一种基于动态规划和多目标优化的实时滚动指纹拼接方法技术

一种基于动态规划和多目标优化的滚动指纹拼接方法，首先，将指纹图像分割成多个小矩形块，通过二分搜索快速定位指纹中心区域。然后，对分割后的图像进行相应行的拼接，并根据动态规划思想利用非降帧序列对所有行进行优化。最后，采用基于偏离度的拼接缝隙检测，将拼接结果图像中的缝隙区域有效检测出来，结合多目标优化思想进行有效的质量优化。该方法能得到更加完整、有效的指纹面积，在提高指纹识别精度上优于现有方法，本发明专利技术提高指纹拼接精度、获取更多有效指纹面积且无明显拼接缝隙。

A real-time rolling fingerprint mosaic method based on dynamic programming and multi-objective optimization

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态规划和多目标优化的实时滚动指纹拼接方法
本专利技术涉及图像处理和模式识别等领域，尤其是一种滚动指纹图像序列拼接与拼接缝隙优化方法。
技术介绍
随着计算机技术的发展，生物识别技术已成为身份认证的首选方法，而指纹认证是最常用的方法。市场上的指纹采集器通常用平面压印法采集小面积的指纹,以致于采集人员很难每次采集到相同的指纹区域，提高了指纹认证的拒绝率。通过滚动同一根手指来捕获一系列指纹图像，并对其进行拼接以获得完整的滚动指纹，可以克服上述缺点。与平面指纹相比，滚动指纹的有效面积增加，提供了更多的指纹特征信息，使得身份认证更加准确。传统的指纹采集方法是采用墨压法采集滚动指纹。沾有墨水的手指在纸上滚动，然后墨水留在纸上，形成滚动的指纹。随着指纹采集器的专利技术，当手指在指纹采集器上滚动时，可以方便地采集指纹序列。通过指纹拼接，指纹序列可以得到完整的滚动指纹。目前，已有很多滚动指纹拼接方法。Duan等人提出了一种基于覆盖的拼接方法，通过计算每个像素的置信度来合成图像，并给出了5种合成方案。WangPeng等人提出了一种波形匹配方法来提取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于动态规划和多目标优化的实时滚动指纹拼接方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n1)滚动指纹的检测，过程如下：/n1.1)首先，利用初始状态下采集仪未放手指的采集界面作为背景帧I

【技术特征摘要】
1.一种基于动态规划和多目标优化的实时滚动指纹拼接方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)滚动指纹的检测，过程如下：
1.1)首先，利用初始状态下采集仪未放手指的采集界面作为背景帧I0，从检测出第一张指纹图像开始直至指纹消失，指纹采集仪能得到一系列指纹的灰度图像，该图像序列可用帧序列集合I＝{I1，I2，...，In}表示，其中Ii表示第i帧图像；
1.2)定义Ii(x，y)表示第i帧源图像中坐标为(x，y)的像素点灰度值，统计第i帧图像前景点数FGi，按照以下公式：
FGi＝|{(x，y)||Ii(x，y)-I0(x，y)|＞T1}|
其中，|{·}|表示集合中像素点的个数，T1是阈值；
1.3)图像的前景点数能有效地判断指纹是否出现，若第i帧图像的前景点数FGi大于设定阈值T2则认为该图像是指纹图像，反之则不是指纹图像；
2)图像块分割，过程如下：
2.1)将高为H、宽为W的指纹图像以矩形块形式分割，将其分割成若干个相同块，分割所得块的高为h、宽为w，若以W′表示宽度方向上切割块数的数量，H＇表示高度方向上切割块数的数量，那么分割出来的块数为W＇×H＇，图像块分割表达式如下：



2.2)对源图像序列进行图像分割，I′i表示图像分割后的第i帧图像，定义I′i(a，b)表示第i帧源图像分割后中第a行第b个图像块的灰度和，其值等于图像块内所有像素点的灰度值总和，如下：



L(a，b)＝{(x，y)|(a-1)×h+1≤x≤a×h，(b-1)×w+1≤y≤b×w}
a∈[1，H′]，b∈[1，W′]
其中，L(a，b)表示像素点坐标集合，其像素点均在分割后的图像I′i第a行第b个图像块内；
3)指纹中心区域定位，过程如下：
3.1)利用区域灰度和二分法对I′i中的搜索区域分为左右半区，不断往图像中灰度和最小的区域深入，直至区域范围缩小到一列图像块，最终找到真正坐落于指纹图像内的中心区域；
3.2)为了加快搜索速度，利用积分图思想快速计算图像区域灰度和，在积分图里，每一点的灰度值都是其位置所在图像中左上方区域的灰度值和，表达如下：



其中，SAT(Xi，Yi)表示I′i中第Xi行第Yi个图像块利用积分图计算得到的灰度值，其等于所有位置满足处于(Xi，Yi)左上方的图像块的灰度值求和；
3.3)根据上述思想，初始状态时整张图像经图像分割后被默认为待搜索的区域，现定义四个参数：l是待搜索区域最左边的列序号，其初始值是1；r是待搜索区域最右边的列序号，其初始值是W′；m是待搜索区域最中间的列序号，其为表示向上取整符号；d是待搜索区域的宽度，其为d＝|r-l+1|；
3.4)将待搜索区域左半区域所有像素点灰度值和定义为Gl，右半区域所有像素点灰度值和定义为Gr，上述两个参量计算公式如下：
Gl＝SAT(H＇，m)-SAT(H＇，l)



3.5)如果Gl≥Gr，那么选择右半区域为下一步需要搜索的区域，否则选择左半区域，在确定待搜索区域之后，l、r、m、d四个参数需要重新定义，Gl、Gr需要重新计算，直到d的值为1时终止，最终得到指纹中心的一列，即指纹中心区域，若指纹图像为第i帧，则记该帧图像的指纹中心区域的列序号为CR(i)，假设当前帧Ik的中心列序号为CR(k)，中心列中每一个指纹块都被定义为基准块，第i行基准块的位置是(i，CR(k))，每一行指纹图像块序列都是以基准块为中心；假定图像采集时指纹滚动方向从左往右，则定义：(1，2，...，CR(k)-1)为已拼接完成区域，(CR(k)+1，CR(k)+2，...，W′)为未拼接完成区域；
4)实时滚动指纹拼接，过程如下：
4.1)帧序号更新，从指纹出现开始为第1帧图像，假设当前帧是Ik，则前k-1帧的拼接结果为Is，实时拼接就是将Ik与Is拼接成新的指纹图像，图像中的每一块都会被标记其来源图像的帧序号；每一个图像都可以被转化为一个尺寸为W＇×H＇的帧序号矩阵，矩阵中每一个元素都对应着当前位置图像块的帧序号，设Ji(a，b)表示块分割后的图像I′i中第a行第b个图像块的帧序号；拼接过程可视为块的帧序号更新，原则是选择同时满足灰度值较小并且前景点数多的块，否则不更新块的帧序号，条件表达式如下：
if(I′k(a，b)＜I′s(a，b)∧FG′k(a，b)＞FG′s(a，b))thenJs(a，b)＝k
其中，FG′k(a，b)、FG′s(a，b)分别表示I′k和I′s第a行第b个图像块的前景点数，Js(a，b)表示I′s第a行第b个图像块的帧序号；
4.2)兵分两路同步更新，从第一行开始按行拼接，每一行的拼接策略都是一致的，都是从当前行的基准块开始拼接；从某一行基准块开始往左遍历已拼接区域的图像块进行拼接，如果当前帧Ik的图像块与Is中同一位置的图像块满足帧序号更新条件，则需要将Is中该位置的图像块帧号更新为k，并继续判断当前块左侧的块，一旦出现帧序号更新条件不满足时，已拼接区域的拼接就立即停止；为了使未拼接区域的指纹图像更加完整，从当前行的基准块开始往右遍历未拼接区域的图像块进行拼接时采用如下不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永良，吴一帆，高明华，罗天，徐远洋，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33