基于全局信息的指纹图像配准方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字图像处理技术领域，涉及指纹图像配准，可用于自动指纹识别系 统。
【背景技术】
[0002] 在自动指纹识别系统中，指纹图像配准是指纹匹配阶段一个非常关键的步骤，如 果配准不准确，将会传播到匹配结果中，导致不准确的匹配分数，进一步造成识别率的降 低。在绝大多数的指纹识别系统中，运用提取到的指纹细节点进行配准和匹配。这种方法 存在两方面的不足：一方面，由于指纹图像噪声和伤疤干扰，很难从中提取到准确且可靠的 细节点；另一方面，利用细节点局部结构信息的相似度去寻找配准参考细节点对，由于是局 部信息，完全存在不匹配的参考细节点对，它们的局部结构信息相似度很高，这样就会错误 地使用这对细节点进行配准，造成最终错误的匹配判断。现有的指纹图像奇异点配准方法， 虽然配准速度很快且可靠，但是采集到的指纹图像不一定都存在奇异点，这样就无法进行 配准操作。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对上述已有技术的不足，提出一种基于全局信息的指纹图像配 准方法，以提高指纹图像配准的精确度。
[0004] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0005] -.技术原理
[0006] 指纹方向场和频率场是指纹图像的两个非常重要的信息，显示了指纹的全局信 息，宏观上描述了指纹的基本形状、结构和脊线方向、脊线密度信息。全局信息甚至可以从 低质量的指纹图像上可靠的提取，并且非线性形变对于全局信息的配准影响很小，本发明 就是利用这两个全局信息进行指纹图像配准，通过用指纹图像的全局信息去配准，来有效 的解决基于细节点配准方法和基于奇异点配准方法的不足。
[0007] 二.实现步骤
[0008] 本发明的指纹图像配准方法包括如下步骤：
[0009] (1)分别获得录入指纹图像Q(x，y)的方向场0Q(x，y)和模板指纹图像T(x，y)的 方向场O t(X，y)，其中（X，y)表示图像的像素点坐标；
[0010] ⑵基于步骤⑴分别获得录入指纹图像Q (X，y)的频率场Fq (X，y)和模板指纹图 像T (X，y)的频率场Ft (X，y);
[0011] (3)选取初始变换配准参数：
[0012] (3a)定义手指与指纹采集仪相接触的区域为指纹图像的前景区域，定义指纹图像 中除去前景区域的部分为指纹图像的背景区域；计算录入指纹图像Q(x，y)前景区域的重 心坐标（i Q, jQ)和模板指纹图像T(x，y)前景区域的重心坐标（iT, jT);
[0013] (3b)分别计算录入指纹图像Q(x，y)前景区域的主方向角度α jp模板指纹图像 T(x，y)前景区域的主方向角度ατ;
[0014] (3c)由（3a)_(3b)的结果获得初始变换配准参数：旋转角度Clatl= a T_aQ，指纹 图像的行平移量(Ixci= iT-iQ，指纹图像的列平移量(Iytl= jT-jQ，其中，（Iatl)O表示指纹图 像按逆时针方向旋转I (Iaci I，(Iatl= 0表示指纹图像不旋转，da dC 0表示指纹图像按顺时针 方向旋转I (Iaci I，I I表示绝对值函数；
[0015] (4)获得变换后指纹图像，判定是否能进行指纹图像配准：
[0016] (4a)以录入指纹图像Q(x, y)的中心为旋转中心，将该录入指纹图像旋转|daQ|角 度，(Iatl) 0表示指纹图像按逆时针方向旋转，da C1= 0表示指纹图像不旋转，da dC 0表示 指纹图像按顺时针方向旋转，平移IdxcJ行和IdycJ列，dX(l>0表示指纹图像沿行增加的 方向平移，Cbc tl= 0表示指纹图像不做行平移，dx0表示指纹图像沿行减少的方向平移， dyQ> 0表示指纹图像沿列增加的方向平移，dy ^ 0表示指纹图像不做列平移，dy f 0表 示指纹图像沿列减少的方向平移，获得变换后指纹图像V (x，y);
[0017] (4b)将变换后指纹图像Q' (X，y)前景区域与模板指纹图像T (X，y)前景区域的 重叠区域A的像素点个数N与设定阈值Tm= (N i XN2)/4进行比较，其中N1表示录入指纹 图像Q(x，y)的高，N2表示录入指纹图像Q(x，y)的宽：如果N < Tm，则不能进行指纹图像配 准，否则，能进行指纹图像配准，执行步骤（5);
[0018] (5)找到初始变换配准参数daQ，dx。，dyQ邻域内的变换配准参数，得到指纹图像的 六组新变换配准参数：
[0019] 第一组：旋转角度(Ia1= da。，行平移量(Ix1= dxQ_sh，列平移量(Iy1= dy。；
[0020] 第二组：旋转角度da2= da。，行平移量dx2= dx Q+sh，列平移量dy2= dy 0;
[0021] 第三组：旋转角度da3= daQ，行平移量dx3= dxQ，列平移量dy3= dyQ_sh ;
[0022] 第四组：旋转角度da4= da。，行平移量dx4= dx。，列平移量dy4= dy Q+sh ;
[0023] 第五组：旋转角度da5= daQ_sf，行平移量dx5= dxQ，列平移量dy5= dy。；
[0024] 第六组：旋转角度da6= daQ+sf，行平移量dx6= dxQ，列平移量dy6= dy。；
[0025] 其中，sf为旋转角度的增量步长，sh为平移增量步长；
[0026] (6)对于（5)中第L组新的变换配准参数，计算录入指纹图像Q (X，y)通过该组新 配准参数变换得到的新指纹图像的前景区域与模板指纹图像T(x，y)前景区域之 间差异度' iQ=l，2，...，6:
[0027] (6a)定义两个不同方向角度Θ JP Θ 2通过逆时针旋转进行重合所需旋转的最小 角度函数
【主权项】
1. 一种基于全局信息的指纹图像配准方法，包括以下步骤： (1) 分别获得录入指纹图像Q(x，y)的方向场〇Q(x，y)和模板指纹图像T(x，y)的方向 场O t(X，y)，其中（X，y)表示图像的像素点坐标； (2) 基于步骤（1)分别获得录入指纹图像Q(x，y)的频率gFQ(x，y)和模板指纹图像 T (X，y)的频率场 Ft (X，y); (3) 选取初始变换配准参数： (3a)定义手指与指纹采集仪相接触的区域为指纹图像的前景区域，定义指纹图像中除 去前景区域的部分为指纹图像的背景区域；计算录入指纹图像Q(x，y)前景区域的重心坐 标（iQ，j Q)和模板指纹图像T(x，y)前景区域的重心坐标（iT，jT); (3b)分别计算录入指纹图像Q(x，y)前景区域的主方向角度％和模板指纹图像 T(x，y)前景区域的主方向角度ατ; (3c)由（3a)_(3b)的结果获得初始变换配准参数：旋转角度Clatl= a T_aQ，指纹图像 的行平移量(Ixci= i T_iQ，指纹图像的列平移量(Iytl= j T_jQ，其中，（IaciS 0表示指纹图像按 逆时针方向旋转I (Iaci I，(Iatl= 0表示指纹图像不旋转，da dC 0表示指纹图像按顺时针方向 旋转I daQ I，I I表示绝对值函数； (4) 获得变换后指纹图像，判定是否能进行指纹图像配准： (4a)以录入指纹图像Q(x，y)的中心为旋转中心，将该录入指纹图像旋转IdacJ角度， (Iatl) 0表示指纹图像按逆时针方向旋转，da C1= 0表示指纹图像不旋转，(IatlC 0表示指纹 图像按顺时针方向旋转，平移IdxcJ行和IdycJ列，Clx tl>0表示指纹图像沿行增加的方向平 移，Cbctl= 0表示指纹图像不做行平移，dx f 0表示指纹图像沿行减少的方向平移，dyQ> 0表示指纹图像沿列增加的方向平移，Clytl= 0表示指纹图像不做列平移，dy f 0表示指纹 图像沿列减少的方向平移，获得变换后指纹图像V (x，y); (4b)将变换后指纹图像Q' (X，y)前景区域与模板指纹图像T(X，y)前景区域的重叠 区域A的像素点个数N与设定阈值Tm= (N 'N2)/4进行比较