一種復(fù)合式指紋細化算法

1、一種復(fù)合式指紋細化算法摘要：為了提高指紋圖像細化處理后的質(zhì)量，提出一種復(fù)合式指紋細化算法。該算法在并行算法的基礎(chǔ)上，首先構(gòu)造出一套消除模板和兩個修正模板，然后通過并行算法對圖像進行初步細化，接著用構(gòu)造的消除模板對圖像進行二次細化，最后通過修正模板對紋線的拓撲結(jié)構(gòu)進行修正。該算法能夠保持圖像連通性，細化后紋線滿足單一像素寬且光滑無毛刺。關(guān)鍵詞：指紋細化復(fù)合式細化消除模板中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00Abstract： In order to improve the quality of fingerprint image t

2、hinning process， a composite fingerprint thinning algorithm is proposed. This algorithm is based on parallel algorithm， firstly ， it constructed a set of elimination template and two correction templates， and through parallel algorithms for preliminary refining ， and then use elimination template fo

3、r the secondary refining， finally ， through the correction template to modify the topology of theridge. This algorithm can keep image connectivity， and the ridge meet a single pixel width and smooth without burr after refining.Key Words： fingerprint thinning ， composite thinning， elimination templat

4、e1 引言作為指紋識別系統(tǒng)預(yù)處理階段的指紋細化工作，其細化后的圖像質(zhì)量對后續(xù)特征識別階段有著重要影響。一個好的指紋細化算法應(yīng)滿足收斂性、連通性、拓撲性、保持性、細化性、中軸性、快速性1 。按照迭代方式，可以將指紋細化算法歸為兩類：串行細化和并行細化。常用的細化算法有OPTA（One passthinning algorithm ）細化算法 2 、快速并行細化算法 3（以下簡稱為快速算法） 、二 -迭代并行細化算法 4 。文章對二 -迭代并行細化算法進行分析， 構(gòu)造一套消除模板和一個修正模板，將其與并行算法相結(jié)合，提出一種復(fù)合式指紋細化算法。2 二-迭代并行細化算法二 -迭代并行細化算法 4（以

5、下簡稱迭代算法） 是對快速算法的一種改進，該算法具有細化后紋線為單一像素寬、速度快等優(yōu)點，但細化后圖像不能很好的滿足中軸性且斜線方向紋線毛刺多。該算法規(guī)定目標(biāo)點 P 的 8 鄰域分布情況如圖 1 所示。該算法的流程為：步驟 1.遍歷圖像尋找目標(biāo)點，提取其鄰域的8 個像素，分別計算出，的值；步驟 2.判斷本次循環(huán)為奇數(shù)還是偶數(shù)，若為奇次循環(huán)，判斷條件 1、條件 2、條件 3（a）是否同時滿足，如果滿足則刪除改點，否則保留改點；若為偶次循環(huán)，判斷條件 1、條件 2、條件 3（b）是否同時滿足，如果滿足則刪除改點，否則保留改點。步驟 3.判斷是否還有目標(biāo)點需要刪除，若有返回步驟 1，否則，結(jié)束。對該

6、算法進行深入分析后發(fā)現(xiàn)，其問題產(chǎn)生的原因主要為，第 3 個約束條件不包含毛刺及階梯形紋線像素的分布情況。所以無論是奇次還是偶次迭代都不能有效的細化。3 一種復(fù)合式細化算法文章提出一種新的復(fù)合式細化算法，該算法綜合了并行算法與串行算法的優(yōu)點，以迭代算法細化圖像后的結(jié)果為根據(jù)，構(gòu)造 7 個消除模板和 2 個修正模板，有效的解決了上述問題。3.1 構(gòu)造消除模板針對上述紋線毛刺問題，構(gòu)造了如圖2所示的 7個消除模板。其中前四個模板用于去除90 度及 180度方向紋線兩側(cè)的毛刺。后三個模板用于去除135 度方向紋線兩側(cè)的毛刺。此外，在前四個模板中，若每個模板的兩個 X 同時取 0，則會勿刪掉紋線端點，導(dǎo)

7、致破壞紋線原有結(jié)構(gòu)。所以，給出 4 個條件與前四個模板共同構(gòu)成約束條件。當(dāng)目標(biāo)點（ P）鄰域像素滿足以下條件時：（1）與第一個模板匹配，則還需鄰域內(nèi)的 P1 與 P7 像素的值不能同時為 1，即；（2）與第二個模板匹配，則還需鄰域內(nèi)的 P1 與 P3 像素的值不能同時為 1，即；（3）與第三個模板匹配，則還需鄰域內(nèi)的 P3 與 P5 像素的值不能同時為 1，即；（4）與第四個模板匹配，則還需鄰域內(nèi)的 P5 與 P7 像素的值不能同時為 1，即。3.2 構(gòu)造修正模板針對細化后紋線成階梯形問題，構(gòu)造了1 個修正模板及 1 個修正后像素值的變化模板，如圖3 所示。需注意的是，修正模板是對背景點周圍的

8、鄰域像素進行判斷，而不再是目標(biāo)點。研究后發(fā)現(xiàn)階梯形紋線大多為直角形走向，如圖3（a）所示，但實際紋線的拓撲結(jié)構(gòu)應(yīng)該是135 度方向走向，故需要用修正模板將紋線結(jié)構(gòu)進行方向性調(diào)整。新的復(fù)合式算法步驟為：步驟 1.采用查表法將迭代算法編程，對二值化指紋圖像進行初步細化，得到細化圖像；步驟 2.用 3.1 節(jié)的消除模板對圖像進行串行細化，得到二次細化圖像；步驟 3.用 3.2 節(jié)的模板對圖像進行修正處理，得到最終細化圖像。4 實驗結(jié)果與分析為驗證新算法的有效性，使用 MATLAB 語言對快速算法、迭代算法及本文算法進行編程實現(xiàn)。從FVC2004 指紋庫中提取多幅指紋圖像作為實驗樣板，首先對各樣板進行

9、二值化處理，之后用上述 3 種算法分別進行細化。圖 4 為隨機挑選的一組細化結(jié)果圖。從圖中可看出，快速算法處理圖像后，紋線拓撲性被破壞，部分紋線被刪除，從而導(dǎo)致圖像特征點丟失，影響指紋識別系統(tǒng)性能。迭代算法處理圖像后，毛刺多且存在階梯形紋線，從而多出許多偽特征點。新算法細化后，階梯形紋線數(shù)量明顯減少，圖像光滑無毛刺。5 結(jié)語本文對二 -迭代并行細化算法進行研究， 結(jié)合串行與并行算法的各自優(yōu)點提出一種復(fù)合式指紋細化算法。經(jīng)實驗證明，新算法在原有算法的基礎(chǔ)上，解決了其細化后紋線毛刺多及存在階梯形紋線的問題，細化效果好且速度快。參考文獻1 馮星奎，李林艷，顏祖泉 .一種新的指紋圖象細化算法 J.中國圖象圖形學(xué)報， 1999，4（10）：835-838.2 CHIN R T ， WAN H K ， STOVER D I ， et al.A one pass thinning algorithm and its parallel implementationJ.Computer Vision，1987，40（1）：30-40.3ZHANG T Y ， SUEN C Y. A fast parallelalgorithm for thinning digitalpatternsJ.Communicati