【正文】 提 取圖像特征 ， 可將原始圖像映射到特征空間 ， 使圖像特征在特征空間中呈現(xiàn)一定的分布。 所不同的是傅里葉變換采用時間屬于 (—∞， +∞)的諧波函數(shù) )exp(inx 作為基函數(shù)，而小波變換的基函數(shù)是具有緊支集的母函數(shù) ? (t)，通過對母函數(shù) ? (t)進行伸縮和平移得到一個小波序列： ? ? ?????? ?? a btatba ?? 1, Rba?, ； 0?a ，式中 a 為伸縮因子， b 為平移因子。但是小波變換的明顯缺點是它計算復雜，計算效果也取決于函數(shù)的選擇。此原理在匹配中也可以運用 。圖像均值就是對每一個單位塊的灰度值取均值， 方差則反映該塊中各點與均值的偏差性，方向這可以很好的反映紋理的變化趨勢。這種方法最大的優(yōu)點是易實現(xiàn)，很好體現(xiàn)出紋理，但缺點是對于變化太快的部分出錯?；谌值闹讣y識別 仍處于實驗室探索階段 ， 應用領域中 尚不廣泛。 （ 2） 計算出每一塊的均值和方差。 歸一化的目的是把中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 22 頁 共 52 頁 不同原圖像的對比度和灰度調整到一個固定的級別上，為后續(xù)處理提供一個較為統(tǒng)一的圖像規(guī)格。所以我們必須對指紋圖像進行圖像增強處理，例如分離粘連的紋線，連接斷裂的紋線，平滑紋線的邊 緣等，以保證指紋特征提取的可靠性。為了消除干擾及增強紋線，針對指紋紋線具有較強方向性的特點，我們采用了方向濾波算法對其進行增強，為此必須利用指紋圖上各個象素點上的局部方向性。歸一化的算法是： （ 1） 先計算圖像的平均值和方差。象素點的方向是指其灰度值保持連續(xù)性的方向，可以根據(jù)象素點鄰域中的灰度分布來判斷，反映了指紋圖上紋線的方向。如果鄰域取得過小，則難以從其中的灰度分布得出正確的方向性。 圖 指紋圖像的 8 個方向 分別求出沿各個方向的灰度變化： 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 24 頁 共 52 頁 ?????????4139。 jikd 分別是點 dkp 與 kdp39。這不僅考慮了指紋紋線的切線方向灰度變化最小，同時考慮它的法線方向應是灰度變化最大的方向。對指紋圖中的每一象素都按如上算法操作，可以得到方向圖。方向圖平滑的基本思想是：指紋紋線的走向是連續(xù)變化的，鄰近像素點上的方向不應該有突然的大角度轉折。在得到指紋的方向圖后，可以根據(jù)每個象素點的方向值，利用方向濾波器對指紋進行濾波，以消除噪音、增強紋線、提高脊和谷之間的反差。濾波器的系數(shù)分布如圖 所示。濾波器應有連接斷點和去除叉連的作用。旋轉后濾波器的坐標為 （ 39。39。( ji 位置的系數(shù)等于水平濾波器上 ),( ji 位置的系數(shù)。先對 ),( UL ji 與 ),( UU ji 進行線性插值，的： )],(),()[(),(),(g 000 ULUULULU iigjigiijigji ???? （ ） 對另外兩點線性插值得： )],(),()[(),(),(g 000 LLLULLLL iigjigiijigji ???? （ ） 最后對 ),( Uji 與 ）（ Lj,i 線性插值得： )],(g),()[(),(),(g 00 LULL iijigiijigji ???? （ ） 將（ ）、 （ ） 代入 （ ） ，可得內插表達式： ),())((),())(( )(j)(),())((),(g 00 00 UULLULUL LUULLLUU jigiijjjigiijj jigjiijigiijjji ?????? ??????? ）（? （ ） 由此可得其余七個方向的濾波器模板的系數(shù)，這樣八個濾波器模板都得到了。這樣不僅可以壓縮原指紋圖像的數(shù)據(jù)量，而且也方便后面的細節(jié)特征的提取。 jigjyixfyxf ffffhhihhi ?? ??? ?? ??? （ ） 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 27 頁 共 52 頁 其中 ),( jig? 為 相應濾波器模板的系數(shù)，經過上述濾波處理后，一些斷裂和叉連的現(xiàn)象被消除了，紋線也得到了增強。設水平模板上 ),( ji 周圍四個點 ),( LL ji 、 ),( UL ji 、 ),( LU ji 、 ),( UU ji 構成一個 1 1 的正方形，四個 坐標對應的系數(shù)分別為： 0g ),( LL ji ， 0g ),( UL ji ， 0g ),( LU ji ， 0g ),( UU ji ， 此處 Li iUi ，Lj j Uj 。 在新方向的濾波器上 , )39。j ） ，水平方向濾波器的坐標為 （ ji, ） 。所以此濾波器起到了連接斷點和去除叉連的作用。每一行的系數(shù)由中間向兩端很快地衰減，這是為了避免破壞大曲率的紋線構型。 首先確定濾波器模板的尺寸。設 N(d)是某一象素在 8 鄰域中方向為 d 的象素個數(shù)， N(d)的最大值定義為 N(D1),次大值定義為P71 P61 P51 P41 P31 P81 P72 P62 P52 P42 P32 P21 P82 P11 P14 P13 ),( jiP P12 P22 P23 P83 P24 P33 P43 P53 P63 P73 P84 P34 P44 P54 P64 P74 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 25 頁 共 52 頁 N(D2)，其對應的方向值分別是 D1 和 D2,C(i,j)是點 (i,j)校正后的方向代碼， 按如下算法平滑： ?????????? ?????? ???，其他且且，),i(2)2()1(2)2(5)1(3,2/)21(8)1(51),(jDDNDNDNDNDDDNDjiC （ ） 上式中的各界值由實驗確定，經過以上處理后，方向圖就得到了平滑。根據(jù)各點的亮暗 情況可判斷其方向值。ddSS ，進一步得到其最小值 S=min(39。點),(p ji 的方向應該是 dS ，取值最小， 39。d 垂直的方向，即 8mod)439。一般可取 N 為 1～ 2 個紋線周期。 每個象素點上方向值的判定是在其 NN 鄰域窗口中得到的。 11001( ) ( , )HWijM I I i jWH????? ?? （ ） 11 2001( ) ( ( , ) ( ) )HWijV a r I I i j M IWH???????? （ ） （ 2） 指定期望經過 處理后的圖像均值和方差，計算歸一化后的圖像 G。受采集設備參數(shù)和環(huán)境的影響， 采集到的指紋圖像可能總體對比度較差。這兩種噪音必須清除，否則會造成假的特征點，影響指紋的識別。 ????????????V A RA V EyxIV A RV A RA V EyxIV A Ryx200200)),((A V E)),((A V E),I （ （ ） 其中 0AVE 和 0VAR 為期望的灰度均值和方 差。 ? ?? ???? 1H 0 10 ),(LH 1A V E i Lj jiI （ ） 21H010 A V E),( LH1V A R ）（? ?????? iLj jiI （ ） （ 3） 如果計算得到的方差幾乎接近于 0就認為是背景，對于方差不為零的區(qū)域在進行閾值分割算法，這種算法主要是根據(jù)計算得到的方差來決定其是否為背景區(qū) 。 該算法基于背景區(qū)灰度方差小，而指紋區(qū)方差大的思想，將指紋圖像分成塊，計算每一塊的方差，如果該塊的方差小于閾值為背景，否則為前景。 基于全局的圖像分割則是根據(jù)情況特別是某些特殊場合的利用，如殘缺指紋。 LinHong 等人開發(fā)的基于最小均方估計算法，即公式法。 代表塊特征的指紋圖像分割，目前研究趨勢為多種塊基本特征，如灰度均值、塊灰度方差、塊方向圖等綜合運用和重新定義塊特征。它是圖像分割中最基本的方法。 dta bttfafbaW Rba )()(),(),( *21,f ??? ?? ?? （ ） dadba btbaWa f? ? ?????? ??????? ?? ),(1C 1 2 （ ） 小波變換的特點是 壓縮比高，壓縮速度快，壓縮后能保持信號與圖 像 的特征不變，且在傳遞中可以抗干擾。 基于像素的指紋圖像分割中目前流行 多尺度小波變換 和 閾值法 。 在一副完整的指紋圖像中，并不是整個圖像都是我們需要的，且多余的圖像區(qū)域也會給圖像處理帶來麻煩，這就使得我們必須按著一定的規(guī)律或者采取某種方法，把圖像的一些區(qū)域進行分離，得到我們所需要的有價值區(qū)域，這個過程就是圖像分割。前景區(qū)域包括 指紋圖像的脊和谷，為提高特征點提取的可靠性，要進行圖像分割，去 除背景區(qū)域。本文采用基于鄰域灰度統(tǒng)計特征法獲取指紋的點方向圖，進而設計出了系統(tǒng)的濾波器模板，使指紋在切向平滑、在法向銳 化，以消除指紋的 誤斷和叉連。一般用 EPROM/FLASH 存儲器存儲程序 ,但是其訪問速度較慢 ,而一些已有的高速 EPROM/FLASH 存儲器價格昂貴且容量有限 。 （ 6） JTAG 接口：由于 DSP 芯片結構的復雜化、工作速度的提高、外部引腳的增多、封裝面積減小而導致的引腳排列密集等原因 ,傳統(tǒng)的并行仿真方式已不適合于 DSP 芯片的發(fā)展和應用開發(fā)。 （ 4） 硬件乘法器：數(shù)字信號處理中最重要的一個基本運算是乘法累加運算 ,也是最主要和最耗時的運算 ,因此單周期的硬件乘法器是 DSP芯片實現(xiàn)快速運算的保證。中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 18 頁 共 52 頁 這種分離的程序總線和數(shù)據(jù)總線 ,可允許在一個機器周期內同時獲取指令字 (來自程序 存儲器 )和操作數(shù) (來自數(shù)據(jù)存儲器 ),從而提高了執(zhí)行速度。 當前業(yè)界中應用得最廣泛的是TI 的 TMS320 系列 DSPs， TMS320C5402 是 TI于 1999 年 10 月推出的性價比極高的定點數(shù)字信號處理器。 傳統(tǒng)的MCU 難以滿足要求，而數(shù)字信號處理器 (DSP)由于具有特殊的硬件結構及編程指令，有很強的數(shù)字運算能力，所以特別 適合類似指紋識別這一類需要大量的數(shù)字信號處理的場合。高端產品執(zhí)行速度一般為 1000 MIPS 以上，處理速度很高 ,產品結構多樣化，中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 17 頁 共 52 頁 適用于圖像技術和智能通信基站等。 自 1982 年美國 TI公司推出第一個 DSP 芯片 TMS32020以來， DSP 芯片有了很大的發(fā)展。 （ 7）特征文件字節(jié)數(shù) :即平均每一枚建檔指紋所用的特征文件長短 ,用字節(jié)表示 ,越短越好。采集時間通常包含了采集的操作時間和圖像的傳輸時間；圖像處理時間，指的是從計算機處理指紋圖像到提取出所有特征、輸出特征模板所耗費的時間；比對時間，指計算機對兩組指紋特征模板進行比對并給出結果所耗費的時間；平均識別速度，指計算機從指紋特征模板庫中搜索出特定指紋特征模板的速度，通常是一個統(tǒng)計平均值，其速度的快慢與指紋特征模板庫的分類方法有很大關系。 （ 2）拒登率 ： 拒登率 (Error Registration Rate， ERR)是用來描述指紋設備的適應性。下面線介紹一下有關指紋識別的基本概念。 圖 指紋特征示意圖 很多研究者試圖解決指紋分類問題，但至今分類算法的誤識率仍較高。 指紋紋路并不是連續(xù)的、平滑筆直的，而是經常出現(xiàn)中斷、分叉或打折。 （ 5） 帳 形紋： 由 平行的和突起的弧形線組成。斗型紋的中心花紋，在 由 一條環(huán)、螺、曲等紋線構成時，與兩側三角相對的弧形線凸面，必須是不折