【正文】 12[1 1),( ??? (310) 5. 細(xì)化及細(xì)化后的去噪處理 細(xì)化是圖像分析、信息壓縮、特征提取和模式識(shí)別常用的基本技術(shù) ， 它使圖像的每條紋線都變?yōu)閱蜗袼貙挼摹包c(diǎn)線” ， 且細(xì)化后的紋 線近似處于原圖的“中軸”。 頻域高通濾波： 因?yàn)檫吘壖盎叶燃?jí)中其他的急劇變化都與高頻分量有關(guān)，在頻域中用高通濾波處理，能夠獲得圖像尖銳化。又例如，若一個(gè)窗口內(nèi)各像素的灰度是 5， 6， 35， 10和 15，它們的灰度中值是 10，中心像素點(diǎn)原灰度值是 35，濾波后變?yōu)?10，如果 35是一個(gè)脈沖干擾，中值濾波后被有效抑制。 中值濾波是 一種非線性信號(hào)處理方法，與其對(duì)應(yīng)的中值濾波器也是一種非線性濾波器。這一過(guò)程可以填補(bǔ)二值化后紋線上的孔洞或者刪除模式上的“毛 刺”和孤立的值為 1的像素 ，即包括填充和刪除兩個(gè)算法。所以此濾波器起到了連接斷點(diǎn)和去除叉連的作用。 設(shè) N(d) 是某一像素在 8 鄰域中方向?yàn)?d 的像素個(gè)數(shù) ， N(d) 的最大值定義為 N(D1) ，次大值定義為 N(D2)， 其對(duì)應(yīng)的方向值分別是 D1和 D2， ),( jiC 是點(diǎn) ),( ji 校正后的方向代碼。dS取值最大的方向。一般可取 N為 1～ 2個(gè)紋線周期。如斷裂可能被認(rèn)為是兩個(gè)端點(diǎn) ， 而叉連可能被當(dāng)作兩個(gè)分叉點(diǎn)。 在預(yù)處理過(guò)程中 ， 必須保證盡可能不出現(xiàn)偽特征 ， 并盡量保持其真實(shí)特征不受損失。 超聲波掃描技術(shù)被認(rèn)為是指紋取像技術(shù)中最好的一種 ， 但在指紋識(shí)別系統(tǒng)中還不 多見(jiàn) ，還處于實(shí)驗(yàn)階段。 當(dāng)用戶將手指按壓在該半導(dǎo)體表面上時(shí) ， 這些壓感介 質(zhì)將指紋紋脊和紋谷的不同壓力轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的不同電信號(hào) ， 并進(jìn)一步產(chǎn)生具有灰度級(jí)的指紋圖像 。 光學(xué)活體指紋攝入儀可對(duì)較大面 (大于或等于 1平方英寸 )的指紋區(qū)域取像 ， 但只能通過(guò)人工方式來(lái)調(diào)整指紋圖像的質(zhì)量。即當(dāng)光 源照到按有手指的玻璃棱鏡表面時(shí) ， 入射光經(jīng)玻璃射到指紋紋谷后 ， 在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射 ， 反射回 CCD的光強(qiáng)損失很少 。但是 FlashROM閃存的存取速度比較慢，因此實(shí)際上，指紋采集識(shí)別算法、管理軟件以及指紋數(shù)據(jù)都是先傳送到 DRAM 中，然后在速度較快的 DRAM中運(yùn)行。RS232通訊口和 RS485通訊口連接方式不同，所以不能同時(shí)使用。 鍵盤采用行列式的接口設(shè)計(jì)，由 4 個(gè) I/O線組成 4行輸入口，令 4 個(gè) I/O線組成 4 列輸出口，在行列線的每個(gè)交點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵，共組成 4 4=16 個(gè)有效按鍵。 AT89C52單片機(jī)的 8K Flash ROM程序存儲(chǔ)器，可以重復(fù)編程擦寫 1000次以上，特別適合用來(lái)開(kāi)發(fā)和調(diào)試控制程序，而且 8K的容量足以設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)相當(dāng)復(fù)雜的控制邏輯。 、驗(yàn)證 ： (1)根據(jù)用戶輸入的組號(hào) (09)和指紋，自動(dòng)識(shí)別驗(yàn)證用戶，并記錄該 用戶的考勤信息，包括 ： 進(jìn)出狀態(tài)、組號(hào)、編號(hào)、時(shí)間等； (2)可在管理員的干預(yù)下進(jìn)行手工考勤； (3)在 5分鐘內(nèi)重復(fù)考勤，只記錄一次考勤數(shù)據(jù)。 485 通訊聯(lián)網(wǎng)接口是指紋考勤機(jī)與管理 PC機(jī)通訊的通道。 指紋識(shí)別模塊是指紋考勤機(jī)與其他類型考勤機(jī)最不同的特征。聯(lián)網(wǎng)設(shè)置是指，利用 485網(wǎng)絡(luò)，把多臺(tái)指紋考勤機(jī)與一臺(tái)管理 PC機(jī)連接起來(lái)，通 過(guò)管理 PC機(jī)，可以統(tǒng)一設(shè)置所有聯(lián)網(wǎng)指紋考勤機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如統(tǒng)一設(shè)置時(shí)間、進(jìn)出狀態(tài)，統(tǒng)一設(shè)置指紋識(shí)別參數(shù)，統(tǒng)一管理每臺(tái)指紋考勤機(jī)中的所有指紋，使用戶的指紋可以做到一次登記，多處使用。 圖 15 FAR 和 FRR之間的 ROC關(guān)系曲線 本文的結(jié)構(gòu)安排 本文的主要內(nèi)容： (1) 首先介紹了指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及原理，數(shù)字圖像處理的現(xiàn)狀。圖 15的 ROC(Receiver Operating Curve)曲線給出 FAR 和 FRR 之間的關(guān)系。 5. 指紋比對(duì) 指紋比對(duì)指的是通過(guò)對(duì)兩枚指紋的比較來(lái)確定它們是否同源的過(guò)程，即 兩枚指紋是否來(lái)源于同一個(gè)手指。紋線端點(diǎn)指的是紋線突然結(jié)束的位置，而紋線分叉點(diǎn)則是紋線突然一分為二的位置。這類方法受指紋圖像質(zhì)量的影響比較大，難以得到令人滿意的結(jié)果。另一個(gè)方案時(shí)把含有微型三棱鏡矩陣的表面安裝在彈性的表面上，當(dāng)手指壓在此表面上時(shí)，由于脊和谷的壓力不同而改變了微型三棱鏡的表面，這些變化通過(guò)三棱鏡光的反射而反映出來(lái)。 光學(xué)技術(shù)需要一個(gè)光源從棱鏡反射到按在取像采集頭上的手 指，光線照亮指紋從而采集到指紋。這也叫“一對(duì)多匹配 (onetomany matching)”。圖像理解雖然在理論方法研究上已取得不小的進(jìn)展，但它本身是 第 3 頁(yè) 共 34 頁(yè) 一個(gè)比較難的研究領(lǐng)域，存在不少困難，因人類本身對(duì)自己的視覺(jué)過(guò)程還了解甚少，因此計(jì)算機(jī)視覺(jué)是一個(gè)有待人們進(jìn)一步探索的新領(lǐng)域。 CT 的基本方法是根據(jù)人的頭部截面的投影，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理來(lái)重建截面圖像，稱為圖像重建。早期的圖像處理的目的是改善圖像的質(zhì)量，它以人為對(duì)象，以改善人的視覺(jué)效果為目的。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了深入和廣泛的研究，取得了較大的進(jìn)展，研究的重點(diǎn)主要集中在如何提高識(shí)別的準(zhǔn)確率和速度。生物特征是唯一的(與他人不同 )，可以測(cè)量或可自動(dòng)識(shí)別和驗(yàn)證的生理特性或行為方式， 分為生理特征和行為特征。生物識(shí)別技術(shù) (Biometric Identification Technology)是利用人體生物特征進(jìn)行身份認(rèn)證的一種技術(shù)。迄今為止，最為人們所關(guān)注、最為成熟的生物識(shí)別技術(shù)就是指紋識(shí)別。數(shù)字圖像處理作為一門學(xué)科大約形成于 20 世紀(jì) 60 年代初期。 1972年英國(guó) EMI公司工程師 Housfield發(fā)明了用于頭顱診斷的 X 射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置，也就是我們通常所說(shuō)的 CT（ Computer Tomograph）。其中代表性的成果是 70 年代末 MIT 的 Marr 提出的視覺(jué)計(jì)算理論，這個(gè)理論成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域其后十多年的主導(dǎo)思想。驗(yàn)證過(guò)程如圖 11 所示： 圖 11 指紋驗(yàn)證過(guò)程 用戶 ID 比對(duì) 指紋庫(kù) 指 紋特征 值 用戶指紋 指 紋特征 值 用戶 ID 登記 指紋庫(kù) 用戶指紋 指紋特征 值 指紋特征 值 比對(duì) 用戶 ID 登記 第 4 頁(yè) 共 34 頁(yè) 圖 12 指紋辨識(shí)過(guò)程 辨識(shí)則是把現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋同指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋逐一對(duì)比，從中找出與現(xiàn)場(chǎng)指紋相匹配的指紋。通過(guò)改進(jìn)原來(lái)的光學(xué)取像技術(shù)，新一代的光學(xué)指紋采集器更是以無(wú)可挑剔的性能與相對(duì)非常低的價(jià)格使電容方案相形見(jiàn)絀。纖維光束垂直射到指紋的表面，它照亮指紋并探測(cè)反射光。 指紋圖像的預(yù)處理一般采用圖像增強(qiáng)、二值化和細(xì)化的方法來(lái)抽取脊的骨架。一般在自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)中只使用兩種細(xì)節(jié)特征：紋線端點(diǎn)與分叉點(diǎn)。對(duì)于要求嚴(yán)格的指紋識(shí)別系統(tǒng)，僅按此分類是不夠的，還需要進(jìn)一步更加細(xì)致的分類。我們可以根據(jù)不同的用途來(lái)調(diào)整這兩個(gè)值， FRR 和 FAR 是成反比的，可以用 1~。 錯(cuò)誤！未找到圖形項(xiàng)目表。獨(dú)立識(shí)別是指，考勤機(jī)本身就具有識(shí)別、驗(yàn)證、登記、修改、刪除指紋以及考勤登記、門控等管理功能，可以完全脫離 PC機(jī)獨(dú)立完成指紋考勤任務(wù)。 圖 22指紋考勤機(jī)硬件結(jié)構(gòu)框圖 指紋考勤系統(tǒng)除了核心的 CPU 及其控制軟件外，主要有指紋識(shí)別模塊、液晶顯示器、4 4 鍵盤 、大容量存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、通訊接口等設(shè)備模塊 。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘用于實(shí)時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)間，即使停電也不會(huì)影響實(shí)時(shí)時(shí)鐘的運(yùn)行，提高考勤記錄的準(zhǔn)確性。以下是控制軟件功能的詳細(xì)說(shuō)明。AT89C52單片機(jī)內(nèi)集成有 8K Flash ROM程序存儲(chǔ)器， 256字節(jié)內(nèi)部 RAM， 2個(gè)外部中斷， 3個(gè)定時(shí)器， 1個(gè)串行通訊口， 32個(gè)通用雙向 I/0端口，非常適合作為指紋考勤機(jī)這種設(shè)備的內(nèi)嵌控制處理器 。 用戶通過(guò)鍵盤輸入指令，如登記、修改、識(shí)別等；液晶顯示器可顯示當(dāng)前日期、時(shí)間，以及識(shí)別的用戶編號(hào)、錯(cuò)誤編號(hào)、錯(cuò)誤代碼等信息；蜂鳴器可以給用戶提示操作狀態(tài)和識(shí)別結(jié)果。如果采用 RS232接口連接，則按 RS232協(xié)議通訊 ，如果采用 RS485接口連接，則按 485多機(jī)聯(lián)網(wǎng)協(xié)議通訊。 FlashROM 閃存由于不受掉電影響，可以保存指紋采集 識(shí)別算法和指紋數(shù)據(jù)管理軟件，同時(shí)還可以保存 640枚指紋數(shù)據(jù)。 (2) 光學(xué)活體指紋攝入儀利用了光的全反射原理。這些技術(shù)的采用可以減小光學(xué)活體指紋攝入儀的體積 。 它的表面的頂層是具有彈性的壓感介質(zhì)材料 。 同光學(xué)全反射取像相比 ， 半導(dǎo)體傳感器取像的優(yōu)點(diǎn)是：分辨率可高達(dá)600dpi， 體積小 ， 功耗小 。增強(qiáng)是通過(guò)平滑、銳化、灰度修正等手段 ， 改善圖像的視覺(jué)效果 ； 分割則是把圖像劃分為若干個(gè)區(qū)域 ， 分別對(duì)應(yīng)不同的物理實(shí)體 ； 細(xì)化則是把分割后的圖像轉(zhuǎn)為只有一個(gè)像素點(diǎn)寬度的線型圖，以便特征提取。這兩種噪音必須清除 ， 否則會(huì)造成假的特征點(diǎn) ， 影響指紋的識(shí) 別。如果鄰域取得過(guò)小 ， 則難以從其中的灰度分布得出正確的方向性 ； 第 19 頁(yè) 共 34 頁(yè) 若取值過(guò)大 ， 則在紋線曲率較大的區(qū)域窗口內(nèi)紋線方向不一致 ， 會(huì)對(duì)以后的濾波操作造成不良影響。 點(diǎn) ),( jip 的方向應(yīng)該是 dS 取值 最小、39。平滑也是在窗口中進(jìn)行的 ， 窗口中心像點(diǎn)上的平滑結(jié)果由窗口中各像素點(diǎn)方向值及其分布確定。 根據(jù)本文所設(shè)計(jì)濾波器的特點(diǎn) ， 如果指紋中出現(xiàn)斷點(diǎn) ， 即這一點(diǎn)的灰度值比周圍點(diǎn)小得多 ， 經(jīng)過(guò)濾波器的處理后就接近周圍點(diǎn)的灰度值了 ； 如果指紋中出現(xiàn)叉連點(diǎn)把相鄰的兩條脊線連接起來(lái) ， 則其上下兩行的灰度值較大 ， 而其同一行上鄰點(diǎn)的灰度值較小 ， 經(jīng)過(guò)濾波后叉連點(diǎn)的灰度值會(huì)明顯降低。 3. 二值化后的去噪 由于灰度去噪的不完全及二值化過(guò)程又可能引入噪音 ， 所以對(duì)二值化后的指紋圖像還需要進(jìn)行一次二值濾波去噪 ， 目的是去除或減弱圖像中的噪音 ， 增強(qiáng)圖像中有意義的部分。 圖 34 填充過(guò)程實(shí) 圖 35 刪除過(guò)程實(shí)例 p4 p3 p2 p5 p p1 p6 p7 p8 圖 36 模板 3）除上述方法之外，中值濾波也是一種很好的平滑方式。此例若用平均濾波輸出為（ 0+3+4+0+7） /5=。因此，我們有必要對(duì) 第 24 頁(yè) 共 34 頁(yè) 圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，本文以頻域高通濾波法進(jìn)行介紹。通常是用這樣的方法來(lái)選擇截止頻率的，使該點(diǎn)處的 ),( vuH 下降到最大值的 2/1 。 令 BN為 3 3窗口內(nèi)目標(biāo)像素的個(gè)數(shù) ： 81iBN Pi???， 兩次掃描中需滿足的條件為 ： 1) 2≤ BN≤ 6 (排除 p為端點(diǎn)和內(nèi)部像點(diǎn)的情況 ) ； 2) 若已標(biāo)記 pi視為 1時(shí) ， 有 cN = 1(保證刪除當(dāng)前像素不會(huì)改變?cè)瓐D的連通性 )； 3) p的值是 1(保證 p為前景點(diǎn) )； 4) 當(dāng) p3或 p5已標(biāo)記時(shí) ， 若視 p3， p5為 0， 依然有 cN = 1(保證寬度為 2的線條只刪除一層像點(diǎn) ， 避免其斷開(kāi) )。因此 ， 就有必要對(duì)這些粗篩選出的特征進(jìn)行剪枝 ， 以達(dá)到去偽存真的目的。實(shí)現(xiàn)程序如下： I=rgb2gray()； %灰度化 figure， imshow(I)； 得到圖像如圖 41所示 圖 41 指紋灰度 圖像 方向圖的獲取 根據(jù)像素點(diǎn)鄰域中的灰度分布來(lái)判斷 ， 反映指紋圖上紋線的方向。 首先確定濾波器模板的尺寸。,39。實(shí)現(xiàn)程序如下： I=imread（ ’ ’ ） 。隨著指紋提取設(shè)備的小型化，指紋識(shí)別算法也要能夠根據(jù)最小量的特征對(duì)指紋進(jìn)行匹配，并能克服因指紋旋轉(zhuǎn)等帶來(lái)的偏差，增強(qiáng)算法的可行性