专利名称：指纹图像增强方法
技术领域：
本发明涉及一种指纹图像预处理方法，特别是涉及一种指纹图像增强方法。
背景技术：
随着社会的进步，身份识别的安全性日益得到人们的重视。传统的身份识别往往 采用证件、密码等方式。然而，证件可能会丢失或被复制；而密码又容易被忘掉或产生混淆。 尤其是随着网络时代的来临，越来越多的密码设置困扰着人们开机密码、邮箱密码、银行
密码、论坛密码......对于这些，如果设置相同的密码，会增加安全隐患；如果设置不同的
密码，又为密码管理带来了困扰。为此，以生物特征(例如，指纹、人脸、虹膜等)为辨别依 据的身份识别技术日益获得人们的重视。其中，指纹识别的识别率高，且应用最为普及，被 公认为"物证之首"。 在利用指纹进行识别的过程中，指纹采集设备所采集的图像是一幅含有较多噪声 的亮度图，必须经过预处理，去除大量的噪声，得到一幅纹线清晰的点线图，才能进行指纹 特征的提取和匹配。而图像增强是指纹图像预处理过程中十分重要的一环，其效果将直接 影响特征提取的准确性。 现有的指纹图像增强技术主要包括直方图修改处理、图像平滑处理、低通滤波及 高通滤波等，例如拉普拉斯法、Wallis滤波法、中值滤波法等。但这些方法要么在增强指 纹纹线的同时引起背景噪声的增强，要么在消减背景噪声的同时使指纹纹线变得模糊。为 此，当所采集到的指纹图像不够清晰，纹线比较难辨认时，现有指纹图像增强技术的处理效 果很差，常常导致指纹特征的错误提取。另外，当指纹本身划伤严重或磨损严重时，现有的 指纹图像增强技术的处理效果也难以满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种指纹图像增强方法，以提高指纹图像增强处理的效 果，降低指纹特征错误提取的几率，提高指纹识别的准确性。
为此，本发明提供一种指纹图像增强方法，包括获取原始指纹图像；对原始指纹
图像进行模糊化处理；用原始指纹图像减去模糊化的指纹图像，得到一高频信息图像；将
该高频信息图像与原始指纹图像叠加，得到一锐化后的图像；对锐化后的图像进行模糊化
处理；用锐化后的图像减去经模糊化处理的该锐化后的图像，得到增强后的指纹图像。 进一步的，所述将高频信息图像与原始指纹图像叠加的过程包括整体调整原始
指纹图像的亮度值；将所述高频信息图像与调整过亮度值的原始指纹图像叠加。 进一步的，所述调整原始指纹图像亮度值的调整系数大于0。 进一步的，所述调整原始指纹图像亮度值的调整系数大于或等于0. 7。 进一步的，所述对原始指纹图像进行模糊化处理的过程采用高斯模糊处理。 进一步的，所述高斯模糊处理的模板为7*7模板，即为
<formula>formula see original document page 4</formula> 进一步的，对所述增强后的指纹图像进行二值化处理时，阈值取在_5至+5之间。
综上所述，以上指纹图像增强方法中，原始图像经模糊化处理后，从频域角度分析 就是去除了图像的高频成分；然后利用原始图像减去模糊化的指纹图像，相当于去除了图 像的低频成分，得到的是比较纯的图像高频信息，而图像的低频信息基本已去除；而后再和 原始图像叠加，得到的就是高频部分经过增强的图像，即锐化后的图像。进一步，利用锐化 后的图像与经模糊化处理的该锐化后的图像的差来消除照明场不均匀的影响。如此，得到 的增强后的指纹图像较为理想，便于后续图像处理过程中对其进行二值化处理时的阈值的 选取，从而降低指纹特征错误提取的几率，提高指纹识别的准确性。
图1为本发明一实施例中经过锐化处理的指纹图像的前后对比图； 图2为本发明一实施例中指纹图像及其模糊化后的图像的某一行的灰度折线图； 图3为图2中指纹图像及其模糊化后的图像的灰度差折线图； 图4为本发明一实施例所示的指纹图像增强方法的流程示意图； 图5为本发明另一实施例所示的指纹图像增强方法的流程示意图； 图6为本发明实施例经过图像增强处理后的指纹图像结果示意图。
具体实施例方式
为使本发明的技术特征更明显易懂，下面结合具体实施例，对本发明做进一步的 描述。 针对现有指纹图像增强技术所存在的问题，本发明采用一种经过改进的扩散模板 锐化(USM)方法进行指纹图像的预处理。其基本的思想是将清晰的指纹图像正片和模糊化 的指纹图像负片叠加，然后再叠加上调节过亮度值的指纹图像正片得到锐化的指纹图像正 片。用公式表示该处理过程如下 g (x， y) = K f (x， y) + (f (x， y) _f* (x， y)) (1)
其中g(x， y)是锐化后的图像，f (x， y)是原始图像，f*(x， y)是原始图像经模糊化 后的图像，K为调整原始指纹图像亮度值的调整系数，其大于0，通常大于或等于0. 7便可以 满足要求。 其指纹图像的锐化增强效果实现的原理如下 原始图像经模糊化处理，从频域角度分析就是去除了图像的高频成分；然后和原 图像相减，去掉了图像的低频信息，得到的是比较纯的图像高频信息，而图像的低频信息基 本去除。然后利用原始图像减去模糊化的指纹图像，相当于去除了图像的低频成分，得到的是比较纯的图像高频信息，而图像的低频信息基本已去除；而后再和原始图像叠加，得到的
就是高频部分经过增强的图像，即锐化后的图像。如图1所示，即为经过该锐化处理过程的
指纹图像的前后对比，其中左边为处理前的指纹图像，右边为经过锐化处理后的指纹图像。 从图中可以看出，图像存在左暗右明的现象，这是因为受到照明场不均匀的影响。
针对这一处理缺陷，本发明进一步改进以上锐化方法，基本实现原理和过程如下 取出上面经过锐化处理的指纹图像的对应矩阵的第127行的数据为例分析。它的
灰度折线图如图2中实线所示 该折线可以看作指纹图像第127行的一个断面。其中，纵坐标值是灰度值信息， 0-255表示从暗到亮。图中折线的起伏表示了指纹的条纹，折线的谷和峰分别表示指纹图像 中指纹的脊(暗条纹)和谷(亮条纹)。因为受到照明场不均匀的影响，折线在总体上并非 在一条水平线附近震动，所以很难取出一个固定的阈值对图中的折线进行二值化；即找不 到一条水平线，使所有的峰都在其上方，而所有的谷都在其下方。这样，对于后续的指纹图 像二值化处理极为不利。 图中虚线表示了指纹图像经模糊化处理后的灰度折线图，由于经过模糊化的处 理，在折线的峰和谷处虚线的起伏明显减弱，但在其他区域则较好地拟和了原始的实折线。
进一步考虑，如果考察实折线与虚折线的差，则在指纹谷(折线峰)处，该差值应 为正；在指纹脊(折线谷)处，该差值为负；在其它区域该差值在0附近。从而可以得到如 图3所示的灰度差折线图。从图中可以看出，折线在总体上接近在一条水平线附近震动，所 以比较容易取出一个固定的阈值对图中的折线进行二值化；即可以找到一条水平线，使所 有的峰都在其上方，而所有的谷都在其下方。另外，可以看出该水平线基本在-5到+5之间， 故后续在对增强后的指纹图像进行二值化处理时，往往将阈值取在_5到+5之间。如此，照 明光场的不均匀影响将被排除，便于后续图像处理过程中对其进行二值化处理时的阈值的 选取，从而降低指纹特征错误提取的几率，提高指纹识别的准确性。 故，总结以上指纹图像增强方法，本发明一实施例提出如图4所示的指纹图像增
强方法，包括如下步骤 Sl :获取原始指纹图像； S2 :对原始指纹图像进行模糊化处理； S3 :用原始指纹图像减去模糊化的指纹图像，得到一高频信息图像；
S4 :将该高频信息图像与原始指纹图像叠加，得到一锐化后的图像；
S5 :对锐化后的图像进行模糊化处理； S6:用锐化后的图像减去经模糊化处理的该锐化后的图像，得到增强后的指纹图像。 通过，以上分析可以知道，经过步骤S2至S4的指纹图像锐化处理，基本去除了图 像的低频信息，并得到了高频部分经过增强的图像，从而实现了指纹图像的增强。但是此 增强过程一旦存在照明场不均匀的情况，就会使其后续的指纹图像二值化处理过程受到影 响，为此，本发明进一步利用锐化后的图像与经模糊化处理的该锐化后的图像的差来消除 照明场不均匀的影响。如此，得到的增强后的指纹图像较为理想，便于后续图像处理过程中 对其进行二值化处理时的阈值的选取，从而降低指纹特征错误提取的几率，提高指纹识别 的准确性。
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在以上步骤s4中所叠加的原始图像，可以为原始图像，但较佳的为整体调节过亮 度值的原始指纹图像，故如图5所示的另一实施例中，步骤s4包括以下步骤
s41 :整体调整原始指纹图像的亮度值； s42 :将高频信息图像与调整过亮度值的原始指纹图像叠加。 其中，调整原始指纹图像亮度值的调整系数为k，且k > O，较佳的，k > 0. 7。 而以上处理过程中，图像的模糊化可以使用了高斯(Gaussian)模糊。Gaussian模
糊是一种取均值的模糊方法，在实验过程中，发明人使用了 3*3模版、5*5模版、7*7模版等
方法，经过实验对比发现，使用7*7模版的效果较好。 Gaussian模糊的模板如下所示
<formula>formula see original document page 6</formula> 下面请参考图6，其为经以上图像增强处理后的指纹图像结果，其中，左边为经过
以上步骤s2至s4的指纹图像锐化处理后的指纹图像，右边为经过以上步骤s5和s6进一
步增强后的指纹图像。对比可以发现，左边的指纹图像左明右暗，而右边的指纹图像已没有
了这种现象，即照明场不均匀的影响已被消除，有利于后续的指纹图像二值化处理。 以上仅为举例，并非用以限定本发明，本发明的保护范围应当以权利要求书所涵
盖的范围为准。 —
<formula>formula see original document page 6</formula>
权利要求
一种指纹图像增强方法，其特征是，包括获取原始指纹图像；对原始指纹图像进行模糊化处理；用原始指纹图像减去模糊化的指纹图像，得到一高频信息图像；将该高频信息图像与原始指纹图像叠加，得到一锐化后的图像；对锐化后的图像进行模糊化处理；用锐化后的图像减去经模糊化处理的该锐化后的图像，得到增强后的指纹图像。
2. 根据权利要求1所述的指纹图像增强方法，其特征是，其中所述将高频信息图像与 原始指纹图像叠加的过程包括整体调整原始指纹图像的亮度值；将所述高频信息图像与调整过亮度值的原始指纹图像叠加。
3. 根据权利要求2所述的指纹图像增强方法，其特征是，所述调整原始指纹图像亮度 值的调整系数大于0。
4. 根据权利要求3所述的指纹图像增强方法，其特征是，所述调整原始指纹图像亮度 值的调整系数大于或等于0.7。
5. 根据权利要求1所述的指纹图像增强方法，其特征是，所述对原始指纹图像进行模 糊化处理的过程采用高斯模糊处理。
6. 根据权利要求5所述的指纹图像增强方法，其特征是，所述高斯模糊处理的模板为 7*7模板，即为 <formula>formula see original document page 2</formula>
7.根据权利要求1所述的指纹图像增强方法，其特征是，对所述增强后的指纹图像进 行二值化处理时，阈值取在_5至+5之间。
全文摘要
本发明揭示了一种指纹图像增强方法，从频域角度分析，通过对原始图像经模糊化处理来去除图像的高频成分；然后利用原始图像减去模糊化的指纹图像，以去除图像的低频成分，得到的是比较纯的图像高频信息，而图像的低频信息基本已去除；而后再和原始图像叠加，得到的就是高频部分经过增强的图像，即锐化后的图像。进一步，利用锐化后的图像与经模糊化处理的该锐化后的图像的差来消除照明场不均匀的影响。如此，得到的增强后的指纹图像较为理想，便于后续图像处理过程中对其进行二值化处理时的阈值的选取，从而降低指纹特征错误提取的几率，提高指纹识别的准确性。
文档编号G06K9/54GK101794380SQ20101011022
公开日2010年8月4日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者刘君, 陈晓峰 申请人:上海点佰趣信息科技有限公司