[發明專利]基于螺旋算子的指紋細節點特征獲取方法

在審

• 申請號: 201710703010.5
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107463916A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 劉煜坤;楊文康;湯煒
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙)23209
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明基于螺旋算子的指紋細節點特征獲取方法涉及指紋預處理技術、條紋圖形信號相位信息獲取技術和指紋細節點特征提取技術。

背景技術

指紋，由于其具有穩定性、可采集性、普遍性和唯一性等特點，已成為生物特征的代名詞。指紋是指人類手指末端正面皮膚上凸凹不平的紋線，這些紋線有規律的排列形成不同紋型。指紋圖像識別系統是一個典型的模式識別系統，包括指紋圖像采集、預處理、特征提取和匹配等模塊。其中，指紋特征提取的精確程度對指紋匹配的準確與否有著重要影響。指紋圖像中，由于脊線的不連續而產生的細節點，如分叉點、結束點、起始點和奇異點等是指紋識別系統中應用最為廣泛的特征信息，因此，可靠有效地提取指紋細節點就成為指紋識別系統中的首要任務。

目前應用較多的時域提取指紋細節點步驟包括：指紋圖像的平滑、區域檢測、二值化和細化等圖像形態學操作，在此基礎上提取指紋細節點。其中，二值化處理會造成部分原始信息的丟失，影響比對結果的準確程度。而指紋圖像中存在的毛刺、短線、斷線、假橋、小孔和島嶼等噪聲，又會在細化處理中產生偽細節點，增加去除偽細節點的后處理操作就會相當程度的增加識別系統時間成本。更重要的是，指紋圖像采集過程受手指壓力、平移和旋轉等因素影響，會引起最終提取細節點坐標和方向的非線性變化，使時域中提取的細節點信息無法保證較高的可信程度，影響指紋系統識別效率。

發明內容

針對上述問題，本發明公開了一種基于螺旋算子的指紋細節點特征獲取方法，相對時域中基于圖像形態學的指紋細節點提取方法，本發明避免了二值化、細化等操作中的信息丟失問題，具有很強的抗噪性，也不必進行去偽細節點的后處理，有效降低系統時間成本；同時，本方法在頻域中的操作不受指紋圖像采集時手指壓力、平移、旋轉及干濕環境造成的影響，具有計算復雜度低、處理速度快、比對精度高等優點。

本發明的內容是這樣實現的：

基于螺旋算子的指紋細節點特征獲取方法，由指紋預處理、相位場解調和細節點特征獲取三個步驟組成。

上述基于螺旋算子的指紋細節點特征獲取方法，所述的指紋預處理步驟具體為：將指紋視為一個二維調頻-調幅信號，在二維空間域內建立頻率經過調制的指紋條紋圖樣模型：

其中，a(x,y)為灰度補償項，b(x,y)為調制項的幅度值，為包含指紋特征信息的相位，n(x,y)為指紋圖像中的高頻噪聲；

利用高斯低通濾波和均值濾波消除指紋信號中的噪聲和灰度補償值，得到：

其中，g(x,y)為只有幅度信息和相位信息的指紋信號。

上述基于螺旋算子的指紋細節點特征獲取方法，所述的相位場解調步驟是將指紋相位信息從去除干擾的二維調頻-調幅指紋信號中解調出來，具體為：

首先，在頻域中用兩個螺旋算子H₁(u,v)和H₂(u,v)分別與指紋信號g(x,y)的傅里葉變換G(u,v)進行卷積，得到兩個單基信號分量R₁(u,v)和R₂(u,v)；

其中，

R₁(u,v)＝H₁(u,v)G(u,v)

R₂(u,v)＝H₂(u,v)G(u,v)

u表示頻域橫坐標，v表示頻域縱坐標；

其次，將R₁(u,v)和R₂(u,v)轉換到時域中，分別得r₁(x,y)和r₂(x,y)，令g(x,y)、r₁(x,y)和r₂(x,y)共同構成一個三維單基信號；

令：

g_N＝[g(x,y),r₁(x,y),r₂(x,y)]

g_N為所述三維單基信號的三個分量；

最后，根據解析函數對三維單基信號進行求解，得到指紋圖像局部方向和局部相位信息；

按照如下公式求出幅度信息b(x,y)，即指紋調制項的幅度值：

按照如下公式求出局部方向θ(x,y)：

按照如下公式求出相位信息

所述的相位信息為相位場。