專利名稱：形變指紋圖像的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及指紋識別技術(shù)，特別是涉及一種形變指紋圖像的處理方法。
背景技術(shù)：
隨著社會的進步，身份識別的安全性日益得到人們的重視。傳統(tǒng)的身份識別往往 采用證件、密碼等方式。然而，證件可能會丟失或被復制；而密碼又容易被忘掉或產(chǎn)生混淆。 尤其是隨著網(wǎng)絡時代的來臨，越來越多的密碼設置困擾著人們開機密碼、郵箱密碼、銀行
密碼、論壇密碼......對于這些，如果設置相同的密碼，會增加安全隱患；如果設置不同的
密碼，又為密碼管理帶來了困擾。為此，以生物特征(例如，指紋、人臉、虹膜等)為辨別依 據(jù)的身份識別技術(shù)日益獲得人們的重視。其中，指紋識別的識別率高，且應用最為普及，被 公認為"物證之首"。 目前，對指紋識別技術(shù)的研究主要集中在圖像采集、圖像增強、指紋分類、指紋特 征提取和細節(jié)匹配等方面。其中，在采集指紋圖像的過程中，將不可避免的產(chǎn)生圖像噪聲。 例如，當手指按壓在指紋采集器上時，將不可避免的發(fā)生指紋的形變。但現(xiàn)有的指紋識別技 術(shù)均是采用了可變限界盒的方式來適應這一變化，并沒有對指紋的彈性形變做出專門的矯 正，而且現(xiàn)有的處理方式不符合人指紋按壓變形的規(guī)律，因此效果較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種形變指紋圖像的處理方法，以解決指紋采集過程中按 壓所帶來的形變問題。 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種形變指紋圖像的處理方法，其包括在一原 始指紋圖像上定義一個中心位于指紋質(zhì)心的注冊區(qū)，并從注冊區(qū)的圖像信息計算得到注冊 加權(quán)向量；在一采集的指紋圖像上定義一個中心位于指紋質(zhì)心且大于所述注冊區(qū)的比對 區(qū)；在所述比對區(qū)內(nèi)取多個與注冊區(qū)大小相同的比對匹配區(qū)，并分別從此多個比對匹配區(qū) 內(nèi)的圖像信息計算得到多個加權(quán)向量；分別計算所述多個加權(quán)向量與注冊加權(quán)向量的相 關(guān)系數(shù)；取其中最大的相關(guān)系數(shù)作為指紋相似度系數(shù)；將所述指紋相似度系數(shù)與一閾值比 較，當指紋相似度系數(shù)大于所述閾值時，則判斷所采集的指紋圖像與原始指紋圖像來自同 一手指。 進一步的，在所述比對區(qū)內(nèi)取多個與注冊區(qū)大小相同的比對匹配區(qū)，并分別從此 多個比對匹配區(qū)內(nèi)的圖像信息計算得到多個加權(quán)向量的方法為定義一個大小與注冊區(qū)相 同的區(qū)域作為比對匹配區(qū)；在比對區(qū)內(nèi)移動比對匹配區(qū)；每移動到一個位置，就計算一次 當前這個比對匹配區(qū)的加權(quán)向量。 進一步的，在比對區(qū)內(nèi)移動比對匹配區(qū)的方式為從所述比對區(qū)的中心依次向外 移動所述比對匹配區(qū)，且移動量為橫向偏移1或縱向偏移1。 進一步的，在比對區(qū)內(nèi)移動比對匹配區(qū)的方式為從所述比對區(qū)的一角順時針或 逆時針移動所述比對匹配區(qū)，且移動量為橫向偏移1或縱向偏移1。 3
進一步的，計算所述相關(guān)系數(shù)的公式為
其中，m、n是比對匹配區(qū)在比對區(qū)中的橫向和縱向偏移j
咖,"=p c / 、 " = 0，1，2……S)，
1 W-l _ z & -丄乞(『/0-，Wr(i)為注冊加權(quán)向量，Sr2為注冊區(qū)的方差；
1 w-i _ 2&(m， n)=丄Z(^(')(附，")—『v(w,")) ,Wv(i)(m，n)為比對匹配區(qū)的加權(quán)向:
w-i ，N.,=0
Sv2(m， n)為比對匹配區(qū)的方差；S (m, n) = — J](— ((附,")_『vO,"))。 以上形變指紋圖像的處理方法從指紋變形的規(guī)律出發(fā)，提出了一種加權(quán)比對的處 理方式，來減小由指紋變形所產(chǎn)生的誤差。在獲取原始指紋圖像階段，即指紋注冊階段，即 利用注冊加權(quán)向量來記錄原始指紋信息；而后在指紋圖像比對階段，在一個大于注冊區(qū)的 比對區(qū)內(nèi)進行加權(quán)比對。這樣，又將指紋采集階段手指按壓力度與原始指紋采集階段按壓 力度不同等因素考慮進來，擴大比對范圍，從而獲得最優(yōu)的比對匹配區(qū)，進一步減小指紋變 形所產(chǎn)生的誤差。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明更加符合人指紋按壓變形的規(guī)律，效果較佳。


圖1為一種指紋橫截面輪廓及其變形的數(shù)學模型示意圖； 圖2為本發(fā)明一實施例所提供的形變指紋圖像的處理方法的流程示意圖； 圖3為本發(fā)明一實施例中所定義的比對區(qū)與比對匹配區(qū)的示意圖。
具體實施例方式
為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉示例性實施例，并配合附 圖，作詳細說明如下。 對于人的指紋，其橫截面的曲率要比縱截面的曲率大很多，因此沿橫截面方向的 變形要比沿縱截面的變形大得多。而沿橫截面的指紋輪廓可以用一條拋物線很好的擬和， 如圖l所示。 當手指按在指紋傳感器上時，此拋物線的輪廓將被壓平。假設手指表面上兩點之 間的距離在手指被壓平時不變，如圖1所示，當手指壓平時，手指表面上點A會移動到點A'， 即 ^;而 (1)
拋物線的函數(shù)解析式為 y = ax2 (2) 因此，可以得到變形量
_ _ L _ _ v4M"= J"W —^"0= j^l + (y)2血-v4"(9
t o
4
=，力+ 4a2x〗+ 7In(2欲4 +力+ 4a2x〗)-x/ 本發(fā)明從以上指紋變形的規(guī)律出發(fā)，經(jīng)過分析與實驗，提出了一種加權(quán)比對的處 理方式，來減小由指紋變形所產(chǎn)生的誤差，并將這一方法應用在后續(xù)的比對過程中。且在比 對處理過程中，充分考慮到原始指紋采集與后來的指紋采集過程中，手指的按壓力度不同 不同等因素可能導致兩次采集的指紋質(zhì)心不同等問題。進而擴大比對范圍，在一個大于注 冊區(qū)的范圍內(nèi)進行信息采集，找到最為有效的區(qū)域，進行指紋匹配比較。
具體結(jié)合圖2描述如下 假設輸入的指紋圖像已二值化，且其圖像尺寸已標準化為256*256像素，并且圖 形的中心已與指紋的中心基本重合。該加權(quán)比對處理方法應用于注冊和比對兩個過程，如 圖2所示，包括如下步驟
注冊過程 步驟SI :在原始指紋圖像上定義一個中心位于指紋質(zhì)心的注冊區(qū)，并從注冊區(qū)的
圖像信息計算得到注冊加權(quán)向量。
比對過程 步驟S2 :在采集的指紋圖像上定義一個中心位于指紋質(zhì)心且大于所述注冊區(qū)的 比對區(qū)；步驟S3 :在比對區(qū)內(nèi)取多個與注冊區(qū)大小相同的比對匹配區(qū)，并分別從此多個比 對匹配區(qū)內(nèi)的圖像信息計算得到多個加權(quán)向量； 步驟S4 :分別計算所述多個加權(quán)向量與注冊加權(quán)向量的相關(guān)系數(shù)；
步驟S5 :取其中最大的相關(guān)系數(shù)作為指紋相似度系數(shù)； 步驟S6 :將所述指紋相似度系數(shù)與一閾值比較，當指紋相似度系數(shù)大于所述閾值 時，則判斷所采集的指紋圖像與原始指紋圖像來自同一手指。 舉例而言，定義的注冊區(qū)為一個中心位于指紋質(zhì)心，大小為，N像素的方形區(qū)域 (其中N為正整數(shù))，這樣便可以從注冊區(qū)的圖像信息計算得到注冊加權(quán)向量，并將其作為 指紋的注冊數(shù)據(jù)存儲。 下面結(jié)合圖3詳細描述比對過程定義一個中心也位于指紋質(zhì)心，大小為 (N+S)*(N+S)方形區(qū)域作為比對區(qū)IOO，且定義一個大小為，N方形區(qū)域作為比對匹配區(qū) 200，如圖3所示。在比對過程中，將計算比對匹配區(qū)的圖像的加權(quán)向量，并計算該加權(quán)向量 與注冊加權(quán)向量的加權(quán)相關(guān)系數(shù)。詳細描述如下 如前面所討論的，注冊區(qū)和比對匹配區(qū)的大小都是N*N像素，因此可以用一個N*N
的矩陣來表示它們。并且，如下式定義加權(quán)向量 WT = FXGT (4) 其中，GT表示由加權(quán)系數(shù)組成的列向量，它由加權(quán)函數(shù)沿橫坐標為整數(shù)坐標值時 的采樣值組成。F為注冊區(qū)內(nèi)的原始指紋圖像，WT即為對應于F的加權(quán)向量。 在注冊過程中，注冊加權(quán)向量WrT，其平均值WrT及方差S/將被記錄作為指紋注冊數(shù)據(jù)。 在比對過程中，比對匹配區(qū)在比對區(qū)內(nèi)移動，且每移動到一個位置，就計算一次當 前這個比對匹配區(qū)的加權(quán)向量。其中比對匹配區(qū)在比對區(qū)內(nèi)移動的方式可以是從比對區(qū) 的中心向外依次移動，或從比對區(qū)一角順時針或逆時針移動，直至覆蓋整個比對區(qū)；且移動量為橫向偏移1或縱向偏移1。舉例而言，比對匹配區(qū)從比對區(qū)的左上角滑移到右下角。 每滑移到一個位置，就計算一次當前這個比對匹配區(qū)的加權(quán)向量WvT(m， n)以及其平均值
及方差Sv2(m， n)，其中，m， n是比對匹配區(qū)在比對區(qū)中的橫向和縱向偏移量。 獲得以上加權(quán)向量以后，便可以計算比對匹配區(qū)和注冊區(qū)的相關(guān)系數(shù)(即比對匹 配區(qū)的加權(quán)向量與注冊加權(quán)向量的相關(guān)系數(shù))，其計算公式如下 二~^(m，n = 0，l，2......S) (5) 其中，m、n是比對匹配區(qū)在比對區(qū)中的橫向和縱向偏移量；
j 1 1 _ 2 S、丄，(W)-F)，Wr(i)為注冊加權(quán)向量，S/為注冊區(qū)的方差； Sv(m， n) = #g(O,")-『v(m，")) ，Wv(i)(m， n)為比對匹配區(qū)的加權(quán)向量， Sv2(m， n)為比對匹配區(qū)的方差； n) = —Z(『/')-^)(『v(')(附，")-^(附,"))。 如此，便可以得到兩個指紋的相似度系數(shù)，公式如下
i = ,x|i (w，")| 那么，判斷指紋是否來自同一個手指的標準是便是基于這個相似度系數(shù)。具體而 言，如果R > T (T為閾值)，則認為所采集的指紋圖像與原始指紋圖像來自同一手指；否則 認為它們來自不同的手指。 綜上所述，以上形變指紋圖像的處理方法從指紋變形的規(guī)律出發(fā)，提出了一種加 權(quán)比對的處理方式，來減小由指紋變形所產(chǎn)生的誤差。在獲取原始指紋圖像階段，即指紋注 冊階段，即利用注冊加權(quán)向量來記錄原始指紋信息；而后在指紋圖像比對階段，在一個大于 注冊區(qū)的比對區(qū)內(nèi)進行加權(quán)比對。這樣，又將指紋采集階段手指按壓力度與原始指紋采集 階段按壓力度不同等因素考慮進來，擴大比對范圍，從而獲得最優(yōu)的比對匹配區(qū)，進一步減 小指紋變形所產(chǎn)生的誤差。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明更加符合人指紋按壓變形的規(guī)律，效果 較佳。 以上僅為舉例，并非用以限定本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍應當以權(quán)利要求書所涵 蓋的范圍為準。
權(quán)利要求
一種形變指紋圖像的處理方法，其特征是，包括在一原始指紋圖像上定義一個中心位于指紋質(zhì)心的注冊區(qū)，并從注冊區(qū)的圖像信息計算得到注冊加權(quán)向量；在一采集的指紋圖像上定義一個中心位于指紋質(zhì)心且大于所述注冊區(qū)的比對區(qū)；在所述比對區(qū)內(nèi)取多個與注冊區(qū)大小相同的比對匹配區(qū)，并分別從此多個比對匹配區(qū)內(nèi)的圖像信息計算得到多個加權(quán)向量；分別計算所述多個加權(quán)向量與注冊加權(quán)向量的相關(guān)系數(shù)；取其中最大的相關(guān)系數(shù)作為指紋相似度系數(shù)；將所述指紋相似度系數(shù)與一閾值比較，當指紋相似度系數(shù)大于所述閾值時，則判斷所采集的指紋圖像與原始指紋圖像來自同一手指。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形變指紋圖像的處理方法，其特征是，在所述比對區(qū)內(nèi)取多 個與注冊區(qū)大小相同的比對匹配區(qū)，并分別從此多個比對匹配區(qū)內(nèi)的圖像信息計算得到多 個加權(quán)向量的方法為定義一個大小與注冊區(qū)相同的區(qū)域作為比對匹配區(qū)； 在比對區(qū)內(nèi)移動比對匹配區(qū)；每移動到一個位置，就計算一次當前這個比對匹配區(qū)的加權(quán)向量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的形變指紋圖像的處理方法，其特征是，在比對區(qū)內(nèi)移動比對 匹配區(qū)的方式為從所述比對區(qū)的中心依次向外移動所述比對匹配區(qū)，且移動量為橫向偏移1或縱向偏 移l。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的形變指紋圖像的處理方法，其特征是，在比對區(qū)內(nèi)移動比對 匹配區(qū)的方式為從所述比對區(qū)的一角順時針或逆時針移動所述比對匹配區(qū)，且移動量為橫向偏移1或 縱向偏移1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形變指紋圖像的處理方法，其特征是，計算所述相關(guān)系數(shù)的公式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，m、 n是比對匹配區(qū)在比對區(qū)中的橫向和縱向偏移量；<formula>formula see original document page 2</formula> ,Wr(1)為注冊加權(quán)向量，Sr2為注冊區(qū)的方差；<formula>formula see original document page 2</formula>Wv")(m，n)為比對匹配區(qū)的加權(quán)向量，Sv2(m， n)為比對匹配區(qū)的方差;<formula>formula see original document page 2</formula>
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種形變指紋圖像的處理方法，采用了加權(quán)比對的方式，來減小由指紋變形所產(chǎn)生的誤差，符合人指紋按壓變形的規(guī)律，效果較佳。具體包括在一原始指紋圖像上定義一個中心位于指紋質(zhì)心的注冊區(qū)，并從注冊區(qū)的圖像信息計算得到注冊加權(quán)向量；在一采集的指紋圖像上定義一個中心位于指紋質(zhì)心且大于注冊區(qū)的比對區(qū)；在比對區(qū)內(nèi)取多個與注冊區(qū)大小相同的比對匹配區(qū)，并分別從此多個比對匹配區(qū)內(nèi)的圖像信息計算得到多個加權(quán)向量；分別計算多個加權(quán)向量與注冊加權(quán)向量的相關(guān)系數(shù)；取其中最大的相關(guān)系數(shù)作為指紋相似度系數(shù)；將指紋相似度系數(shù)與一閾值比較，當指紋相似度系數(shù)大于閾值時，則判斷所采集的指紋圖像與原始指紋圖像來自同一手指。
文檔編號G06K9/00GK101782965SQ201010110219
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者劉君, 陳曉峰 申請人:上海點佰趣信息科技有限公司