[發明專利]一種基于方向場的指紋圖像計算機自動化修補方法

有效

• 申請號: 201210113430.5
• 申請日: 2012-04-18
• 公開（公告）號: CN102682428A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 王貴;韓志科
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06K9/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及圖像處理、模式識別及信息處理領域；特別是涉及一種指紋圖像和紋理圖像的基于方向場和偏微分方程對圖像進行修補的方法。

技術背景

和傳統認證技術相比，以指紋作為身份認證具有明顯的優點，指紋的唯一性和穩定性成為使其成為身份鑒定的有效手段。近年來有關指紋自動識別及認證研究已成為模式識別，生物認證領域的熱點。并且產生了很多的算法和指紋自動識別系統，在銀行、保險、公安等行業得到了廣泛的應用。但是目前的指紋識別算法本身仍然存在著一些問題：對輸入指紋圖像的質量要求過高，無法識別一些噪聲較大、紋理信息較弱和殘缺不全的指紋圖像。特別是在特殊行業系統中，比如法院和公安部門更需要一種魯棒性強的算法來識別一些特殊的指紋，用于鑒定主要目的人的樣本指紋與現場指紋，從而得出有利于案情偵察的鑒定結論。目前對指紋的司法鑒定還是采用人工鑒定辦法，這種方法工作量特別大，難度高。由于從現場采集的指紋往往又殘缺不全，模糊不清，這就給鑒定帶來了人為因素的影響。本發明著重研究一種計算機自動化的修復殘缺的指紋圖像方法，以解公安刑事案件偵破中破指紋自動比對預處理和決法院審理的民事案件，比如一些帶有簽字指紋的合同等案件糾紛和公安刑事案件偵破指紋自動比對預處理。

圖像修復（Inpainting）是近年來圖像處理領域中較為引人關注的一個研究專題。圖像修復在修復局部缺失的圖像（尤其是數字圖像），移除圖像中的目標物體（如文字去除），縮放數字圖像等方面有廣泛的應用，本質上是二維圖像的插值問題。圖像修復問題由于待描補區域的任意性，需保護的圖像特征的多樣性以及修復的模式有意義性而在理論上顯得較為困難。

指紋圖像可以認為是一類具有特殊模式的圖像。在關于指紋圖像的實際應用如公安刑偵，民事合同糾紛等指紋鑒定中，常常涉及到缺損指紋圖像的修復問題。一個較好的指紋圖像修復算法可有效地減少一般指紋比對算法中檢測到的偽特征點，從而提高指紋比對精度。對于指紋圖像,在預處理過程中一般采用Gabor濾波進行圖像增強；而對于有缺損區域的指紋圖像，一般還沒有較好的處理方法。

現有的技術方案對指紋圖像修補存在諸多不足：

（1）一般常見的圖像修復模型由于缺乏方向場的幾何信息，對于指紋圖像，該模型不能給出滿意的修補結果；或者雖然引入了方向場的幾何信息，但對于指紋圖像，在具體修補時會出現以下幾種不同的錯誤結果：將不同的脊線連到一起；在修補待修補區域時填入的是均勻的灰度值，無法區分脊線和谷線；無法有目的地連接脊線等等。

（2）Gabor濾波：Gabor濾波是指紋圖像預處理常見采用的方法，對于指紋圖像較小的缺損具有修復效果，但是當待修補區域的長、寬遠大于脊線寬度時，Gabor濾波無法進行有效修復。

發明內容

????????本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于方向場的指紋圖像計算機自動化修補方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于方向場的指紋圖像計算機自動化修補方法，該方法包括以下步驟：?

（1）輸入待修補指紋圖像；

（2）分割受污染所在的區域：對于污染區域與指紋背景圖像明顯有色差的圖像，可采用基于方向的色差閾值分割法進行分割；對于污染區域與指紋背景圖像沒有明顯色差的圖像，可采用多邊形區域選擇法進行分割；

（3）圖像修補：通過以下子步驟來實現：

（a）?將待修復區域中的灰度用0-255的隨機信息初始化，此時圖像即為????????????????????????????????????????????????；

（b）將指紋圖像分割成16*16的小塊，對不包含待修補區域的小塊用梯度估計法估計出該小塊的方向。

（c）初步估計待修補區域的小塊方向：利用步驟b計算出的方向場，用上下左右四個相鄰塊的方向平均值作為該區域的臨時方向；估算方法如下：設待修補區域為，對待修補區域處的方向用上下左右四個相鄰塊的方向平均值作為該區域的臨時方向：

；

（d）將步驟c得到的圖像方向場進行平滑處理；

令：

，

，，

。

為最終方向場結果，并且存儲到計算機內存當中。

（e）將得出的：引入方向信息的偏微分方程進行離散化，得出離散計算模型：?

?????????；???????

然后用該模型迭代計算待修補區域的灰度值；