基于MATLAB实现的指纹图像预处理

第34卷第4期 西南民族大学学报·自然科学版 Journal of Southwest University for Nationalities·Natural Science Edition 文章编 ： 1 003-2843(2008)04-0836-03 基于 MATLAB实现的指纹图像预处理 太艳荣 (西南交通大学，成都 610031) 摘’要：指纹图像的质量相对于指纹识别而言非常关键，但实际操作中获取到的图像往往包含各种噪声．比如伤疤、汗 渍、污迹以及与指纹采集设备的不均匀接触．在前人的基础上提出了一套基于Matlab实现的指纹识别预处理算法．本文 给出了用 Mallab对每个指纹图像处理功能模块的算法实现、改进方法及处理结果，主要 包括分割、归一化、增强和细 化等．用Matlab实现的这种方法，既能分步对指纹图像预处理算法进行仿真测试、又可以很直观地看到图像处理算法的 效果，有效配合了算法的研究．实验证明，用Matlab实现的算法处理结果比较理想，满足识别的应用性． 关键词：指纹识别；预处理 ；分割；增强；细化 中图分类号：TP391 文献标识码：A 指纹识别已经有 100多年的历史，由于指纹具有唯一性、永久性和稳定性使得指纹识别成为最广泛使用的 生物特征识别技术．近 30年来，自动指纹识别技术取得了较大的成功，但是由于各种噪声仍然存在，比如伤疤、 汗渍、污迹、扭曲等等，直接影响到指纹识别的效率【l1．所以，指纹图像预处理算法仍然是模式识别领域的一个 热点． Matlab既是一种高效、直观的计算机语言， 时又是一个科学计算平台．它为数据 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和数据可视化算法、 应用程序开发提供了核心的数学和高级图形工具．作为 像处理的仿真工具，Matlab提供了功能强大的 像处 理函数，给仿真者提供了很大的便利性[2,31．最重要的是它缩短了开发周期．在指纹预处理仿真过程中，Matlab强 大的数学函数和和方便的图像显示功能得到极大的发挥． 本文在前人的基础上提出一套基于 Matlab实现的指纹图像预处理算法，并给出了改进的几个模块算法． 本文的算法都是通过Matlab仿真而验证的，以Matlab作为指纹识别算法仿真的平台． 1 指纹识别系统的工作原理 指纹识别流程如 1所示【 ， ． 采集到的指纹图像包含各种噪声，所以很有必要去除噪声以实现正确匹配．通常预处理包括分割、归一化、 平滑、方向滤波、二值化和细化，它的好坏直接影响到指纹识别的效果．在此基础上，提取指纹特征信息，得到 输入指纹特征模板，然后用输入指纹特征模板与已登记的指纹特征模板相比较，最后显示识别结果． 2 分割 分割是把前景区域和背景区域分离开来．前景区域是感兴趣部分，对指纹图像来说，就是包含脊线和谷线 的清晰区域．所以分割操作能有效去除噪声，并使后续操作更加简单．这也是首先进行分割操作的原因． 本文使用的分割方法基于形态学操作．具体操作是：首先腐蚀原图得到离散块，然后利用阈值法[2]得到掩 收稿日期：2008—03一¨ 作者简介：太艳荣(1983-)，女，西南交通火学硕-A 研究 ， 究方向：指纹识别技术研究 维普资讯 http://www.cqvip.com 第4期 太艳荣：基于MATLAB实现的指纹图像预处理 837 模图；在上述过程中小块被加入到主块；最后把获得的最大块作为指纹区域，至此，分割操作完成． 3 归一化 图 l指纹识别系统框架 为了 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化输入图像的灰度值，通过对灰度范围进行归一化调整使其灰度值在特定区域内．一幅指纹图 像，I，定义为 W*H矩阵，其中I(i'j)表示第i行第j列像素的灰度值．该指纹图像，I，的均值和方差定义为： (，) H-I W -I，( ) ’ G ：Mo+J! ，，c ，> ， 尺(，)=· i=0 j=0 (，( 一 (，)) ， 【 一VARo(I(i,j)-M(I))2。，。 · 4 增强算法 对于一幅指纹图像，方向场和频率场分别表示局部区域的瞬n,-t~laj和频率．到目前为止，有很多方法可以 估算指纹图像的局部方向和局部频率．本文采用Hong et a1．(1 998)提出的算法，但是本文以像素独立的方向场取 代了文献[3]中块独立的方向场．步骤如下： (1)把归一化图像划分为W'W(1 6木1 6)的小块． (2)在每--d,块中计算像素(x，y)处的梯度 ax(i，，)和 (f， ．，)，这里可以采用简单的Sobel算子． (3)接下来计算以像素 (} i)为中心的方向． _，)=1 2 tan一 了 ( ( )a 2( )) 2 2 2 2 ( ) ( ) 2 2 (4)修正不正确的局部脊线方向，在无奇异点的邻域中用低通滤波器平滑方向场． (5)在上面得到的方向场基础上，沿其垂直方向投影每一块所有像素的灰度值．该投影形成—维正弦波，其极值 点对应指纹的脊线和谷线． (6)假定T(ij)作为上述一维正弦波两相邻峰值之间的平均像素数，则频率F(i，j)计算为F(ij)=1／T(ij)． 一 旦脊线方向场和频率场确定，这些参数可以j{{来构造偶对称Gabor滤波器．适当调制的Gabor滤波器可以有 效保留脊线结构，同时去除噪声． ( ： ， -exp{一 I善+善l}cos(2万向)， ． =XCOS + ．vsin ， =-xsin#+ycos#． 维普资讯 http://www.cqvip.com 838 西南民族大学学报·自然科学版 5 细化 第34卷 细化之前进行二值化把 像转化为二值 像，可以提高指纹 像中脊线和谷线的对比度，因此有利于细节 点提取．本文采用Ostu的方法[2]从增强 像得到合适的阈值．二值化以后，利用[5]中的细化方法完成两次子衍 环．但是实验过程中发现两次子循环往往不够，不能使前景像素点只有一个像素宽 所以子循环进行到没有像 素点可以删除为止． (a)原图像 (b)分割图像 (c)归一化图像 参考文献： 【l】 郭晶莹，吴晴，商庆瑞．基于M atlab实现的指纹 像细节特征提取【J】．汁算机仿真，2007，24(1)． 【2】 OTSU N A．thresholding selection method from gray-level histogram[J]．1EEE Transactions on Systems，Man，and Cybernetics 1979，9(1)：62-66． 【31 【4】 【5】 HONG L，WAN Y’JAIN A K．Fingerprint image enhancement： Algorithm and performance evaluation[J]．1EEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 20．8 1 998：777—789． JA1N A K．FARROKHN1A．F．Unsupervised Texture Segmentation Using Gabor Filters[J]．Pattern Recognition，1 99 1．24(1 2)： l167．1186， GUO Z．AND HALL R w Parallel thinning with two-subiteration algorithms[J]．Communications ofthe ACM，1989，32(3)：359-373 Fingerprint proprocessing algorithm based on M atlab TAIYah-rong (Southwest Jiaotong University,Chengdu 6 1 003 1，P R．C．) Abstract：The quality of fingerprint image is essential to fingerprint recognition，but in practice the images obtained arc always corrupted by various noises，such as scars，humidity,dirt，and non-unitbrm contact with the fingerprint capture device．Based on the fomer researches，this paper gives a fingerprint preprocessing algorithm by means of Matlab．It provides the relative algorithms，improvement and experiment results ofevery module，mainly including segmentation，normalisation，enhancement an d thinning．The tool Matlab can effectively test these algorithms and display direct results of processing steps cooperating algorithm research wel1．It proves that the algorithm results realized by Matlab are ideal，and can meet the requirements of fingerprint recognition． Key words：fingerprint recognition；preprocessing；segmentation；enhancement；thinning 维普资讯 http://www.cqvip.com