[发明专利]一种基于一维滤波的指纹图像增强方法

权利要求书

1.一种基于一维滤波的指纹图像增强方法，包含下述步骤：

步骤1、对指纹前景区域图像gray0进行灰度截剪和灰度拉伸以提高指纹脊线和谷线的对比度，具体包括以下步骤：

步骤1-1、计算指纹前景区域图像gray0的灰度平均值Mean，上均值Upper_mean，下均值Under_mean，上标准差Upper_var和下标准差Under_var：

Mean=1MNΣi=1MΣj=1Ngray0(i,j);]]>

Under_mean=1N0Σk=1N0gray0(i,j),]]>若gray0(i，j)＜Mean；

Upper_mean=1M0Σk=1M0gray0(i,j),]]>若gray0(i，j)＞Mean；

Under_var=1N0Σk=1N0(gray0(i,j)-Under_mean)2,]]>若gray0(i，j)＜Mean；

Upper_var=1M0Σk=1M0(gray0(i,j)-Upper_mean)2,]]>若gray0(i，j)＞Meaan；

上述公式中，gray0(i，j)表示指纹前景区域图像gray0中像素点(i，j)的灰度值，M为指纹前景区域图像gray0在一维横向上的像素点个数，N为指纹前景区域图像gray0在一维纵向上的像素点个数，MN为指纹前景区域图像gray0总的像素点个数，N₀为灰度值小于平均灰度值Mean的像素点个数，M₀为灰度值大于平均灰度值Mean的像素点个数；

步骤1-2、对指纹前景区域图像gray0进行如下方式的灰度截剪，得到灰度截剪的指纹前景区域图像gray1，以消除尖锐噪声，具体包括以下步骤：

步骤1-3、对经步骤1-2所得的灰度截剪后的指纹前景区域图像gray1按下述公式进行灰度拉伸，使灰度范围为[0，255]，得到灰度拉伸的指纹前景区域图像gray2；

gray2(i,j)=gray1(i,j)-low_boundhigh_bound-low_bound×255]]>

其中，high_bound为步骤1-2灰度截剪后的指纹前景图像gray1的灰度最大值，low_bound为步骤1-2灰度截剪后的指纹前景图像gray1的灰度最小值；

步骤2、计算经步骤1所得的灰度拉伸的指纹前景图像gray2的点方向场，具体包括以下步骤：

步骤2-1、用高斯滤波器g_σ对步骤1所得的灰度拉伸的指纹前景区域图像gray2进行平滑，得到平滑图像v。

v＝gray2*g_σ

gσ(i,j)=12πσexp(-i2+j22σ2)]]>

其中，σ为高斯滤波器g_σ的标准差，*代表卷积运算；

步骤2-2、计算图像v的横向一阶差分图像v_x和纵向一阶差分图像v_y；

步骤2-3、计算图像v的每一像素的结构张量S，其中g_ρ是标准差为ρ的高斯滤波器，

S=abbc=gρ*vx2vxvyvxvyvy2]]>

其中，b＝g_ρ*v_xv_y，*代表卷积运算；

步骤2-4、计算结构张量的小特征值所对应的特征向量，并通过下式计算其对应的指纹的脊线方向O(i，j)：

O(i,j)=arctan2bc-a-(c-a)2+4b2]]>

步骤3、对灰度拉伸的灰度图像gray2的每一像素点(i，j)，在脊线方向上用一维高斯滤波器h(k)，k∈[1，N]进行平滑，并得到平滑图像enhance_gray；

enhance_gray(i,j)=Σk=1Nh(k)×gray2(xi,yj)]]>

xiyi=ij+kcosO(i,j)sinO(i,j)]]>

步骤4、对平滑图像enhance_gray的每一像素点(i，j)，在梯度方向上，即垂直于脊线的方向上用一维Gabor滤波器g(k)，k∈[1，N]进行增强，得到增强图像result_gray；

result_gray(i,j)=Σk=1Ng(k)×enhance_gray(xi,yj)]]>

xiyi=ij+kcosθ(i,j)sinθ(i,j)]]>

g(k,f)=exp(-k22σ2)×cos(2πf)]]>

其中，θ(i，j)为垂直于O(i，j)的梯度方向；f为采用投影法估计的指纹脊线的频率；

步骤5、将增强图像result_gray代替灰度拉伸的指纹前景区域图像gray 2，重复执行步骤2-步骤4，重复执行3-4次后得到的增强图像result_gray即是最终的指纹增强图像。