一种基于指纹结构的二值化方法在图像去噪中的应用.docxVIP

一种基于指纹结构的二值化方法在图像去噪中的应用 1 指纹自动识别系统预处理 指纹是唯一的和不变异的，是人类永恒发展的特征之一。指纹识别技术作为生物鉴定技术这一新兴领域的主流技术,与其他的鉴定方法相比,具有费用低,效果好,可靠性高的特点。除了在鉴定疑犯等警务司法工作中使用之外,指纹鉴定在人们的日常生活中也有广泛应用,比如电子商务,考勤系统,指纹IC卡等。 在指纹自动识别系统中,由于各种主观和客观的因素的影响,由图像采集设备所得到的原始指纹图像中含有一定的噪声。为了去除噪声而得到一个较为理想的纹理清晰的灰度图像,预处理过程是必不可少的。预处理的主要任务就是提取指纹图像中的脊线、谷线信息以及减少指纹图像中的噪声,同时判定指纹图中的无效区域,包括背景和噪声过大无法恢复的指纹图像区域。而图像二值化是预处理中极为重要的一步。在本文中,我们介绍了一种改进型的指纹图像预处理算法,在其中提出了一种基于指纹图像结构特征的二值化算法。 2 指纹图像增强 由于采集噪声,按压力度,墨迹浓淡,手指干湿程度的影响,指纹采集仪得到的指纹图像往往质量很差。这将直接导致在细节点提取的时候引入虚假节点,漏掉真实节点,并且节点的位置和方向也有大的偏差。为了使节点提取能得到好的效果,必须对输入的指纹图像进行增强。 指纹图像具有这样的特点: (1)在任何一个小区域,脊线与谷线的方向大体一致,并且方向有唯一性; (2)指纹的脊线与谷线呈相互交替,在沿着脊线和谷线的方向上灰度变化相对缓慢,而在垂直于此方向上的灰度变化相对剧烈。 迄今为止绝大多数指纹图像增强算法都是针对这些特点设计的。 虽然在指纹灰度图中噪声是随机存在的,但是由于指纹脊线和谷线的方向变化都非常缓慢,也就是在一个极小的局部区域脊线的方向和频率都可以是近似认为不变的,而噪声则不会遵循这个规律。所以根据这个特征,我们可以提取出所需的脊线和谷线信息而避免噪声的干扰。本文中所采用的算法首先是将图像归一化后,提取指纹的方向场θ和频率场F,具体算法可以参见文献和.确定无效块之后,再利用指纹的方向场和频率场信息来进行图像二值化。 2.1 脊线方向估计 首先将指纹图像归一化,使得图像具有预定的均值和方差。将归一化后的图像分成17×17的小块,参考文献中算法得到本块中的脊线方向估计θ(i, j)。再以每一块的中心点为中心点,方向与本块的脊线方向一致的一个矩形窗中沿脊线方向作投影,得到投影数组X-Signature, 对其统计灰度峰值,连续两个峰值之间的象素个数的倒数为局部频率。最后使用低通滤波器对频率场滤波。 2.2 基于特征块的变异点选取 指纹图像的有效区域主要由以下无效块的判定决定: (1)通过统计各块的灰度方差和均值,均值过高方差过低则本块为无效块; (2)超出实际可能的频率范围的小块标记为无效块; (3)统计X-signature峰值平均幅度,连续峰值之间像素个数,判断本区域是否属于有效块; (4)根据方向图定位奇异点附近的区域,置为无效块; 由于奇异点附近的区域有最大的脊线曲率变化,这些块在按利用某估计方向的二值化之后将产生很多虚假的脊线结构,所以这些块应被标记为无效块,然后在这些块中使用灰度脊线跟踪的方法获得块中细节点。 奇异点的粗定位实现如下: (1)标记方向变化大的分块。 方向图实际是一个矩阵,每个元素表示对应分块的方向角度值,取值在0到π之间。以行为单位扫描方向图矩阵,如果这个元素与右边一个元素的值相差较大,与上个相差较小,而且,下一个与下下一个的元素值相差也较小,则标记这个元素。具体的实现是用两元素的差的绝对值与门限比较,在一个范围之内定义为变化较大,在另一个范围内定义为变化较小。门限可以根据经验给出。根据不同情况,又将这些特征块分成3种类型:(1)如果这个块的方向小于π/2,且右边一块方向大于π/2就标记为1;(2)反之则标记为2;(3)在有哪些信誉好的足球投注网站标记为1的块如果上一行临近与它的4个块的角度都在π/4到3π/4之间的,则将这个1改标记为3。 这样就得到一个只有0,1,2,3元素的标记图。一般情况下可以得到几条明显的数字链。 (2)去除多余的块,得到奇异点。 以行为单位从上到下扫描标记图。 如果1元素的下一行,左右相隔一列内有元素1,则置上面行的1元素为0;如果1元素的下一行,左右相隔一列内有元素3,则置下一行的元素为3。至此去掉了多余的1元素,剩下的1表示中心点,还有2和3链。 再以行为单位从下到上扫描标记图。如果元素2(3)的上一行,左右间隔一列内有元素2(3),则置下面的元素2(3)为0。 至此就得到原图像的奇异点的大概位置。由于指纹图边缘位置的的灰度变化通常很大,这对于奇异点的有哪些信誉好的足球投注网站会造成干扰,所以结合灰度有效区域的限制,可以去掉边缘的干扰。通过经验发现,确切的奇异点位置与上面得到的大概位置的规律如下:在