專利名稱：形變指紋圖像的處理方法
技術領域：
本發明涉及指紋識別技術，特別是涉及一種形變指紋圖像的處理方法。
背景技術：
隨著社會的進步，身份識別的安全性日益得到人們的重視。傳統的身份識別往往 采用證件、密碼等方式。然而，證件可能會丟失或被復制；而密碼又容易被忘掉或產生混淆。 尤其是隨著網絡時代的來臨，越來越多的密碼設置困擾著人們開機密碼、郵箱密碼、銀行
密碼、論壇密碼......對于這些，如果設置相同的密碼，會增加安全隱患；如果設置不同的
密碼，又為密碼管理帶來了困擾。為此，以生物特征(例如，指紋、人臉、虹膜等)為辨別依 據的身份識別技術日益獲得人們的重視。其中，指紋識別的識別率高，且應用最為普及，被 公認為"物證之首"。 目前，對指紋識別技術的研究主要集中在圖像采集、圖像增強、指紋分類、指紋特 征提取和細節匹配等方面。其中，在采集指紋圖像的過程中，將不可避免的產生圖像噪聲。 例如，當手指按壓在指紋采集器上時，將不可避免的發生指紋的形變。但現有的指紋識別技 術均是采用了可變限界盒的方式來適應這一變化，并沒有對指紋的彈性形變做出專門的矯 正，而且現有的處理方式不符合人指紋按壓變形的規律，因此效果較差。

發明內容
本發明的目的在于提供一種形變指紋圖像的處理方法，以解決指紋采集過程中按 壓所帶來的形變問題。 為解決以上技術問題，本發明提供一種形變指紋圖像的處理方法，其包括在一原 始指紋圖像上定義一個中心位于指紋質心的注冊區，并從注冊區的圖像信息計算得到注冊 加權向量；在一采集的指紋圖像上定義一個中心位于指紋質心且大于所述注冊區的比對 區；在所述比對區內取多個與注冊區大小相同的比對匹配區，并分別從此多個比對匹配區 內的圖像信息計算得到多個加權向量；分別計算所述多個加權向量與注冊加權向量的相 關系數；取其中最大的相關系數作為指紋相似度系數；將所述指紋相似度系數與一閾值比 較，當指紋相似度系數大于所述閾值時，則判斷所采集的指紋圖像與原始指紋圖像來自同 一手指。 進一步的，在所述比對區內取多個與注冊區大小相同的比對匹配區，并分別從此 多個比對匹配區內的圖像信息計算得到多個加權向量的方法為定義一個大小與注冊區相 同的區域作為比對匹配區；在比對區內移動比對匹配區；每移動到一個位置，就計算一次 當前這個比對匹配區的加權向量。 進一步的，在比對區內移動比對匹配區的方式為從所述比對區的中心依次向外 移動所述比對匹配區，且移動量為橫向偏移1或縱向偏移1。 進一步的，在比對區內移動比對匹配區的方式為從所述比對區的一角順時針或 逆時針移動所述比對匹配區，且移動量為橫向偏移1或縱向偏移1。 3
進一步的，計算所述相關系數的公式為
其中，m、n是比對匹配區在比對區中的橫向和縱向偏移j
咖,"=p c / 、 " = 0，1，2……S)，
1 W-l _ z & -丄乞(『/0-，Wr(i)為注冊加權向量，Sr2為注冊區的方差；
1 w-i _ 2&(m， n)=丄Z(^(')(附，")—『v(w,")) ,Wv(i)(m，n)為比對匹配區的加權向:
w-i ，N.,=0
Sv2(m， n)為比對匹配區的方差；S (m, n) = — J](— ((附,")_『vO,"))。 以上形變指紋圖像的處理方法從指紋變形的規律出發，提出了一種加權比對的處 理方式，來減小由指紋變形所產生的誤差。在獲取原始指紋圖像階段，即指紋注冊階段，即 利用注冊加權向量來記錄原始指紋信息；而后在指紋圖像比對階段，在一個大于注冊區的 比對區內進行加權比對。這樣，又將指紋采集階段手指按壓力度與原始指紋采集階段按壓 力度不同等因素考慮進來，擴大比對范圍，從而獲得最優的比對匹配區，進一步減小指紋變 形所產生的誤差。相對于現有技術，本發明更加符合人指紋按壓變形的規律，效果較佳。


圖1為一種指紋橫截面輪廓及其變形的數學模型示意圖； 圖2為本發明一實施例所提供的形變指紋圖像的處理方法的流程示意圖； 圖3為本發明一實施例中所定義的比對區與比對匹配區的示意圖。
具體實施例方式
為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉示例性實施例，并配合附 圖，作詳細說明如下。 對于人的指紋，其橫截面的曲率要比縱截面的曲率大很多，因此沿橫截面方向的 變形要比沿縱截面的變形大得多。而沿橫截面的指紋輪廓可以用一條拋物線很好的擬和， 如圖l所示。 當手指按在指紋傳感器上時，此拋物線的輪廓將被壓平。假設手指表面上兩點之 間的距離在手指被壓平時不變，如圖1所示，當手指壓平時，手指表面上點A會移動到點A'， 即 ^;而 (1)
拋物線的函數解析式為 y = ax2 (2) 因此，可以得到變形量
_ _ L _ _ v4M"= J"W —^"0= j^l + (y)2血-v4"(9
t o
4
=，力+ 4a2x〗+ 7In(2欲4 +力+ 4a2x〗)-x/ 本發明從以上指紋變形的規律出發，經過分析與實驗，提出了一種加權比對的處 理方式，來減小由指紋變形所產生的誤差，并將這一方法應用在后續的比對過程中。且在比 對處理過程中，充分考慮到原始指紋采集與后來的指紋采集過程中，手指的按壓力度不同 不同等因素可能導致兩次采集的指紋質心不同等問題。進而擴大比對范圍，在一個大于注 冊區的范圍內進行信息采集，找到最為有效的區域，進行指紋匹配比較。
具體結合圖2描述如下 假設輸入的指紋圖像已二值化，且其圖像尺寸已標準化為256*256像素，并且圖 形的中心已與指紋的中心基本重合。該加權比對處理方法應用于注冊和比對兩個過程，如 圖2所示，包括如下步驟
注冊過程 步驟SI :在原始指紋圖像上定義一個中心位于指紋質心的注冊區，并從注冊區的
圖像信息計算得到注冊加權向量。
比對過程 步驟S2 :在采集的指紋圖像上定義一個中心位于指紋質心且大于所述注冊區的 比對區；步驟S3 :在比對區內取多個與注冊區大小相同的比對匹配區，并分別從此多個比 對匹配區內的圖像信息計算得到多個加權向量； 步驟S4 :分別計算所述多個加權向量與注冊加權向量的相關系數；
步驟S5 :取其中最大的相關系數作為指紋相似度系數； 步驟S6 :將所述指紋相似度系數與一閾值比較，當指紋相似度系數大于所述閾值 時，則判斷所采集的指紋圖像與原始指紋圖像來自同一手指。 舉例而言，定義的注冊區為一個中心位于指紋質心，大小為，N像素的方形區域 (其中N為正整數)，這樣便可以從注冊區的圖像信息計算得到注冊加權向量，并將其作為 指紋的注冊數據存儲。 下面結合圖3詳細描述比對過程定義一個中心也位于指紋質心，大小為 (N+S)*(N+S)方形區域作為比對區IOO，且定義一個大小為，N方形區域作為比對匹配區 200，如圖3所示。在比對過程中，將計算比對匹配區的圖像的加權向量，并計算該加權向量 與注冊加權向量的加權相關系數。詳細描述如下 如前面所討論的，注冊區和比對匹配區的大小都是N*N像素，因此可以用一個N*N
的矩陣來表示它們。并且，如下式定義加權向量 WT = FXGT (4) 其中，GT表示由加權系數組成的列向量，它由加權函數沿橫坐標為整數坐標值時 的采樣值組成。F為注冊區內的原始指紋圖像，WT即為對應于F的加權向量。 在注冊過程中，注冊加權向量WrT，其平均值WrT及方差S/將被記錄作為指紋注冊數據。 在比對過程中，比對匹配區在比對區內移動，且每移動到一個位置，就計算一次當 前這個比對匹配區的加權向量。其中比對匹配區在比對區內移動的方式可以是從比對區 的中心向外依次移動，或從比對區一角順時針或逆時針移動，直至覆蓋整個比對區；且移動量為橫向偏移1或縱向偏移1。舉例而言，比對匹配區從比對區的左上角滑移到右下角。 每滑移到一個位置，就計算一次當前這個比對匹配區的加權向量WvT(m， n)以及其平均值
及方差Sv2(m， n)，其中，m， n是比對匹配區在比對區中的橫向和縱向偏移量。 獲得以上加權向量以后，便可以計算比對匹配區和注冊區的相關系數(即比對匹 配區的加權向量與注冊加權向量的相關系數)，其計算公式如下 二~^(m，n = 0，l，2......S) (5) 其中，m、n是比對匹配區在比對區中的橫向和縱向偏移量；
j 1 1 _ 2 S、丄，(W)-F)，Wr(i)為注冊加權向量，S/為注冊區的方差； Sv(m， n) = #g(O,")-『v(m，")) ，Wv(i)(m， n)為比對匹配區的加權向量， Sv2(m， n)為比對匹配區的方差； n) = —Z(『/')-^)(『v(')(附，")-^(附,"))。 如此，便可以得到兩個指紋的相似度系數，公式如下
i = ,x|i (w，")| 那么，判斷指紋是否來自同一個手指的標準是便是基于這個相似度系數。具體而 言，如果R > T (T為閾值)，則認為所采集的指紋圖像與原始指紋圖像來自同一手指；否則 認為它們來自不同的手指。 綜上所述，以上形變指紋圖像的處理方法從指紋變形的規律出發，提出了一種加 權比對的處理方式，來減小由指紋變形所產生的誤差。在獲取原始指紋圖像階段，即指紋注 冊階段，即利用注冊加權向量來記錄原始指紋信息；而后在指紋圖像比對階段，在一個大于 注冊區的比對區內進行加權比對。這樣，又將指紋采集階段手指按壓力度與原始指紋采集 階段按壓力度不同等因素考慮進來，擴大比對范圍，從而獲得最優的比對匹配區，進一步減 小指紋變形所產生的誤差。相對于現有技術，本發明更加符合人指紋按壓變形的規律，效果 較佳。 以上僅為舉例，并非用以限定本發明，本發明的保護范圍應當以權利要求書所涵 蓋的范圍為準。
權利要求
一種形變指紋圖像的處理方法，其特征是，包括在一原始指紋圖像上定義一個中心位于指紋質心的注冊區，并從注冊區的圖像信息計算得到注冊加權向量；在一采集的指紋圖像上定義一個中心位于指紋質心且大于所述注冊區的比對區；在所述比對區內取多個與注冊區大小相同的比對匹配區，并分別從此多個比對匹配區內的圖像信息計算得到多個加權向量；分別計算所述多個加權向量與注冊加權向量的相關系數；取其中最大的相關系數作為指紋相似度系數；將所述指紋相似度系數與一閾值比較，當指紋相似度系數大于所述閾值時，則判斷所采集的指紋圖像與原始指紋圖像來自同一手指。
2. 根據權利要求1所述的形變指紋圖像的處理方法，其特征是，在所述比對區內取多 個與注冊區大小相同的比對匹配區，并分別從此多個比對匹配區內的圖像信息計算得到多 個加權向量的方法為定義一個大小與注冊區相同的區域作為比對匹配區； 在比對區內移動比對匹配區；每移動到一個位置，就計算一次當前這個比對匹配區的加權向量。
3. 根據權利要求2所述的形變指紋圖像的處理方法，其特征是，在比對區內移動比對 匹配區的方式為從所述比對區的中心依次向外移動所述比對匹配區，且移動量為橫向偏移1或縱向偏 移l。
4. 根據權利要求2所述的形變指紋圖像的處理方法，其特征是，在比對區內移動比對 匹配區的方式為從所述比對區的一角順時針或逆時針移動所述比對匹配區，且移動量為橫向偏移1或 縱向偏移1。
5. 根據權利要求1所述的形變指紋圖像的處理方法，其特征是，計算所述相關系數的公式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，m、 n是比對匹配區在比對區中的橫向和縱向偏移量；<formula>formula see original document page 2</formula> ,Wr(1)為注冊加權向量，Sr2為注冊區的方差；<formula>formula see original document page 2</formula>Wv")(m，n)為比對匹配區的加權向量，Sv2(m， n)為比對匹配區的方差;<formula>formula see original document page 2</formula>
全文摘要
本發明揭示了一種形變指紋圖像的處理方法，采用了加權比對的方式，來減小由指紋變形所產生的誤差，符合人指紋按壓變形的規律，效果較佳。具體包括在一原始指紋圖像上定義一個中心位于指紋質心的注冊區，并從注冊區的圖像信息計算得到注冊加權向量；在一采集的指紋圖像上定義一個中心位于指紋質心且大于注冊區的比對區；在比對區內取多個與注冊區大小相同的比對匹配區，并分別從此多個比對匹配區內的圖像信息計算得到多個加權向量；分別計算多個加權向量與注冊加權向量的相關系數；取其中最大的相關系數作為指紋相似度系數；將指紋相似度系數與一閾值比較，當指紋相似度系數大于閾值時，則判斷所采集的指紋圖像與原始指紋圖像來自同一手指。
文檔編號G06K9/00GK101782965SQ201010110219
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月11日 優先權日2010年2月11日
發明者劉君, 陳曉峰 申請人:上海點佰趣信息科技有限公司