[發明專利]基于指紋相位梯度的指紋方向信息獲取方法

在審

• 申請號: 201810983874.1
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109063681A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 劉煜坤;金立文;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: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及指紋預處理技術和指紋方向信息獲取技術，具體為提出一種基于指紋相位梯度的指紋方向信息獲取方法。指紋相位的梯度信息和指紋方向信息是相互垂直的，且指紋相位信息在一個周期內是單調遞增，因此本發明從指紋相位梯度中獲取可靠的指紋方向信息。其中，指紋信號的相位信息是實數信號在單基信號復空間中旋轉的角度。指紋相位信息可通過解析單基信號得到，與此同時可以去除指紋信號幅值信息。其中單基信號是由預處理后的指紋信號和先后對預處理后的指紋信號進行在指定方向上做線性積分和函數卷積操作后獲得的兩個分量組成。本發明消除了指紋信號中的幅值信息影響，也避免了傳統方法在紋線中間區域的方向信息不連續的問題。

技術領域：

本發明涉及指紋預處理技術和指紋方向信息獲取技術，提出一種基于指紋相位梯度的指紋方向信息獲取方法。

背景技術：

指紋識別技術是研究最早的生物識別技術，其特點是便捷、安全且成本低廉、辨識度高，因此指紋識別已成為生物識別技術中最為常用的身份驗證方式。指紋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，指紋特征提取模塊是指紋識別系統的重要組成部分，影響著整個識別系統的可靠程度。指紋特征提取包含指紋方向、相位、頻率、奇異點、細節點等指紋重要特征信息的提取。指紋的方向信息描述了指紋脊線、谷線的方向模式，作為指紋全局可靠的特征，在指紋圖像增強、分類及匹配等方面發揮著重要作用。因此，指紋方向信息獲取既是指紋識別過程中的重要步驟，也是影響指紋識別系統性能的關鍵環節。

目前應用較廣泛的指紋方向信息提取方法是時域灰度梯度法：該方法首先計算時域指紋圖像中每個像素點對應的圖像灰度梯度得到梯度向量場，再根據指紋紋線方向與梯度方向相互垂直的關系求得指紋方向信息。時域灰度梯度法在應用過程中仍然存在兩個方面的不足：

一方面，其求得的梯度向量長度越大，向量指向的方向對最終確定的鄰域方向影響就越大，則長度較大的梯度向量所指向的錯誤方向必然對最終確定的鄰域方向的準確性產生負面影響；

另一方面，在極值區域中即在指紋紋線中間區域中，由于指紋灰度變化緩慢，梯度方向與指紋紋線方向往往不相互垂直，甚至隨機分布，這會造成最終確定的指紋方向信息出現不連續表達，而增加后續處理環節不但會增加整個系統的時間成本，還會進一步影響系統識別精度。

發明內容：

本發明的目的是提出一種基于指紋相位梯度的指紋方向信息獲取方法，既可解決指紋方向信息在脊線中間區域不連續和受幅值信息影響問題，又可以降低計算復雜度，獲得更加可靠的指紋方向信息。本發明將指紋看作一個二維調幅調頻信號，由于指紋信號在指紋紋線中間區域中存在極值點區域，傳統方法在該區域是無法處理的，從而導致了傳統方法獲取的方向信息在該區域出現了不連續表達。指紋相位的梯度信息和指紋方向信息是相互垂直的，且指紋相位信息在一個周期內是單調遞增，不存在極值點區域，因此本發明不通過指紋信號的梯度來獲取指紋方向信息，而是從指紋相位梯度中獲取可靠的指紋方向信息。其中，指紋信號的相位信息是實數信號在單基矢量信號復空間中旋轉的角度，即實數信號與實軸之間的夾角。指紋相位信息可通過解析單基矢量信號得到，與此同時在獲取相位過程中可以去除指紋信號幅值信息。其中單基矢量信號是由預處理后的指紋信號和先后對預處理后的指紋信號進行在指定方向上做線性積分和函數卷積操作后獲得的兩個分量組成。

與傳統方法相比，一方面，本發明從指紋相位信息的梯度信息中獲取指紋方向信息的操作可直接消除指紋信號中的幅值信息影響，獲取更加可靠的指紋方向信息。另一方面，本發明也避免了時域灰度梯度法在指紋紋線中間區域的方向信息不連續的問題，減少后續處理環節。

上述目的通過以下技術方案實現：

一種基于指紋相位梯度的指紋方向信息獲取方法。本發明方法包括如下步驟：