[发明专利]非接触式指纹增强方法及曲率驱动的自适应滤波器

说明书

本发明公开了一种非接触式指纹增强方法及曲率驱动的自适应滤波器。该发明提供的非接触式指纹增强方法增强指纹图像信息的同时，有效地滤除了奇异点区域和非奇异点区域的噪声模式频率并保留了指纹纹线模式中的主频率；减少了图像灰度动态变化范围，使指纹图像灰度值达到预设值，从而提高提取指纹方向和指纹频率的准确性；增强了指纹图像信息频谱的主要成分，削弱了次要成分。而本发明所提供的曲率驱动的自适应滤波器实现了对指纹图像信息中的低曲率区域和高曲率区域分别滤波，在增强滤波效果的同时，很好的保护了指纹的原有脊线结构。

技术领域

本发明涉及一种指纹增强方法和一种滤波器，尤其是涉及一种非接触式指纹增强方法及曲率驱动的自适应滤波器。

背景技术

指纹是最早也是最有效的生物识别特征之一。指纹图像增强是指纹识别系统中重要的预处理环节，图像增强效果直接影响后续的识别结果。现有的许多指纹识别技术大多数是针对按捺式指纹图像，按捺式指纹具有不卫生、汗潜指纹的非法盗用、形变及用户不友好等缺陷。一定程度上限制了指纹在生物识别领域的应用。为避免按捺式指纹的缺陷，学者提出用数码相机等设备采集非接触式指纹。但是，非接触式指纹图像在采集过程中，受采样分辨率、相机曝光程度和聚焦等其他因素影响，图像不可避免地存在含噪声、脊线和谷线对比度低和背光不均匀等缺点，因此，不能将现有处理按捺式指纹的处理技术用于非接触式指纹图像。

指纹图像非奇异点区域的脊线变化平滑，脊线方向曲率较低，但是奇异点区域的脊线变化剧烈，脊线方向曲率较高。因为后续的指纹匹配和识别，主要依赖奇异点的检测，因此指纹增强的主要目的是准确恢复被噪声污染或断裂的指纹脊线结构。

大多数现有的滤波器，不管是空域滤波器还是频域滤波器，在滤波时没有考虑到指纹脊线的曲率，因此存在以下不足之处:现有方法多是对整个指纹脊线进行相同或是类似的滤波算法，不区分高曲率的奇异点区域和低曲率的非奇异点区域。因此这些方法很难估计低质量指纹的奇异点区域的脊线频率。非接触式指纹一般对比度低、光照不均且含噪，因此现有方法不能直接用于非接触式指纹增强。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种非接触式指纹增强方法，该方法能够在对光照不均、对比度以及含噪的非接触式指纹所采集到的指纹图像信息进行增强的同时，还能有效滤除奇异点区域和非奇异点区域的噪声模式频率并保留指纹纹线模式中的主频率。

此外，本发明的第二个目的在于提供一种曲率驱动的自适应滤波器，该滤波器能够对指纹图像中的高曲率区域和低曲率区域分别进行滤波，在增强滤波的同时，能很好的保护指纹图像中原有的脊线结构。

在此，为实现本发明的第一个目的，所提供的非接触式指纹增强方法，首先对所采集到的指纹图像信号进行预处理；再提取预处理后的指纹图像中的方向和频率；计算指纹图像的方向一致性，再根据方向、频率和方向一致性在频率域构建相应的巴特沃斯陷波带阻滤波器H_NR(u,v)和巴特沃斯陷波带通滤波器H_NP(u,v)分别对指纹低曲率区域和指纹高曲率区域进行滤波，对滤波后的指纹图像进行逆傅里叶变换重构整幅图像。

本发明提供的方法通过高低通滤波器分别对指纹中的低曲率区域和指纹高曲率区域进行滤波，在对非接触式指纹所采集到的指纹图像信息进行增强的同时，有效地滤除了奇异点区域和非奇异点区域的噪声模式频率并保留了指纹纹线模式中的主频率。此外，该方法还能针对光照不均、对比度以及含噪的指纹图像进行增强。

具体的，所述指纹图像信号进行预处理是对采集的指纹图像进行直方图均衡化和归一化预处理，具体步骤为：

A：将采集的指纹图像分成相互重叠的w×w的指纹块B(i,j)；

B：利用以下之一关系式对各指纹块B(i,j)进行归一化处理，获得归一化后的指纹块图像g(x,y)；

或