指紋圖像降階處理裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明是有關于一種指紋圖像降階處理方法，包括下述步驟：對一手指感測模擬影像信號；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換該模擬影像信號為數(shù)字圖像的信號；判斷該數(shù)字圖像的全部像素的最大像素值及最小像素值；設定降階編碼所需的n個門檻值，以區(qū)分靠近該最大像素值及靠近該最小像素值的重要成份和位于該最大像素值及該最小像素值之間的漸變成份，且符合2≤n<16的條件；及依據(jù)該些門檻值將該數(shù)字圖像的信號轉(zhuǎn)換為編碼范圍為n+1種像素值的降階圖像信號。
【專利說明】指紋圖像降階處理裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種指紋感測裝置及方法，特別是涉及一種可標準化指紋圖像的灰階分布范圍以快速判斷手指運動趨勢的指紋圖像降階處理裝置及方法。
【背景技術】
[0002]大部分的指紋感測器，大多輸出256灰階的指紋影像，也就是每一個像素的像素值是O至255，用來表示指紋紋路的深淺，也就是像素值O代表的是手指指紋的紋谷(ridge),像素值255代表手指指紋的紋脊(valley)。
[0003]但是，指紋感測器每次感測到的指紋圖像會有所差異，其形成差異的影響因素如下:
[0004]1.膚質(zhì)差異:實際應用時，因為使用者的膚質(zhì)狀態(tài)有時較干或有時較濕,會造成指紋感測器輸出的像素值不是在像素值O至255的范圍，有可能某一次感測到的指紋圖像的紋谷像素值是18及紋脊像素值是176，而另一感測到的指紋圖像的紋谷像素值是27及紋脊像素值是142，因此，難以建立一套適用的判斷標準。
[0005]2.轉(zhuǎn)換誤差:指紋感測器在轉(zhuǎn)化為數(shù)字化灰階原始影像數(shù)據(jù)的過程中，伴隨著不少因為指紋感測器本身電子電路所伴隨而來的放大器噪聲、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換噪聲及誤差等等，所以就算同一使用者的手指完全靜止的情況下，掃描二次所得到的數(shù)字化灰階原始影像數(shù)據(jù)也會有所差異。
[0006]3.外界噪聲干擾:指紋感測器內(nèi)部電路與周邊的搭配電路可能會因為隨機的噪聲干擾，造成輸出的像素值并非反映真正的值。
[0007]綜觀以上的因素，每次感測到的指紋圖像的像素值分布會有不一致的現(xiàn)象，目前為了消除噪聲或轉(zhuǎn)換誤差所造成的影響，會借由高斯模糊(Gaussian blur)、快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)或是其它數(shù)字影像處理慣用的算法來去除噪聲，但這會耗費大量的處理時間與增加系統(tǒng)的復雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的目的是在提供一種可以避免每次感測到的指紋圖像的灰階分布范圍不一致的指紋圖像降階處理裝置及方法。
[0009]于是，本發(fā)明的指紋圖像降階處理方法包括下述步驟:對一手指感測一模擬影像信號；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換該模擬影像信號為數(shù)字圖像的信號；判斷該數(shù)字圖像的全部像素的最大像素值及最小像素值；設定降階編碼所需的η個門檻值，以區(qū)分靠近該最大像素值及靠近該最小像素值的重要成份和位于該最大像素值及該最小像素值之間的漸變成份，且符合2 ( η〈16的條件；及依據(jù)該些門檻值將該數(shù)字圖像的信號轉(zhuǎn)換為編碼范圍為η+1種像素值的降階圖像信號。
[0010]優(yōu)選的，本發(fā)明的指紋圖像降階處理方法還配合有信號轉(zhuǎn)換的誤差值，且是設定11=2，該些門檻值是包括第一門檻值及第二門檻值，該第一門檻值為該最小像素值加上該誤差值，該第二門檻值為該最大像素值減去該誤差值，令該數(shù)字圖像的像素值是低于該第一門檻值時輸出第一像素值、該數(shù)字圖像的像素值介于該第一門檻值及該第二門檻值之間時輸出第二像素值，以及該數(shù)字圖像的像素值高于該第二門檻值時輸出第三像素值。
[0011]優(yōu)選的，本發(fā)明的指紋圖像降階處理方法還包括下述步驟:儲存在連續(xù)時間擷取的參考降階圖像及目前降階圖像；在該參考降階圖像中定義一小區(qū)域的參考數(shù)組，并在該目前降階圖像局部搜尋與該小區(qū)域相同范圍且具有近似像素值的目標數(shù)組；及比對該參考數(shù)組及該目標數(shù)組，并輸出該目標數(shù)組相對于該參考數(shù)組的水平位移、垂直位移或旋轉(zhuǎn)角度。
[0012]本發(fā)明的指紋圖像降階處理裝置包括:影像感測器，對一手指感測模擬影像信號；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，電性連接該影像感測器，用以模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換該模擬影像信號為數(shù)字圖像的信號；及降階編碼器，判斷該數(shù)字圖像的全部像素的最大像素值及最小像素值，且設定降階編碼所需的η個門檻值，以區(qū)分靠近該最大像素值及靠近該最小像素值的重要成份和位于該最大像素值及該最小像素值之間的漸變成份，且符合2 ( η〈16的條件，并依據(jù)該些門檻值將該數(shù)字圖像的信號轉(zhuǎn)換為編碼范圍為η+1種像素值的降階圖像信號。
[0013]優(yōu)選的，本發(fā)明的指紋圖像降階處理裝置中，該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器存在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換的誤差值，該降階編碼器是設定11=2，該些門檻值是包括第一門檻值及第二門檻值，該第一門檻值為該最小像素值加上該誤差值，該第二門檻值為該最大像素值減去該誤差值，令該數(shù)字圖像的像素值是低于該第一門檻值時輸出第一像素值、該數(shù)字圖像的像素值介于該第一門檻值及該第二門檻值之間時輸出第二像素值，以及該數(shù)字圖像的像素值高于該第二門檻值時輸出第三像素值。
[0014]優(yōu)選的，本發(fā)明的指紋圖像降階處理裝置還包括儲存器，儲存在連續(xù)時間擷取的參考降階圖像及目前降階圖像；局部搜尋單元，在該參考降階圖像定義一小區(qū)域的參考數(shù)組，并在該目前降階圖像局部搜尋與該小區(qū)域相同范圍且具有近似像素值的目標數(shù)組；水平位移計算器，比對該參考數(shù)組及該目標數(shù)組，并輸出該目標數(shù)組相對于該參考數(shù)組的水平位移；垂直位移計算器，比對該參考數(shù)組及該目標數(shù)組，并輸出該目標數(shù)組相對于該參考數(shù)組的垂直位移；及角度計算器，比對該參考數(shù)組及該目標數(shù)組，并輸出該目標數(shù)組相對于該參考數(shù)組的旋轉(zhuǎn)角度。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:將原始編碼的指紋圖像進行降階處理，設定降階編碼所需的η個門檻值，以區(qū)分靠近該最大像素值及靠近該最小像素值的重要成份和位于該最大像素值及該最小像素值之間的漸變成份，且符合2 ( η〈16的條件，因此可保留低指紋的重要成份、濾除漸變成份不必要的噪聲，及降低原本復雜的運算量，使得基于指紋圖像來快速判斷手指運動趨勢成為可能。
[0016]上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是一系統(tǒng)方框圖，說明本發(fā)明的指紋圖像降階處理裝置的較佳實施例；
[0018]圖2是一示意圖，說明指紋圖像具有的原始編碼片段經(jīng)由降階編碼后可得到像素值簡化的降階編碼片段；
[0019]圖3是一流程圖，說明本發(fā)明的指紋圖像降階處理方法的較佳實施例的降階程序;
[0020]圖4是一流程圖，說明本發(fā)明的指紋圖像降階處理方法的較佳實施例的手指移動趨勢判斷程序。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明。在本發(fā)明被詳細描述的前，要注意的是，在以下的數(shù)個較佳實施例的詳細說明內(nèi)容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
[0022]參閱圖1及圖2，本發(fā)明的指紋圖像降階處理裝置100及方法的較佳實施例說明如下。
[0023]指紋圖像降階處理裝置100包括影像感測器11、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12、第一儲存器13、降階編碼器15、第二儲存器16、局部搜尋單元17及移動趨勢判斷單元18 ;移動趨勢判斷單元18包括水平位移計算器181、垂直位移計算器182及角度計算器183。
[0024]影像感測器11包括感應數(shù)組(Sensor array)、讀取電路及放大電路等,用以感測物體并輸出模擬影像信號。
[0025]模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12電性連接該影像感測器11，用以模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換該模擬影像信號為數(shù)字圖像的信號，例如:8位的數(shù)字圖像的信號的編碼范圍包括256種像素值；為了進行后續(xù)的移動趨勢判斷處理，第一儲存器13儲存有連續(xù)時間感測到的參考指紋圖像131及目前指紋圖像132，且參考指紋圖像131及目前指紋圖像132的像素值范圍為O至255 (十進制)，如圖2所示的指紋圖像401具有原始編碼片段402，其原始編碼片段402的各像素值的范圍為0-255。
[0026]參閱圖3，本發(fā)明的指紋圖像降階處理方法的較佳實施例的步驟包括:對一手指擷取一張感測影像(步驟S201)，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換該感測影像為原始數(shù)字圖像(步驟S202)，且該原始數(shù)字圖像的各像素為2m種編碼值，m=8為原始編碼位數(shù)。
[0027]然后，降階編碼器15判斷該數(shù)字圖像的全部像素的最大像素值及最小像素值(步驟S203)，因為指紋影像的中的最大像素值及最小像素值的差距就是此指紋影像的動態(tài)范圍，而紋谷及紋脊的重要成份及噪聲的漸變成份會發(fā)生在此動態(tài)范圍，所以設定降階編碼所需的η個門檻值。
[0028]因此，降階編碼器15依據(jù)最大像素值及最小像素值決定降階編碼所需的η個門檻值(步驟S204)，符合2 < η〈16的條件，借此區(qū)分靠近最大像素值及靠近最小像素值的重要成份和位于最大像素值及最小像素值之間的漸變成份，最后，可將該原始數(shù)字圖像的各像素降階編碼為η+1種編碼值(步驟S205)。
[0029]本實施例將以設定η=2為例說明，但需補充說明的是，只要符合2 < η〈16的條件，并利用該些門檻值去區(qū)分靠近最大像素值及靠近最小像素值的重要成份和位于最大像素值及最小像素值之間的漸變成份的原理，以將該數(shù)字圖像的信號轉(zhuǎn)換為編碼范圍為η+1種像素值的降階圖像信號，均屬于本發(fā)明的范疇。
[0030]因為現(xiàn)有的感測器連續(xù)讀取到的像素數(shù)據(jù)會因為硬件本身線路或零件所造成的信號轉(zhuǎn)換的誤差而有所差異，本實施例以型號0FP100的影像感測器11為例，其信號轉(zhuǎn)換的誤差范圍約略是±5%,而信號轉(zhuǎn)換的誤差范圍±5%代表同一個像素在兩次的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換過程中可能會得到256灰階乘以10%的差異，也就是說，同一個像素可能在前次得到10的像素值，而下一次可能得到36這個像素值，所以本實施例是設定256*10%=25.6?26為信號轉(zhuǎn)換的誤差值。
[0031]因此，本發(fā)明的指紋圖像降階處理裝置100的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12存在的信號轉(zhuǎn)換的誤差值為“26”(十六進制為“1A”)，當降階編碼器15是設定兩個門檻值(n=2)，假設最大像素值是“F8” (十六進制)，并假設最小像素值是“07” (十六進制)，該些門檻值包括第一門檻值及第二門檻值，第一門檻值為最小像素值“07”加上誤差值“1A”等于“33”(十進制)，第二門檻值為最大像素值“F8”減去誤差值“1A”等于“222” (十進制)，令數(shù)字圖像的信號的各像素值低于第一門檻值“07”時輸出第一像素值“O”、該數(shù)字圖像的像素值介于該第一門檻值“07”及該第二門檻值“222”之間時輸出第二像素值“1”，以及該數(shù)字圖像的像素值高于該第二門檻值“ 222 ”時輸出第三像素值“ 2 ”。
[0032]參閱圖2，指紋圖像401的原始編碼片段402的各像素值的范圍為0_255(十進制)，由于經(jīng)由降階編碼后可得到簡化后降階編碼片段403，其像素值只有以及“2”表示，也就代表了三階的降階化處理，其轉(zhuǎn)換法則的舉例說明如下:
[0033]1.像素值高于(含)F8_1A=DE=222(十進制)的像素變換為數(shù)值“2”。
[0034]2.像素值低于(含)07+1Α=21=33(十進制)的像素變換為數(shù)值“O”。
[0035]3.像素值介于222和33之間的數(shù)值轉(zhuǎn)換為“I”。
[0036]補充說明的是，配合影像感測器11的硬件與周邊搭配電路的特性，如果確認信號轉(zhuǎn)換的誤差與隨機噪聲的強度在某些范圍之內(nèi)，可以依據(jù)誤差或噪聲的特性使用四階、甚至五階以上的降階化處理，以除去誤差或噪聲，不以三階的降階化處理為限制，且為了單純化，以不超出過多階數(shù)(如:十六階)為宜。
[0037]參閱圖4，并配合圖1，本發(fā)明的指紋圖像降階處理方法包括下述步驟:第二儲存器16儲存在第一時間擷取的參考指紋影像131，并將其依據(jù)η個門檻值將各像素的像素值降階編碼的參考降階圖像161 (步驟S301);第二儲存器16儲存在接續(xù)第一時間的第二時間擷取的目前指紋影像132，并將其依據(jù)η個門檻值將各像素的像素值降階編碼的目前降階圖像162 (步驟S302);也就是儲存在連續(xù)時間擷取的目前降階圖像162及參考降階圖像161。
[0038]以第一時間感測到的實際像素值(07，21，D8，Ε6，F(xiàn)l，F(xiàn)7，F(xiàn)8，DA,3Β, 26，19，08，06，47，Ε3，F(xiàn)2，EF，Ε9)為例，第二時間感測到的實際像素值可能變成為(09，20，D6，Ε0，F(xiàn)3，F(xiàn)2，F(xiàn)4，D9，3Β, 24，76，10，08，4F，DF, F2，Ε7，El)，兩者比較后發(fā)生較大的誤差如“ 19” 變成“76”，
因為紋脊和紋谷之間的一系列像素值為漸變的關系容易受噪聲干擾，但是紋脊的像素值(如:E6，F(xiàn)l, F7, F8和Ε0，F(xiàn)3，F(xiàn)2，F(xiàn)4)基本上變動較小，所以借由降階處理后，其噪聲導致的誤差就可有效的被消除。
[0039]然后，局部搜尋單元17在參考降階圖像161定義一小區(qū)域的參考數(shù)組，并在該目前降階圖像162局部搜尋與該小區(qū)域相同范圍且具有近似像素值的目標數(shù)組(步驟S303)，詳細原理說明如下。
[0040]局部搜尋單元17在參考降階圖像161定義一小區(qū)域的參考數(shù)組，并在目前降階圖像162局部搜尋與該小區(qū)域相同范圍且具有近似像素值的目標數(shù)組，其近似像素值的比對算法為:
[0041]
【權利要求】
1.一種指紋圖像降階處理方法，所述方法包括下述步驟:對一手指感測模擬影像信號及模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換該模擬影像信號為數(shù)字圖像的信號；其特征在于:所述方法還包括下述步驟: 判斷該數(shù)字圖像的全部像素的最大像素值及最小像素值；設定降階編碼所需的η個門檻值，以區(qū)分靠近該最大像素值及靠近該最小像素值的重要成份和位于該最大像素值及該最小像素值之間的漸變成份，且符合2 ( η〈16的條件；及依據(jù)該些門檻值將該數(shù)字圖像的信號轉(zhuǎn)換為編碼范圍為η+1種像素值的降階圖像信號。
2.如權利要求1所述的指紋圖像降階處理方法，其特征在于: 所述方法還配合有信號轉(zhuǎn)換的誤差值，該些門檻值至少包括第一門檻值及第二門檻值，該第一門檻值為該最小像素值加上該誤差值，該第二門檻值為該最大像素值減去該誤差值。
3.如權利要求2所述的指紋圖像降階處理方法，其特征在于: 所述方法還令該數(shù)字圖像的像素值是低于該第一門檻值時輸出第一像素值、該數(shù)字圖像的像素值介于該第一門檻值及該第二門檻值之間時輸出第二像素值，以及該數(shù)字圖像的像素值高于該第二門檻值時輸出第三像素值。
4.如權利要求1所述 的指紋圖像降階處理方法，其特征在于:所述方法還包括下述步驟: 儲存在連續(xù)時間擷取的參考降階圖像及目前降階圖像； 在該參考降階圖像中定義一小區(qū)域的參考數(shù)組，并在該目前降階圖像局部搜尋與該小區(qū)域相同范圍且具有近似像素值的目標數(shù)組；及 比對該參考數(shù)組及該目標數(shù)組，并輸出該目標數(shù)組相對于該參考數(shù)組的水平位移。
5.如權利要求1所述的指紋圖像降階處理方法，其特征在于:所述方法還包括下述步驟: 儲存在連續(xù)時間擷取的參考降階圖像及目前降階圖像； 在該參考降階圖像中定義一小區(qū)域的參考數(shù)組，并在該目前降階圖像局部搜尋與該小區(qū)域相同范圍且具有近似像素值的目標數(shù)組；及 比對該參考數(shù)組及該目標數(shù)組,并輸出該目標數(shù)組相對于該參考數(shù)組的垂直位移。
6.如權利要求1所述的指紋圖像降階處理方法，其特征在于:所述方法還包括下述步驟: 儲存在連續(xù)時間擷取的參考降階圖像及目前降階圖像； 在該參考降階圖像中定義一小區(qū)域的參考數(shù)組，并在該目前降階圖像局部搜尋與該小區(qū)域相同范圍且具有近似像素值的目標數(shù)組；及 比對該參考數(shù)組及該目標數(shù)組,并輸出該目標數(shù)組相對于該參考數(shù)組的旋轉(zhuǎn)角度。
7.一種指紋圖像降階處理裝置，所述的指紋圖像降階處理裝置包括對一手指感測模擬影像信號的影像感測器，及電性連接該影像感測器且用以模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換該模擬影像信號為數(shù)字圖像的信號的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述的指紋圖像降階處理裝置還包括降階編碼器，該降階編碼器判斷該數(shù)字圖像的全部像素的最大像素值及最小像素值，且設定降階編碼所需的η個門檻值，以區(qū)分靠近該最大像素值及靠近該最小像素值的重要成份和位于該最大像素值及該最小像素值之間的漸變成份，且符合2 ( n〈16的條件，并依據(jù)該些門檻值將該數(shù)字圖像的信號轉(zhuǎn)換為編碼范圍為η+1種像素值的降階圖像信號。
8.如權利要求7所述的指紋圖像降階處理裝置，其特征在于:所述的指紋圖像降階處理裝置還具有信號轉(zhuǎn)換的誤差值，且該降階編碼器設置的該些門檻值是包括第一門檻值及第二門檻值，該第一門檻值為該最小像素值加上該誤差值，該第二門檻值為該最大像素值減去該誤差值。
9.如權利要求8所述的指紋圖像降階處理裝置，其特征在于:其特征在于:所述的降階編碼器判斷該數(shù)字圖像的像素值是低于該第一門檻值時輸出第一像素值、判斷該數(shù)字圖像的像素值介于該第一門檻值及該第二門檻值之間時輸出第二像素值，以及判斷該數(shù)字圖像的像素值高于該第二門檻值時輸出第三像素值。
10.如權利要求7所述的指紋圖像降階處理裝置，其特征在于:所述的指紋圖像降階處理裝置還包括: 儲存器，儲存在連續(xù)時間擷取的參考降階圖像及目前降階圖像； 局部搜尋單元，在該參考降階圖像定義一小區(qū)域的參考數(shù)組，并在該目前降階圖像局部搜尋與該小區(qū)域相同范圍且具有近似像素值的目標數(shù)組；及 水平位移計算器，比對該參考數(shù)組及該目標數(shù)組，并輸出該目標數(shù)組相對于該參考數(shù)組的水平位移。
11.如權利要求7所述的指紋圖像降階處理裝置，其特征在于:所述的指紋圖像降階處理裝置還包括: 儲存器，儲存在連續(xù)時間擷取的參考降階圖像及目前降階圖像； 局部搜尋單元，在該參考降階圖像定義一小區(qū)域的參考數(shù)組，并在該目前降階圖像局部搜尋與該小區(qū)域相同范圍且具有近似像素值的目標數(shù)組；及 垂直位移計算器，比對該參考數(shù)組及該目標數(shù)組，并輸出該目標數(shù)組相對于該參考數(shù)組的垂直位移。
12.如權利要求7所述的指紋圖像降階處理裝置，其特征在于:所述的指紋圖像降階處理裝置還包括: 儲存器，儲存在連續(xù)時間擷取的參考降階圖像及目前降階圖像； 局部搜尋單元，在該參考降階圖像定義一小區(qū)域的參考數(shù)組，并在該目前降階圖像局部搜尋與該小區(qū)域相同范圍且具有近似像素值的目標數(shù)組；及 角度計算器，比對該參考數(shù)組及該目標數(shù)組，并輸出該目標數(shù)組相對于該參考數(shù)組的旋轉(zhuǎn)角度。
【文檔編號】G06T3/00GK103914805SQ201310001443
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月4日 優(yōu)先權日:2013年1月4日
【發(fā)明者】劉李財 申請人:貝倫企業(yè)股份有限公司