基于全局信息的指纹图像配准方法技术

本发明专利技术公开了一种基于全局信息的指纹图像配准方法。主要解决现有指纹匹配技术中配准不准确及时间复杂度高的问题。其实现步骤是：1.输入录入指纹图像和模板指纹图像，并计算这两个图像的方向场和频率场；2.设定初始变换配准参数，判定是否能进行指纹图像配准，如果能，则选取初始变换配准参数邻域内的六组新变换配准参数进行指纹图像配准；3.判定六组新变换配准参数中，是否存在最佳的一组新变换配准参数，如果不存在，将初始变换配准参数作为最终的指纹图像配准参数，结束配准，否则把最佳的这组新变换配准参数作为初始变换配准参数，返回到步骤2直到配准结束。本发明专利技术能够准确地进行指纹图像配准，可用于自动指纹识别系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字图像处理
，涉及指纹图像配准，可用于自动指纹识别系 统。
技术介绍
在自动指纹识别系统中，指纹图像配准是指纹匹配阶段一个非常关键的步骤，如 果配准不准确，将会传播到匹配结果中，导致不准确的匹配分数，进一步造成识别率的降 低。在绝大多数的指纹识别系统中，运用提取到的指纹细节点进行配准和匹配。这种方法 存在两方面的不足：一方面，由于指纹图像噪声和伤疤干扰，很难从中提取到准确且可靠的 细节点；另一方面，利用细节点局部结构信息的相似度去寻找配准参考细节点对，由于是局 部信息，完全存在不匹配的参考细节点对，它们的局部结构信息相似度很高，这样就会错误 地使用这对细节点进行配准，造成最终错误的匹配判断。现有的指纹图像奇异点配准方法， 虽然配准速度很快且可靠，但是采集到的指纹图像不一定都存在奇异点，这样就无法进行 配准操作。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述已有技术的不足，提出一种基于全局信息的指纹图像配 准方法，以提高指纹图像配准的精确度。 本专利技术的技术方案是这样实现的： -.技术原理 指纹方向场和频率场是指纹图像的两个非常重要的信息，显示了指纹的全局信 息，宏观上描述了指纹的基本形状、结构和脊线方向、脊线密度信息。全局信息甚至可以从 低质量的指纹图像上可靠的提取，并且非线性形变对于全局信息的配准影响很小，本专利技术 就是利用这两个全局信息进行指纹图像配准，通过用指纹图像的全局信息去配准，来有效 的解决基于细节点配准方法和基于奇异点配准方法的不足。 二.实现步骤 本专利技术的指纹图像配准方法包括如下步骤： (1)分别获得录入指纹图像Q(x，y)的方向场0Q(x，y)和模板指纹图像T(x，y)的 方向场O t(X，y)，其中（X，y)表示图像的像素点坐标； ⑵基于步骤⑴分别获得录入指纹图像Q (X，y)的频率场Fq (X，y)和模板指纹图 像T (X，y)的频率场Ft (X，y); (3)选取初始变换配准参数： (3a)定义手指与指纹采集仪相接触的区域为指纹图像的前景区域，定义指纹图像 中除去前景区域的部分为指纹图像的背景区域；计算录入指纹图像Q(x，y)前景区域的重 心坐标（i Q, jQ)和模板指纹图像T(x，y)前景区域的重心坐标（iT, jT); (3b)分别计算录入指纹图像Q(x，y)前景区域的主方向角度α jp模板指纹图像 T(x，y)前景区域的主方向角度ατ; (3c)由（3a)_(3b)的结果获得初始变换配准参数：旋转角度Clatl= a T_aQ，指纹 图像的行平移量(Ixci= iT-iQ，指纹图像的列平移量(Iytl= jT-jQ，其中，（Iatl)O表示指纹图 像按逆时针方向旋转I (Iaci I，(Iatl= 0表示指纹图像不旋转，da dC 0表示指纹图像按顺时针 方向旋转I (Iaci I，I I表示绝对值函数； (4)获得变换后指纹图像，判定是否能进行指纹图像配准： (4a)以录入指纹图像Q(x, y)的中心为旋转中心，将该录入指纹图像旋转|daQ|角 度，(Iatl) 0表示指纹图像按逆时针方向旋转，da C1= 0表示指纹图像不旋转，da dC 0表示 指纹图像按顺时针方向旋转，平移IdxcJ行和IdycJ列，dX(l>0表示指纹图像沿行增加的 方向平移，Cbc tl= 0表示指纹图像不做行平移，dx0表示指纹图像沿行减少的方向平移， dyQ> 0表示指纹图像沿列增加的方向平移，dy ^ 0表示指纹图像不做列平移，dy f 0表 示指纹图像沿列减少的方向平移，获得变换后指纹图像V (x，y); (4b)将变换后指纹图像Q' (X，y)前景区域与模板指纹图像T (X，y)前景区域的 重叠区域A的像素点个数N与设定阈值Tm= (N i XN2)/4进行比较，其中N1表示录入指纹 图像Q(x，y)的高，N2表示录入指纹图像Q(x，y)的宽：如果N < Tm，则不能进行指纹图像配 准，否则，能进行指纹图像配准，执行步骤（5); (5)找到初始变换配准参数daQ，dx。，dyQ邻域内的变换配准参数，得到指纹图像的 六组新变换配准参数： 第一组：旋转角度(Ia1= da。，行平移量(Ix1= dxQ_sh，列平移量(Iy1= dy。； 第二组：旋转角度da2= da。，行平移量dx2= dx Q+sh，列平移量dy2= dy 0; 第三组：旋转角度da3= daQ，行平移量dx3= dxQ，列平移量dy3= dyQ_sh ; 第四组：旋转角度da4= da。，行平移量dx4= dx。，列平移量dy4= dy Q+sh ; 第五组：旋转角度da5= daQ_sf，行平移量dx5= dxQ，列平移量dy5= dy。； 第六组：旋转角度da6= daQ+sf，行平移量dx6= dxQ，列平移量dy6= dy。； 其中，sf为旋转角度的增量步长，sh为平移增量步长； (6)对于（5)中第L组新的变换配准参数，计算录入指纹图像Q (X，y)通过该组新 配准参数变换得到的新指纹图像的前景区域与模板指纹图像T(x，y)前景区域之 间差异度' iQ=l，2，...，6: (6a)定义两个不同方向角度Θ JP Θ 2通过逆时针旋转进行重合所需旋转的最小 角度函数【主权项】1. 一种，包括以下步骤： (1) 分别获得录入指纹图像Q(x，y)的方向场〇Q(x，y)和模板指纹图像T(x，y)的方向 场O t(X，y)，其中（X，y)表示图像的像素点坐标； (2) 基于步骤（1)分别获得录入指纹图像Q(x，y)的频率gFQ(x，y)和模板指纹图像 T (X，y)的频率场 Ft (X，y); (3) 选取初始变换配准参数： (3a)定义手指与指纹采集仪相接触的区域为指纹图像的前景区域，定义指纹图像中除 去前景区域的部分为指纹图像的背景区域；计算录入指纹图像Q(x，y)前景区域的重心坐 标（iQ，j Q)和模板指纹图像T(x，y)前景区域的重心坐标（iT，jT); (3b)分别计算录入指纹图像Q(x，y)前景区域的主方向角度％和模板指纹图像 T(x，y)前景区域的主方向角度ατ; (3c)由（3a)_(3b)的结果获得初始变换配准参数：旋转角度Clatl= a T_aQ，指纹图像 的行平移量(Ixci= i T_iQ，指纹图像的列平移量(Iytl= j T_jQ，其中，（IaciS 0表示指纹图像按 逆时针方向旋转I (Iaci I，(Iatl= 0表示指纹图像不旋转，da dC 0表示指纹图像按顺时针方向 旋转I daQ I，I I表示绝对值函数； (4) 获得变换后指纹图像，判定是否能进行指纹图像配准： (4a)以录入指纹图像Q(x，y)的中心为旋转中心，将该录入指纹图像旋转IdacJ角度， (Iatl) 0表示指纹图像按逆时针方向旋转，da C1= 0表示指纹图像不旋转，(IatlC 0表示指纹 图像按顺时针方向旋转，平移IdxcJ行和IdycJ列，Clx tl>0表示指纹图像沿行增加的方向平 移，Cbctl= 0表示指纹图像不做行平移，dx f 0表示指纹图像沿行减少的方向平移，dyQ> 0表示指纹图像沿列增加的方向平移，C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于全局信息的指纹图像配准方法，包括以下步骤：(1)分别获得录入指纹图像Q(x,y)的方向场OQ(x,y)和模板指纹图像T(x,y)的方向场OT(x,y)，其中(x,y)表示图像的像素点坐标；(2)基于步骤(1)分别获得录入指纹图像Q(x,y)的频率场FQ(x,y)和模板指纹图像T(x,y)的频率场FT(x,y)；(3)选取初始变换配准参数：(3a)定义手指与指纹采集仪相接触的区域为指纹图像的前景区域，定义指纹图像中除去前景区域的部分为指纹图像的背景区域；计算录入指纹图像Q(x,y)前景区域的重心坐标(iQ,jQ)和模板指纹图像T(x,y)前景区域的重心坐标(iT,jT)；(3b)分别计算录入指纹图像Q(x,y)前景区域的主方向角度αQ和模板指纹图像T(x,y)前景区域的主方向角度αT；(3c)由(3a)‑(3b)的结果获得初始变换配准参数：旋转角度da0＝αT‑αQ，指纹图像的行平移量dx0＝iT‑iQ，指纹图像的列平移量dy0＝jT‑jQ，其中，da0＞0表示指纹图像按逆时针方向旋转|da0|，da0＝0表示指纹图像不旋转，da0＜0表示指纹图像按顺时针方向旋转|da0|，||表示绝对值函数；(4)获得变换后指纹图像，判定是否能进行指纹图像配准：(4a)以录入指纹图像Q(x,y)的中心为旋转中心，将该录入指纹图像旋转|da0|角度，da0＞0表示指纹图像按逆时针方向旋转，da0＝0表示指纹图像不旋转，da0＜0表示指纹图像按顺时针方向旋转，平移|dx0|行和|dy0|列，dx0＞0表示指纹图像沿行增加的方向平移，dx0＝0表示指纹图像不做行平移，dx0＜0表示指纹图像沿行减少的方向平移，dy0＞0表示指纹图像沿列增加的方向平移，dy0＝0表示指纹图像不做列平移，dy0＜0表示指纹图像沿列减少的方向平移，获得变换后指纹图像Q′(x,y)；(4b)将变换后指纹图像Q′(x,y)前景区域与模板指纹图像T(x,y)前景区域的重叠区域A的像素点个数N与设定阈值Tm＝(N1×N2)/4进行比较，其中N1表示录入指纹图像Q(x,y)的高，N2表示录入指纹图像Q(x,y)的宽：如果N＜Tm，则不能进行指纹图像配准，否则，能进行指纹图像配准，执行步骤(5)；(5)找到初始变换配准参数da0，dx0，dy0邻域内的变换配准参数，得到指纹图像的六组新变换配准参数：第一组：旋转角度da1＝da0，行平移量dx1＝dx0‑sh，列平移量dy1＝dy0；第二组：旋转角度da2＝da0，行平移量dx2＝dx0+sh，列平移量dy2＝dy0；第三组：旋转角度da3＝da0，行平移量dx3＝dx0，列平移量dy3＝dy0‑sh；第四组：旋转角度da4＝da0，行平移量dx4＝dx0，列平移量dy4＝dy0+sh；第五组：旋转角度da5＝da0‑sf，行平移量dx5＝dx0，列平移量dy5＝dy0；第六组：旋转角度da6＝da0+sf，行平移量dx6＝dx0，列平移量dy6＝dy0；其中，sf为旋转角度的增量步长，sh为平移增量步长；(6)对于(5)中第i0组新的变换配准参数，计算录入指纹图像Q(x,y)通过该组新配准参数变换得到的新指纹图像的前景区域与模板指纹图像T(x,y)前景区域之间差异度i0＝1,2,...,6：(6a)定义两个不同方向角度θ1和θ2通过逆时针旋转进行重合所需旋转的最小角度函数：其中θ1∈[0,π]，θ2∈[0,π]，θ1≥θ2，min是最小值函数；(6b)由(6a)的结果，计算方向场误差和频率场误差esi0=1bΣ(x,y)∈Bi0|fT(x,y)-fi0′′(x,y)|]]>其中，表示变换后的新指纹图像前景区域与模板指纹图像T(x,y)前景区域之间的重叠区域，(x,y)表示图像的像素点坐标，otT(x,y)为模板指纹方向场OT(x,y)在像素点(x,y)处的方向角度，为变换后的新指纹图像方向场在像素点(x,y)处的方向角度，b是重叠区域的像素点个数，fT(x,y)为模板指纹频率场FT(x,y)在像素点(x,y)处的频率值，为新指纹图像频率场在像素点(x,y)处的频率值；(6c)根据(6b)的结果得新指纹图像的前景区域与模板指纹图像T(x,y)前景区域之间的差异度i0＝1,2,...,6：Di0=w1×eri0+w2×esi0]]>其中，w1和w2为两个数值不同的权值常数，w1＞0，w2＞0，w1＞w2；(7)根据(6)中计算差异度的方法，获得初始变换配准参数da0，dx0，dy0对应下的指纹图像Q′(x,y)的前景区域与模板指纹图像T(x,y)前景区域之间的差异度D0；(8)根据(6)和(7)的结果判定(5)中六组新的变换配准参数，是否存在最佳的一组变...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庞辽军，张晓康，陈炯，李丹，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，北京中电华大电子设计有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61