基于PM方程的指纹扫描仪图像增强算法研究.pdfVIP

第32卷第1期 华 东 交 通 大 学 学 报 Vol.32 No.1 2015年2月 Journal of East China Jiaotong University Feb.，2015 文章编号：1005-0523 （2015 ）01 -0110-05 基于PM方程的指纹扫描仪图像增强算法研究 刘晓薇 （江西科技师范大学数计学院，江西 南昌 330013） 摘要：为降低产品成本，在采用低端CMOS图像传感器的指纹扫描仪中，采集的图像易出现通道不均衡、清晰度不高、噪声大 等缺点，为了提高图像质量，提出了基于PM偏微分方程的增强指纹图像的综合算法，通过USM锐化算法和偏微分方程噪声 滤波算法的有效结合，同时对USM算法和偏微分噪声滤波算法进行了优化，能显著改善图像质量，通过标准测试程序检测达 到国际通用的认证标准。 关键词：USM；PM方程；图像去噪；图像增强 中图分类号：TP751 文献标志码：A 目前的指纹扫描设备采用的都是基于光学结构和CMOS（complementarymetaloxidesemilonductor）图像 传感器的采集原理。在高质量指纹采集扫描仪中CMOS图像传感器约占整机总成本的30%~50%，为了减 少成本，缩小体积，大多数指纹扫描仪都会选用CFA模式的CMOS图像传感器，现在应用最多的是采用 GRBG排列布局的Bayer格式阵列，因为绿色光谱对应人眼对可见光光谱敏感度的峰值，采用双倍的绿色 ［1］ 像素数可以加强感光效果 。 即使在CFA（cdorfilterarray）模式传感器中，因为感光元的大小差异，分辨率不同，价格也有10～20倍的 差异，一些CMOS传感器在一些特殊指纹的采集上因清晰度及噪声等达不到要求而造成采集困难，加上图像 光路采集传输系统本身的噪声干扰和非线性失真，对于指纹图像，容易引起许多伪特征和丢失很多真实特 征，严重影响后续的指纹比对和验证，因此图像去噪和指纹细节增强是指纹图像处理中非常重要的环节。 怎样用低端CMOS传感器得到符合FBI（FederalBureauofInvestigation），GA（公安）等标准的图像，是目前指 纹扫描仪中图像处理算法要着重解决的问题。 1 基于PM 方程的图像增强算法研究 ［2］ 在传统的指纹图像噪声滤波算法，如中值滤波，高斯滤波等 ，主要将图像的高频成分滤除，由于指纹 纹理的图像信号相对背景来说，也分布在高频区域，因此在对噪声进行滤波的同时必定损害到指纹的特征 信息。 为了既保留指纹的特征细节信息，又能够提高图像的对比度及分辨率，这里提出了一种改进的基于 PM方程和USM的去噪增强算法，比较好的解决了提高图像分辨率（或者MTF（modulationtransferfunation）） 和去除噪声的矛盾，整个算法流程主要包括3个部分，首先采用自适应算法消除图像的马赛克效应，然后采 用优化的USM（unsharpmask）锐化算法，同提高图像边缘的清晰度，结合改进的PM噪声滤波算法，几乎在 不损害图像指纹细节的前提下，有效地去除了指纹图像存在的高斯噪声和随机噪声。 _________________________________ 收稿日期：2014-08-15 基金项目：江西省教育厅2011年度科技项目（GJJ11592） 作者简介：刘晓薇（1975—），女，副教授，研究方向为图像处理。 第1期 刘晓薇：基于PM方程的指纹扫描仪图像增强算法研究 111 1.1 去马赛克算法 因为光照和CFA的特性，在采集的图像中存在通道不均匀的现象，也就是马赛克效应，通常去除马赛 ［3-5］ 克的算法采用二次或者三次插值的算法 ，即根据每个点周围的4个或者16点对该点进行插值，这种算法 通过对图像平滑在解决通道不均匀方面能够取到一