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Matlab实现的指纹图像增强


电子科技 2009 年第 22 卷第 6 期

图像 ? 编码与软件

基于 Matlab实现的指纹图像增强
王建英 , 陈世华 , 孙胜利
(天津开发区职业技术学院 电子信息系 , 天津  300457 )
摘    要 在指纹识别系统中 , 指纹图像增强技术起着关键性作用 。为了得到较好的指纹图像增强效果 , 提 高指纹识别的准确率及速度 , 文中介绍了一套基于 M atlab 实现的指纹图像增强方法 。这种方法在 M atlab 环境下 运行 , 指纹图像增强过程是基于小波分析方法 。利用低频系数图像在小波域估计指纹纹线方向 , 这样就可以有 效的抑制高频噪声对纹线方向的影响 。实验表明 , 用 M atlab 实现的这种指纹图像增强方法 , 既简单快速 , 而且 又取得了较好的指纹图像增强效果 。 关键词  M atlab; 方向图 ; 方向滤波 ; 小波分析 中图分类号  TP391    文献标识码  A    文章编号  1007 - 7820 ( 2009 ) 06 - 037 - 04

Rea liza tion of the F in gerpr in t I mage Enhancem en t Ba sed on M a tlab W ang J ianying, Chen Shihua, Sun Shengli
( Department of Electronic Information, TEDA Polytechnic, Tianjin 300457, China) Abstract Fingerp rint image enhancement is essential in fingerp rint recognition. To achieve good finger2 Keywords M atlab; direction 2 map; direction of ridge; wavelet transform

   指纹识别作为一种重要的生物识别技术 , 近几 年得到了飞速的发展。自动指纹识别系统主要靠细 节特征的匹配来实现指纹识别 , 所以细节特征的准 确性和精度将直接影响指纹识别结果的准确性。而 影响细节特征提取的关键因素是指纹图像的质量 , 由于指纹模糊不清 , 给特征提取造成困难 , 这就要 求对采集到的原始指纹进行预处理 , 增强指纹图像 的有效信息 , 消除干扰噪声 , 提高图像质量。 文中介绍了一套基于 M atlab 实现的指纹图像 增强算法 , 文中的算法通过 M atlab 仿真验证 , 以
收稿日期 : 2009 204 202

作者简介 : 王建英 ( 1979 - ) , 女 , 讲师 , 硕士 。研究方向 : 图像识别技术 。陈世华 ( 1936 - ) , 男 , 教授 。研究方向 : 研究方向 : 自动检测技术 。

电子与电工技术 。孙胜利 ( 1966 - ) , 男 , 副教授 , 硕士 。

p rint image enhancement effect and imp rove the accuracy and speed of fingerp rint recognition, this paper de2 age is enhanced by the wavelet analysis method. A direction 2 map 2based fingerp rint im age enhanced in the wave2 ed. The experimental results show that this M atlab based algorithm is simp le and quick and can achieve good fingerp rint image enhancement effect . let domain is designed based on the low quality fingerp rint, and the effect of the low quality could be restrain2 scribes a method for the realization of the fingerp rint image enhancement based on Matlab. The fingerp rint im 2

M atlab 作为指纹图像识别算法仿真的平台 , 既有较

高的准确率 , 又可以大大减小仿真难度 。

1   atlab 语言简介 M

M atlab语言是一种优秀的计算机语言 , 具有数

学运算能力是它的突出优点之一 。许多在 C 语言 中或者其他高级语言中很复杂的问题在 M atlab 语 言编程中只需要一条专用指令就可以完成 , M atlab 语言的所有计算都基于矩阵运算完成 。所以 , M at2 lab 中的所有变量都定义为矩阵 , 所有的运算都是 关于矩阵的运算 , 它是一种解释型语言 , 几乎没 有格式上的限制 。为了缩短算法的开发周期 , 运 用 M atlab 语言描述简单和图形显示功能比较强大 的特点 , 以它作为指纹图像识别算法仿真的平台 。
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图像 ? 编码与软件
21212   方向图计算 ( ii, jj) ; G ( i, j) ;

基于 M atlab实现的指纹图像增强

2  指纹图像增强
211   指纹图像的规格化 else
m

规格化的目的是把不同原图像的对比度和灰 度调整到一个固定的级别上 , 为后续处理提供一 个较为统一的图像规格 。设指纹图像 G 的大小为 M × , G ( i, j) 为像素点 ( i, j) 的灰度 , M 和 VAR N 分别为原指纹图像的均值和方差 , NOR ( i, j) 为规 格化后的像素点 ( i, j) 的灰度 , M 和 VAR 可以通 过公式 ( 1 ) 和 ( 2 ) 计算得到 。指纹图像的归一化算 法主要算法如下 : m ean_ s =m ean_ s + G ( i, j) ; m ean_ s =m ean_ s/ (M 3 N ) ;  varn_ s = varn_ s + ( G ( i, j) - mean_ s) ^2;  varn_ s = varn_ s/ (M 3 N ) ;   if ( ( G ( i, j) - mean_ s) < 0 ) MM ( i, j) =Mo ( ( Vo / varn _ s) 3 ( ( G ( i, j) mean_ s) ^ ) ) ^ 15; 2 0 为
mean_ s) ^ ) ) ^ 15; 2 0 2 212   基于小波分析的指纹方向图估计 21211   图像的小波多分辨分析
  8 Electronic Sci1 & Tech1 /Jun115, 2009 3 

文中提出的算法仅考虑低频图的信息来估计 纹线方向 , 因此需选择使高频图含有较少的信息 [1 - 3] 量且具有紧致性的小波基 。指纹图像可以被看 作输入信号 , 用 dB7 小波将指纹图像进行小波分 解得到 1 个低频图和 3 个高频图 。若输入的指纹图 像大小为 ( m × ) , 由图 3 可知 , 低频图的维数均 n × 。 2
n

MM ( i, j) =Mo + ( (Vo / varn_s) 3 ( ( G ( i, j) 图 1  原始指纹图像进行规格化

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方向滤波算法 , 依赖于纹线方向的准确估 计 。指纹图像在局部区域内几乎所有像素点的方 向是一致的 , 且在小波分解后小波低频系数的分 布与原指纹图像的像素分布基本相同 , 因此低频 系数图很好地保留了原指纹图像的纹线方向和频 率信息 , 且抑制了高频扰动对纹线方向和频率信 息的影响 。指纹图像模糊的局部区域可看作是图 像局部区域灰度的高频扰动 , 因而在小波域仅对 其低频系数图做纹线方向估计将削弱指纹过干或 过湿区域对方向估计的影响 。 文中对小波低频系数图采用 Rao 算法来估计纹 线方向 , 主要算法为如下 for ( ii = ( i - 1 ) 3 8 + 1: 1: i3 8 )     for ( jj = ( j - 1 ) 3 8 + 1: 1: j3 8 )      m ean _ s ( i, j) = m ean _ s ( i, j) + G      num _ s ( i, j) = num _ s ( i, j) + 1;     end    end   mean_s ( i, j) =mean_s ( i,   varn_ s ( i, j) = varn_ s ( i, mean_ s ( i, j) ) ^ 2;   varn_s ( i, j) = varn_s ( i,  for ( i = 1: 1: MM )   for ( j = 1: 1: NN )
j) / num_s ( i, j) ; j) + ( G ( i, j) j) / num _s ( i, j) ;

[6 - 8]

    for ( jj = ( j - 1 ) 3 8 + 1: 1: j3 8 )      G ( ii, jj) =Mo; im show ( G) p ( 1 ) = G ( i - 4, j) + G ( i - 2, j) + G ( i + 2, j) + G ( i + 4, j) - G ( i, j) ; p ( 2 ) = G ( i - 4, j - 2 ) + G ( i - 2, j - 1 ) + G ( i + 2, j + 1 ) + G ( i + 4, j + 2 ) http://www.cnki.net

jj) - mean_ s ( i, j) ) ^ ) ) ^ 15; 2 0

else G ( ii, jj) =Mo + ( Vo / varn_ s ( i, j) 3 ( ( G ( ii, jj) - mean_ s ( i, j) ) ^ ) ) ^ 15; 2 0 else  for ( ii = ( i - 1 ) 3 8 + 1: 1: i3 8 )

  if~ ( varn_ s ( i, j) = = 0 )  for ( ii = ( i - 1 ) 3 8 + 1: 1: i3 8 )   for ( jj = ( j - 1 ) 3 8 + 1: 1: j3 8 )    if ( ( G ( ii, jj) - m ean_ s ( i, j) ) < 0 ) G ( ii, jj) =Mo - ( Vo / varn_ s ( i, j) 3 ( ( G ( ii,

基于 M atlab实现的指纹图像增强

图像 ? 编码与软件
   下面以水平滤波器为例进行说明 , 其他方向 的滤波器模板可以通过旋转得到 。 设滤波器模板大小为 n ×n, n 由指纹图像中 脊线和谷线的宽度决定 , 边宽一般是 , 3 ~10 个像 素 , 经过对 5 × 到 15 × 的宽度作实验对比 , 以 5 15 n = 7 效果最佳 , 所以取 n = 7。滤波器的系数分布 , 如图 3 所示 。
D C B A B C D D C B A B C D D C B A B C D D C B A B C D D C B A B C D D C B A B C D D C B A B C D

p ( 3 ) = G ( i - 4, j - 4 ) + G ( i - 2, j - 2 ) + G ( i + 2, j + 2 ) + G ( i + 4, j + 4 ) - G ( i, j) ; p ( 4 ) = G ( i - 2, j - 4 ) + G ( i - 1, j - 2 ) + G ( i + 1, j + 2 ) + G ( i + 2, j + 4 ) - G ( i, j) ; p ( 5 ) = G ( i - 4, j) + G ( i - 2, j) + G ( i + 2, j) + G ( i + 4, j) - G ( i, j) ; p ( 6 ) = G ( i - 4, j + 4 ) + G ( i - 2, j + 2 ) + G ( i + 2, j - 2 ) + G ( i + 4, j - 4 ) G ( i, j) ; p ( 7 ) = G ( i - 4, j + 4 ) + G ( i - 2, j + 2 ) + G ( i + 2, j - 2 ) + G ( i + 4, j - 4 ) - G ( i, j) ; p ( 8 ) = G ( i - 4, j + 2 ) + G ( i - 2, j + 1 ) + G ( i + 2, j - 1 ) + G ( i + 4, j - 2 ) - G ( i, j) ; P ( i, j) =m in ( p ) ; 213   方向图滤波
[5]



像素点选择 。设计思想是使指纹纹线在切向平滑 、 在法向锐化 , 以消除指纹图中纹线的断裂和叉连。 具体算法如下 : ( 1 )滤波器模板的设计 。

成而成的 。平均滤波器的系数满足 A > B > C > D >
0, 若图像中出现断点 , 即这一点的灰度值比周围

的灰度值小 , 经过平均滤波器处理后其灰度值就 接近临近点的灰度值了 , 所以平均滤波器具有连
2C + 2D = 0。一个基本的方向滤波器 , 如图 2 所

接断点的作用 , 分离滤波器的系数应满足 A + 2B + 示 。应该同时具备两种功能 , 它相当于平均滤波 器加上分离滤波器 , 所以它的系数是平均滤波器 和分离滤波器的系数之和 。经反复试验得到一组 最佳系数 A = - 5, B = 1, C = 3, D = 3。

                                        电子科技 /2009 年 6 月 15 日 ? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

文中利用前面获取的方向图 , 采用 O π man 等 Gor 设计了一套方向滤波器模板 , 供不同的方向的 方向滤波器是由平均滤波器和分离滤波器合
图 2  原始指纹图像的小波分解

图 3  方向滤波器模板系数 (7 × 7)

( 2 )选取滤波模板 。

选取滤波模板以后 , 对图像进行滤波 , 将图像 分成 w × 的小块 , 文中采用 w = 8 进行了实验 。根 w 据上面计算得到的低频指纹方向图判断每一小块所 在的方向 , 采用相对应的滤波模板进行滤波 。由于 指纹是具有方向性和谷脊交替性的特殊图像 , 所以 要根据像素点方向不同而采用不同的滤波模板 。

3  实验结果
文中算法是对指纹库中低质量指纹提出来的 , 为了验证本算法 , 从采集到的指纹库选取了每个 指纹的 1 幅低质量指纹图像样本 , 组成一个 110 幅 图像的样本库 , 用于验证文中方法的效果 。 实验 采 用 CPU 为 Intel p4 310 GHz 的 PC, W indow XP操作系统 , M atlab615 的仿真软件环境 。 指纹库采 集分 辨率 为 500 dp i, 指 纹 采 集 设 备 为 P IS2004 光学指纹采集仪 , 图像尺寸大小为 640 × 480。文中算法实验的部分实验结果 , 如图 4 所示 。 图 4 给出了区域模糊的指纹图像图 4 ( a ) 和增 强后的图像图 4 ( b ) , 从上面的实验结果可以看到 采用文中所述的方法 , 在小波分解的子图上进行 处理 , 不仅减少了计算量 , 而且实现了使断开的 脊线得到连接 。脊线和谷线分离 , 极大的提高了 指纹图像的质量的目的 , 从而为后续的指纹细节 特征的提取的准确性提供保证 。 (下转第 52 页 )
39

电子 ? 电路

高速数字电路中的数据交换实现方法研究

可以 使 用 。通 过 改 进 , 目 前 TS201 链 路 口 通 过 DCF IFO 和 FPGA 通信已应用于某雷达系统中 。 参考文献
图 8   7 对应的仿真波形 图
[ 1 ]  Analog Devices Inc. Tiger SHARC DSP Hardware Reference Re - vision 1 0 [ Z]. US Analog Devices Inc, 2003 . A: . [ 2 ]  Analog Devices Inc. Tiger SHARC DSP Programm ing Ref2 erence [ Z]. USA: Analog Devices Inc, 2003. [3]  闵晓勇 . DSP 与单片机串口通信的设计与实现 [ J ].

3  结束语
文中描述了用 A ltera库中 DCF IFO 实现 DSP 和 FPGA 通信的几种方法 。给出了 FPGA 的顶层逻辑 视图 , 并给出了仿真波形 , 这 3 种方法在实际工程 中均已经得到了运用 。 111 节中流水协议的通信中 文中论述的这种通信方法在 TS201 的情况下也
(上接第 39 页 )
图 4  实验结果

电子科技 , 2005 (9) : 15 - 18.

[4]  刘书明 , 苏涛 , 罗军辉 . [ 5 ]   A ltera Corporation.

Tiger SHARC DSP 应用系统

设计 [M ]. 北京 : 电子工业出版社 , 2004.

发现在时钟速率超过 DSP的 SCLK /2 时会出现丢失 数据的情况 , 而 112 节中慢速设备协议在 SCLK /3 的传输速率时能很好运行 。 211 节和 212 节中链路 口通信在 DSP 设置传输速率为 CCLK /3 时能很好 运行 , 这样传输速率为 116 GB / s。

F IFO Partitioner M egafuction U ser

Guide [ Z ]. USA: A ltera Corporation, 2005.

[ 6 ]  A ltera Corporation. Cyclone Device Handbook A ltera [ Z]. US A ltera Corporation, 2005. A:

[7]  苏军海 , 王海亮 . 基于 FPGA 的多 DSP 系统通信的

实现 [ J ]. 电子科技 , 2005 ( 12 ) : 52 - 55.

参考文献

[1]  张明 . 基于方向滤波的指纹图像增强算法 [ J ]. 微机

发展 , 2005, 19 ( 5 ) : 70 - 73.

[ 2 ]  田捷 , 杨鑫 . 生物特征识别技术理论与应用 [M ].

北京 : 电子工业出版社 , 2006.

[3]  温苗利 , 梁彦 , 潘泉 , 等 . 基于 Gabor函数的小波域

指纹图像增强算法 [ J ]. 计算机应用 , 2006, 26 ( 3) :
589 - 594.

4  结束语

指纹图像增强是自动指纹识别系统的一项关 键技术 , 有许多学者提供了许多不同的方法 。文

中通过对采集到的模糊的指纹进行小波变换 , 得 到低频图像 , 对低频图像求取脊线方向 , 构造一 组方向滤 波器 , 对低 频指 纹图 像进 行方向 滤波 。 实验证明 , 用 M atlab 实现的这种方法 , 既简单快 速而且指纹图像得到了较好地增强效果 。

  2 Electronic Sci1 & Tech1 /Jun115, 2009 5 

? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

[ 4 ]  JCP Sun M icrosystem s Java ( T ) Servlet Specification 214 . M Final Release [ S/OL ]. . ( 2003 - 11 - 12) [ 2008 - 03 01 ] http: / / jcp. org/ aboutJava / communit p rocess/ fi2nal/ jsr154 / index ht l . m. [ 5 ]  JCP. Sun M icrosystem s Java ( T ) 2 Platfor Enterp rise M m ( 2001 - 09 - 13 ) jcp. org . [6]  刘勇 , 晏蒲柳 , 郭成城 . 指纹图像脊线提取 [ J ]. 武

汉大学学报 , 2001, 47 ( 1 ) : 106 - 110. 人民邮电出版社 , 2004.

[ 7 ]  苏彦华 . 数字图像识别技术典型案例 [M ]. 北京 :

[ 8 ]  Kenneth R C. 数字图像处理 [M ]. 朱志刚 , 林学訚 ,

石定机 , 等 , 译 . 北京 : 电子工业出版社 , 1998.

Edition Specification, v113 [ S /OL ]. [ 2008 - 04 - 11 ] http: / /www.

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