專利名稱：一種基于模板的指紋圖像細(xì)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種指紋識別前的指紋圖像預(yù)處理方法，尤其涉及一種基于模板的指紋圖像細(xì)化方法。

背景技術(shù)：
指紋圖像的預(yù)處理是指紋自動識別系統(tǒng)中最重要的部分，預(yù)處理的結(jié)果將直接影響識別的可靠性和準(zhǔn)確性，因此，指紋圖像的預(yù)處理已經(jīng)成為指紋識別領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。指紋圖像的預(yù)處理包括圖像的二值化和二值化指紋圖像的細(xì)化二大處理步驟，通俗地講，指紋圖像的二值化是將指紋的谷線和圖象背景賦予白色灰度值，而將指紋的脊線賦予黑色灰度值，以強(qiáng)化指紋的脊線；二值化指紋圖像的細(xì)化是將指紋的脊線細(xì)化到一個像素的寬度。
國外期刊《計(jì)算機(jī)圖像處理》(Computer Image Processing)1987，40(1)30～40提供了一種指紋圖像的細(xì)化算法，簡稱為OPTA算法，它是一種典型的模板細(xì)化方法。對于一幅二值化的指紋圖像，我們設(shè)其背景點(diǎn)的像素值為0，前景點(diǎn)的像素值為1。OPTA算法是從圖像的左上角開始，對每一個前景像素點(diǎn)(模板中的P5)抽取出如下的模板鄰域 并將該前景像素點(diǎn)鄰域與如下給定的刪除模板相比較

如果該像素點(diǎn)的鄰域與八個刪除模板中的任一個相匹配，也就是模板中的*點(diǎn)與抽取鄰域中的P5點(diǎn)重疊時，模板與其所覆蓋區(qū)域的像素值一致，則刪除該P(yáng)5點(diǎn)，否則準(zhǔn)備保留該點(diǎn)。為了保持連通性，該像素點(diǎn)的鄰域再與如下兩個保留模板進(jìn)行比較
A b 如果該像素點(diǎn)的鄰域和上述保留模板a、b中的任意一個相匹配，則P5點(diǎn)才真正保留，否則P5刪去(即將該P(yáng)5點(diǎn)的像素值置為0)。
上述模板中的“1”代表該點(diǎn)的像素值為1，“0”代表該點(diǎn)的像素值為0，“×”代表該點(diǎn)的像素值既可以為1也可以為0。該算法是從圖像的左上角開始掃描推移到右下角結(jié)束作為一次循環(huán)，反復(fù)進(jìn)行迭代，直到比對時沒有像素值改變?yōu)橹埂?br> 雖然用OPTA算法對指紋圖像進(jìn)行細(xì)化可以達(dá)到較好的細(xì)化效果，但是它還是存在著細(xì)化后的圖像細(xì)化不完全(即部分指紋脊線超過一個像素的寬度)、指紋紋線不光滑、毛刺多和紋線扭曲等問題，如圖2所示。
鑒于OPTA方法存在的不足，中國圖象圖形學(xué)報(bào)1999，4(10)835～838頁提出了改進(jìn)的OPTA算法，該算法的具體步驟與OPTA方法是相同的，都是抽取前景像素點(diǎn)的鄰域與刪除模板和保留模板進(jìn)行比對，來決定像素點(diǎn)的刪除和保留與否。所不同的是所采用的鄰域模板、刪除模板和保留模板不同，其中鄰域模板如下 其刪除模板如下
A1 A2 A3A4
A5 A6 A7A8 其保留模板如下
從它處理的結(jié)果可以看出，圖3比圖2細(xì)化完全、脊線毛刺有所改善，但效果仍不理想。分析其原因，主要還是細(xì)化的模板不完善，例如它的刪除模板只考慮從東、南、西、北、東南、東北、西南、西北八個方向刪除像素點(diǎn)，而實(shí)際上用這樣的刪除模板是比較粗糙的，會使每次細(xì)化掃描都忽略好多應(yīng)該刪除的像素點(diǎn)，細(xì)化后的圖像出現(xiàn)毛刺，且細(xì)化迭代次數(shù)多，費(fèi)時。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了克服已有OPTA方法和改進(jìn)OPTA方法出現(xiàn)的紋線毛刺多、扭曲和吞噬等現(xiàn)象，提供一種改進(jìn)的基于模板的指紋圖像細(xì)化方法，從而取得比已有OPTA方法和改進(jìn)OPTA方法更好的細(xì)化效果。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案的步驟如下 一、設(shè)二值化指紋圖像中的背景像素點(diǎn)值為0，其前景像素點(diǎn)值為1，對前景像素點(diǎn)建立如下6×6的鄰域模板 其中P5點(diǎn)為抽取的前景像素點(diǎn)，其余點(diǎn)是圍繞P5點(diǎn)的鄰域點(diǎn)； 二、建立5×5的刪除模板a1～a24
a1 a2 a3
a4 a5 a6
a7 a8 a9
a10 a11 a12
a13 a14 a15
a16 a17 a18
a19 a20 a21
a22 a23 a24 其中“*”為模板的像素比對點(diǎn)，“1”代表該點(diǎn)的像素值為1，“0”代表該點(diǎn)的像素值為0，“×”代表該點(diǎn)的像素值可以為1、也可以為0； 三、建立5×5的保留模板b1～b8
b1 b2 b3
b4 b5 b6
b7 b8 其中“*”為模板的像素比對點(diǎn)，“1”代表該點(diǎn)的像素值為1，“0”代表該點(diǎn)的像素值為0，“×”代表該點(diǎn)的像素值可以為1、也可以為0； 四、用所述的鄰域模板對每一個前景像素點(diǎn)抽取其鄰域，并以該前景像素點(diǎn)P5為中心，用a1～a24刪除模板分別進(jìn)行比對，比對時，將刪除模板中的像素比對點(diǎn)*與P5點(diǎn)重疊，然后看刪除模板上的各像素值與其所覆蓋區(qū)域中各像素值是否一致，如果一致，則認(rèn)為刪除模板與所抽取的鄰域匹配，如果a1～a24刪除模板中任意一個模板與所抽取的鄰域匹配，則刪除該P(yáng)5點(diǎn)，否則，準(zhǔn)備保留該點(diǎn)；然后再用b1～b8保留模板重復(fù)上述的比對，只要有一個保留模板與所抽取元素的鄰域相匹配，則該像素點(diǎn)P5才真正保留，否則刪除P5點(diǎn)，此操作從二值化指紋圖像的左上角開始掃描推移到圖像右下角結(jié)束，反復(fù)進(jìn)行迭代，直到比對時沒有像素值改變?yōu)橹埂?br> 本發(fā)明的特點(diǎn)如下 一、本發(fā)明建立了16個方向的刪除模板和保留模板，即在已有的四正、四隅八個方向的每兩個相鄰方向的角分平線上又加了一個方向，如圖5所示，該增加的八個方向用1～8個數(shù)字表示，加上已有的四正、四隅八個方向，共16個方向。增加處理方向的目的是使刪除和保留前景像素點(diǎn)的操作更加精細(xì)和準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，從圖中看出，指紋脊線光滑，無毛刺，取得了理想的效果。
二、本發(fā)明就已有OPTA方法和改進(jìn)OPTA方法與本發(fā)明在處理時間和迭代次數(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如下表 從上表可以看出，本發(fā)明在取得上述好效果的情況下，并沒有以犧牲處理時間為代價(jià)，對于同一幅指紋圖像，本發(fā)明的處理時間介于OPTA方法和改進(jìn)的OPTA方法之間。OPTA方法因?yàn)槠淠０遢^小，細(xì)化僅從八個方向進(jìn)行，處理耗時最短，但是其細(xì)化結(jié)果不好，特別是脊線的扭曲和毛刺多會給下一步指紋識別中的特征提取點(diǎn)帶來了很大的麻煩。改進(jìn)的OPTA方法，在OPTA方法的基礎(chǔ)上，調(diào)整了刪除模板和保留模板，在一定程度上減少了脊線扭曲和毛刺，但是在迭代次數(shù)與OPTA方法相近的情況下，這一好的結(jié)果是以增加處理時間為代價(jià)而換取的。而本發(fā)明在取得理想效果的同時，其處理時間比改進(jìn)OPTA方法還低，其原因是本發(fā)明明顯減少了迭代次數(shù)，這表明本發(fā)明的模板設(shè)計(jì)比較合理，它可以通過較少的迭代就能比較準(zhǔn)確的到達(dá)指紋脊線中軸，這正是本發(fā)明取得較好細(xì)化效果的主要原因。



圖1、二值化指紋圖像。
圖2、OPTA方法對圖1的細(xì)化效果圖。
圖3、改進(jìn)OPTA方法對圖1的細(xì)化效果圖。
圖4、本發(fā)明對圖1的細(xì)化效果圖。
圖5、本發(fā)明16個處理方向的示意圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的操作步驟與已有OPTA方法和改進(jìn)的OPTA方法的相同，即用鄰域模板對每一個前景像素點(diǎn)抽取其鄰域，先用刪除模板與該抽取像素點(diǎn)P5的鄰域進(jìn)行比對，若其中任意一個模板與該鄰域相匹配，則刪除該像素點(diǎn)P5，否則，準(zhǔn)備保留該像素點(diǎn)P5；然后再用保留模板與該抽取像素點(diǎn)的鄰域進(jìn)行比對，只要有一個保留模板與該鄰域相匹配，則該像素點(diǎn)P5才真正保留，否則刪除P5點(diǎn)。此操作從二值化指紋圖像的左上角開始掃描推移到右下角結(jié)束，反復(fù)進(jìn)行迭代，直到比對時沒有像素值改變?yōu)橹埂?br> 本發(fā)明與已有OPTA方法和改進(jìn)OPTA方法不同的是所構(gòu)造的鄰域模板、刪除模板和保留模板不同。本發(fā)明建立了16個方向的刪除模板和保留模板，如圖5所示，即在原來四正(東、西、南、北)和四隅(東北、西南、西北、東南)方向的兩兩相鄰方向的角平均線上又增加一個方向，共加入八個方向，并用1～8的數(shù)字表示。
下面對鄰域模板、刪除模板和保留模板詳細(xì)說明。
一、設(shè)二值化指紋圖像中的背景像素點(diǎn)值為0，其前景像素點(diǎn)值為1，對前景像素點(diǎn)建立如下6×6的鄰域模板 其中P5點(diǎn)為抽取的前景像素點(diǎn)，其余點(diǎn)是圍繞P5點(diǎn)的鄰域點(diǎn)。
二、建立5×5的刪除模板a1～a24
a1 a2 a3
a4 a5 a6
a7 a8 a9
a10 a11 a12
a13 a14 a15
a16a17 a18
a19a20 a21
a22 a23a24 其中“*”為模板的比對點(diǎn)，“1”代表該點(diǎn)的像素值為1，“0”代表該點(diǎn)的像素值為0，“×”代表該點(diǎn)的像素值可以為1、也可以為0。
上述刪除模板中的a1依次逆時針旋轉(zhuǎn)90°得到了a5、a9、a13三個模板，a2依次逆時針旋轉(zhuǎn)得到了a6、a10、a14三個模板，a3依次逆時針旋轉(zhuǎn)90°旋轉(zhuǎn)得到了a7、a11、a15三個模板，a4依次逆時針旋轉(zhuǎn)得到了a8、a12、a16三個模板，以上這16個模板處理圖5對應(yīng)的1～8個方向；a17旋轉(zhuǎn)得到了a18、a19、a20三個模板，這四個模板處理圖5中對應(yīng)的北、西、南、東四個方向；a21旋轉(zhuǎn)得到了a22、a23、a24三個模板，它們處理圖5中的東北、西北、西南、東南四個方向。
三、建立5×5的保留模板b1～b8
b1 b2 b3
b4 b5 b6
b7 b8 其中“*”為模板的像素比對點(diǎn)，“1”代表該點(diǎn)的像素值為1，“0”代表該點(diǎn)的像素值為0，“×”代表該點(diǎn)的像素值可以為1、也可以為0。
上述保留模板中的b1、b2、b3、b4分別順時針旋轉(zhuǎn)90°得到b5、b6、b7、b8。
本發(fā)明的刪除模板和保留模板中一些模板是通過另一些模板旋轉(zhuǎn)得到的，這意味著把相同的模板應(yīng)用于不同的方向，這樣做的好處是一方面使細(xì)化更加準(zhǔn)確，另一方面減少了迭代次數(shù)。
權(quán)利要求
1、一種基于模板的指紋圖像細(xì)化方法，其步驟如下
1.1、設(shè)二值化指紋圖像中的背景像素點(diǎn)值為0，其前景像素點(diǎn)值為1，對前景像素點(diǎn)建立如下6×6的鄰域模板
其中P5點(diǎn)為抽取的前景像素點(diǎn)，其余點(diǎn)是圍繞P5點(diǎn)的鄰域點(diǎn)；
1.2、建立5×5的刪除模板a1～a24
a1 a2 a3
a4 a5 a6
a7 a8 a9
a10 a11 a12
a13 a14 a15
a16 a17 a18
a19 a20 a21
a22 a23 a24
其中*為模板的像素比對點(diǎn)，“1”代表該點(diǎn)的像素值為1，“0”代表該點(diǎn)的像素值為0，×代表該點(diǎn)的像素值可以為1、也可以為0；
1.3、建立5×5的保留模板b1～b8
b1 b2 b3
b4 b5b6
b7 b8
其中“*”為模板的像素比對點(diǎn)，“1”代表該點(diǎn)的像素值為1，“0”代表該點(diǎn)的像素值為0，×代表該點(diǎn)的像素值可以為1、也可以為0；
1.4、用所述的鄰域模板對每一個前景像素點(diǎn)抽取其鄰域，并以該前景像素點(diǎn)P5為中心，用a1～a24刪除模板分別進(jìn)行比對，比對時，將刪除模板中的像素比對點(diǎn)*與P5點(diǎn)重疊，然后看刪除模板上的各像素值與其所覆蓋區(qū)域中各像素值是否一致，如果一致，則認(rèn)為刪除模板與所抽取的鄰域匹配，如果a1～a24個刪除模板中任意一個模板與所抽取的鄰域匹配，則刪除該P(yáng)5點(diǎn)，否則，準(zhǔn)備保留該點(diǎn)；然后再用b1～b8保留模板重復(fù)上述的比對，只要有一個保留模板與所抽取元素的鄰域相匹配，則該像素點(diǎn)P5才真正保留，否則刪除該點(diǎn)，此操作從二值化指紋圖像的左上角開始掃描推移到圖像右下角結(jié)束為一次循環(huán)，反復(fù)進(jìn)行迭代，直到比對時沒有像素值改變?yōu)橹埂?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種指紋圖像預(yù)處理中的二值化指紋圖像的細(xì)化方法。它包括構(gòu)建鄰域模板、刪除模板和保留模板，并從圖像的左上角開始用鄰域模板抽取前景像素點(diǎn)的鄰域，然后分別與刪除模板和保留模板比對，從而確定刪除、還是保留該點(diǎn)，此操作掃描從左上角開始掃描推移到圖像的右下角結(jié)束為一次循環(huán)，反復(fù)迭代，直到比對時沒有像素值改變?yōu)橹?。本發(fā)明的特點(diǎn)是以16個處理方向建立了刪除模板和保留模板，使刪除和保留前景像素點(diǎn)的操作更加精細(xì)和準(zhǔn)確。它克服了已有OPTA方法和改進(jìn)OPTA方法細(xì)化不完全、紋線毛剌多、紋線扭曲等缺點(diǎn)，取得了理想的細(xì)化效果。同時，這一效果的取得并沒有以增加處理時間為代價(jià)，而是因模板設(shè)計(jì)合理、減少了迭代次數(shù)的原因。
文檔編號G06K9/00GK101266644SQ20081001787
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者范九倫, 晶 何, 利 李 申請人:范九倫