄m(xù)的圖像處理步驟限制于支承面中所含的信息。這是利用最少可能的計算工作來完成的。
依照本發(fā)明，這個目標(biāo)是這樣實現(xiàn)的，即利用多個伽柏濾波器來對圖像進行濾波，所述伽柏濾波器在特定域中具有不同方向的余弦函數(shù)；根據(jù)濾波器響應(yīng)來確定區(qū)域，所述區(qū)域中的每一個都是通過脊/槽的由特定伽柏濾波器預(yù)設(shè)的近似方向加以區(qū)分的；以及將所述區(qū)域合并成表示支承面的整個區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的方法使支承面(也稱為前景或感興趣區(qū)域)可能得以確定，以便能夠?qū)⒂蓚鞲衅魉袘?yīng)的剩余的區(qū)域(背景)被排除在進一步的處理之外。根據(jù)本發(fā)明的方法具有這樣的優(yōu)點，也就是即使由于干燥的、非常潮濕的或非常油膩的手指或由于臟的東西而造成圖像質(zhì)量差、或當(dāng)在前景與背景之間的平均亮度上只存在小差別時、或當(dāng)在背景中有在某種程度上典型地具有指紋本身性質(zhì)的結(jié)構(gòu)(比如，由光學(xué)傳感器投射的陰影或由傳感器的電子設(shè)備(水平或垂直)生成的平行于軸的條紋)時，也能以高可靠性來識別支承面。
能以之識別支承面的高可靠性允許通過比較支承面的尺寸和傳感器區(qū)域的尺寸來以合理的方式確定總體上的圖像質(zhì)量(全局圖像質(zhì)量)。根據(jù)本發(fā)明的方法還使確定在傳感器上是否實際存在手指成為可能。
已經(jīng)證明將要使用的四個伽柏濾波器是有利的。優(yōu)選地，這樣來定向該濾波器，以致按與濾波器的邊緣呈22.5°、67.5°、112.5°和157.5°的角度來確定伽柏濾波器的方向。這些方向中的每一個都集中地位于主軸和對角線之間。這使得濾波器響應(yīng)的尺寸能夠保持得盡可能小，該濾波器響應(yīng)產(chǎn)生上面所提及的設(shè)備生成的平行于軸的條紋。
可以將伽柏濾波器的波長預(yù)設(shè)成固定值，并且應(yīng)該與指紋槽的波長的數(shù)量級相同。當(dāng)以像素為單位指定波長時，自然要取決于所使用的傳感器。已經(jīng)證明在500dpi的傳感器分辯率下波長的九個像素的圖是有利的。伽柏濾波器的高斯鐘形曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)該略微小于半個波長。濾波器掩膜(mask)應(yīng)該覆蓋至少兩個相鄰的槽。21×21個像素的尺寸已被認為是有利的。
伽柏濾波器尤其非常適合于指紋槽的識別，因為它們依賴于生成對所檢查圖像的兩個特征的大的濾波器響應(yīng)，這兩個特征一般說來實際上只是在指紋圖像的相關(guān)區(qū)域中被找到周期的槽狀結(jié)構(gòu)和典型的槽密度(density)。該圖像的元素在相當(dāng)大的程度上被伽柏濾波器“忽略”，也就是說相關(guān)濾波器響應(yīng)的尺寸小，在所述圖像中這兩個元素的其中一個顯示出偏離典型的指紋的值。
為了從濾波器響應(yīng)中獲得共同具有某一方向的指紋區(qū)域，在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個實施例中采取措施，以針對每次從圖像被分割成的平鋪顯示片(tile)的逐片給定的濾波器響應(yīng)中導(dǎo)出方差以及針對將要分配給指定區(qū)域的具有大于預(yù)設(shè)閾值的方差的平鋪顯示片允許根據(jù)濾波器響應(yīng)來確定所述區(qū)域。
在這另一個實施例的有利形式中，方差的導(dǎo)出是通過導(dǎo)出彼此重疊的平鋪顯示片的方差來執(zhí)行的。優(yōu)選地，在這種情況下優(yōu)選地采取措施，即在大約500dpi的分辯率下，將用來導(dǎo)出方差的平鋪顯示片的尺寸設(shè)為16×16個像素，所述平鋪顯示片的每一個都以8個像素來逐步處理。
以這種方式形成的含有不同脊方向的區(qū)域包含小的隔離區(qū)、小峰和小凹痕，而在另一個實施例中，通過借助于平滑濾波器來使所述像素適應(yīng)于指定像素的(當(dāng)時主要的)環(huán)境來平滑。
甚至略微較大的隔離區(qū)都可能會產(chǎn)生誤差，所以在另一個實施例中，通過確定直到那時確定的區(qū)域的表面積并且抑制其表面積小于預(yù)設(shè)尺寸的區(qū)域的進一步處理來消除這些誤差。為此，優(yōu)選地，為通過利用邊緣跟蹤算法跟蹤區(qū)域的輪廓來確定表面積采取措施。
如果將指尖壓向平面，則本身可以假定支承面的形狀將是無孔或無大凹痕的。這類形狀的特征在于每條水平直線和每條垂直直線都只橫穿一次支承面的事實。
為了獲得這樣的支承面，在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個實施例中提供了檢查直到那個點所確定的支承面以找到凹痕，并且把位于凹痕中的平鋪顯示片假定為屬于支承面。具體來講，這種方法可以有利地在直至那個點確定的支承面的兩側(cè)上通過下列操作來執(zhí)行的，即將從上述兩側(cè)的兩端開始的每一個指針設(shè)置到確定為屬于支承面的最外面的平鋪顯示片，所述指針接著朝彼此移動且逐行假定一個平鋪顯示片位于更外側(cè)的位置，或者如果存在凹痕的話則保持在相同的位置上，以及指針移動直到它們相遇形成確定的支承面的指定邊緣。
在這種各向異性的凸面應(yīng)用之前的中間結(jié)果精確地標(biāo)識出其中圖像局部質(zhì)量高的區(qū)域?？梢岳眠@一事實以將隨后在較低質(zhì)量區(qū)域中找到的特征聲明為“不確定”或拒絕。
參照下文所述的實施例，本發(fā)明的這些及其它方面將變得明顯并被闡明。
在附圖中

圖1示出指紋的圖像；圖2示出在借助伽柏濾波器進行濾波之后具有與槽大致相同方向的表面；圖3還示出在抑制最小的表面碎片以及尖的凹痕和凸起之后的四個表面；圖4示出在抑制相當(dāng)小的表面碎片之后的四個區(qū)域；和圖5示出在合并之后獲得的支承面。
圖1的目的僅僅是示出在支承面1和背景2中可能存在的各種結(jié)構(gòu)，并且它不同于直接記錄的指紋圖像，因為圖1中所示的內(nèi)容不是灰度陰影而僅僅是黑白的。在支承面1中清楚明顯的是本身已知的指紋的結(jié)構(gòu)，也就是脊和谷(槽)。在背景中存在因傳感器或電子電路中的缺陷而造成的平行于軸的結(jié)構(gòu)。
圖1中所示的指紋圖像是利用其余弦函數(shù)被定向在角度為22.5°、67.5°、112.5°和157.5°處的四個伽柏濾波器加以濾波的。圖2用圖解法示出在四個不同方向a-d上的伽柏濾波器。在每種情況下，余弦函數(shù)都是用代表最大值的線表示的，而線的長度表示高斯鐘形曲線。
在余弦函數(shù)與指定脊或槽結(jié)構(gòu)高度相關(guān)的地方，針對由平鋪顯示片定義的每個區(qū)域獲得濾波器響應(yīng)中的高方差，然而如果所述脊在極大地偏離于指定濾波器方向的方向上或在極大地變化的方向上擴展，則所述方差較小。為此，如下詳細地檢查四個濾波器響應(yīng)在下面，單獨地檢查四個單獨的圖像。首先在每個圖像中計算濾波器響應(yīng)的方差。這是在16×16的平鋪顯示片中執(zhí)行的，所述16×16的平鋪顯示片是以水平地和垂直地八個像素來逐步考慮的，這意味著兩個相鄰的平鋪顯示片彼此重疊一半。所獲得的就是在兩個方向上小八倍并且包含適當(dāng)?shù)姆讲钭鳛閿?shù)值的四個單獨的圖像。
將這樣確定的方差與閾值進行比較。這個閾值依賴于伽柏濾波器的參數(shù)以及傳感器的特性，因此必須通過實驗加以確定。同閾值的比較結(jié)果可以參見圖2a到2d。
在圖2中能夠看到各種非常小的隔離區(qū)和尖的凹痕及凸起，并且通過進一步濾波來抑制它們。在這種情況下則可以有利地采取措施，即如果在3×3的環(huán)境中存在至少六個白色像素而在5×5的環(huán)境中存在至少十四個白色像素，則每次認為一個象素是屬于一個表面(即，相對于所述圖，剩余的或?qū)⒁優(yōu)榘咨?。在圖3a到3d中示出這一濾波的結(jié)果。
現(xiàn)在，在單獨的圖像中通過利用邊緣跟蹤算法跟蹤單獨白色區(qū)域的輪廓來搜索大的環(huán)境分量。即使在按下列公式來描繪輪廓期間，也能夠確定所述區(qū)域的表面積F=12|∫x(t)y·(t)-x(t)x·(t)dt|.]]>在該公式中，(x(t)/y(t))是針對邊緣的參數(shù)設(shè)置。將其表面積超過預(yù)設(shè)值(推薦值＝36)的環(huán)境分量留在原地，并將其它的刪除。在執(zhí)行這一操作的過程中，利用指紋的另一個特性來獲得針對支承面的高可靠性。從根本上講，這個特性就是在指紋內(nèi)僅僅存在其中槽的方向突然變化的小區(qū)域。
在其他的各處，必須處理的區(qū)域都是在方向上緩慢、連續(xù)變化的大的區(qū)域。這給出了上面所提到的大的成像區(qū)域，其中在濾波器響應(yīng)中存在高方差。另一方面，方向相同或類似的小環(huán)境分量表示圖像內(nèi)可能與指紋完全無關(guān)的結(jié)構(gòu)、例如諸如是陰影或臟的東西。小環(huán)境分量的刪除得到圖4a到4d所示的結(jié)果。
合并圖4a到4d中所示的如此獲得的區(qū)域，于是產(chǎn)生圖5中所示的支承面。為了抑制可能仍然留在支承面中的任何單獨像素或峰值，繼之以進行多次(優(yōu)選為兩次)結(jié)合圖2和3所述的這類的濾波。
最后，在另一個實施例中，還可以確保每個水平邊緣和每個垂直邊緣都至多橫穿支承面一次，也就是所述支承面示出了各向異性的凸面。
權(quán)利要求
1.一種用于確定皮膚印跡的圖像中的支承面的方法，所述皮膚具有脊和槽并且所述圖像以圖像數(shù)據(jù)的形式存在，其特征在于利用多個伽柏濾波器來對圖像進行濾波，所述伽柏濾波器在空間域中具有不同方向的余弦函數(shù)；根據(jù)濾波器響應(yīng)來確定區(qū)域，所述區(qū)域中的每一個都是通過脊/槽的由特定伽柏濾波器預(yù)設(shè)的近似方向加以區(qū)分的；以及將所述區(qū)域合并成表示支承面的整個區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用四個伽柏濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述伽柏濾波器的方向是按到圖像邊緣的角度為22.5°、67.5°、112.5°和157.5°而確定的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其特征在于為了允許逐平鋪顯示片地根據(jù)濾波器響應(yīng)來確定表面，所述圖像被分割成所述平鋪顯示片，根據(jù)指定的濾波器響應(yīng)來導(dǎo)出相應(yīng)的方差，并且將具有大于預(yù)設(shè)閾值的方差的平鋪顯示片分配給所述相應(yīng)的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述方差的導(dǎo)出是通過導(dǎo)出彼此重疊的平鋪顯示片的方差來執(zhí)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于在大約500dpi的分辯率下，用于導(dǎo)出方差的平鋪顯示片的尺寸為16×16個像素，以8個像素來逐步處理所述平鋪顯示片的每一個。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其特征在于由平滑濾波器使像素適應(yīng)于相應(yīng)的像素的相應(yīng)的突出環(huán)境。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其特征在于確定直到那時確定的區(qū)域的表面積，并且抑制其表面積小于預(yù)設(shè)尺寸的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述表面積是通過借助邊緣跟蹤算法描繪支承面的輪廓來確定的。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其特征在于在直至那個點確定的感興趣區(qū)域的兩側(cè)上，將從上述兩側(cè)的任一端開始的指針的每一個設(shè)置到確定為屬于支承面的最外面的平鋪顯示片，所述指針接著朝彼此移動且逐行假定一個平鋪顯示片位于更外側(cè)的位置，或者如果存在凹痕的話則使之保持在相同的位置上，并且指針移動直到它們相遇為止形成確定的支承面的相應(yīng)的邊緣。
全文摘要
在用于確定皮膚印跡的圖像中的支承面的方法中，所述皮膚具有脊和槽并且所述圖像以圖像數(shù)據(jù)的形式存在，利用多個伽柏濾波器來對圖像進行濾波，所述伽柏濾波器的余弦函數(shù)是在空間域中的不同方向上定向的。根據(jù)濾波器響應(yīng)，確定每一個都通過脊/槽的近似方向區(qū)分的表面，所述方向是由各自的伽柏濾波器預(yù)設(shè)的。將這些表面合并成表示支承面的整個表面。
文檔編號G06K9/00GK1735894SQ200380108528
公開日2006年2月15日 申請日期2003年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月9日
發(fā)明者R·梅爾, S·肖澤 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司