【正文】 12[1 1),( ??? (310) 5. 細化及細化后的去噪處理 細化是圖像分析、信息壓縮、特征提取和模式識別常用的基本技術 ， 它使圖像的每條紋線都變?yōu)閱蜗袼貙挼摹包c線” ， 且細化后的紋 線近似處于原圖的“中軸”。 頻域高通濾波： 因為邊緣及灰度級中其他的急劇變化都與高頻分量有關，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，中心像素點原灰度值是 35，濾波后變?yōu)?10，如果 35是一個脈沖干擾，中值濾波后被有效抑制。 中值濾波是 一種非線性信號處理方法，與其對應的中值濾波器也是一種非線性濾波器。這一過程可以填補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算法。所以此濾波器起到了連接斷點和去除叉連的作用。 設 N(d) 是某一像素在 8 鄰域中方向為 d 的像素個數(shù) ， N(d) 的最大值定義為 N(D1) ，次大值定義為 N(D2)， 其對應的方向值分別是 D1和 D2， ),( jiC 是點 ),( 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個紋線周期。如斷裂可能被認為是兩個端點 ， 而叉連可能被當作兩個分叉點。 在預處理過程中 ， 必須保證盡可能不出現(xiàn)偽特征 ， 并盡量保持其真實特征不受損失。 超聲波掃描技術被認為是指紋取像技術中最好的一種 ， 但在指紋識別系統(tǒng)中還不 多見 ，還處于實驗階段。 當用戶將手指按壓在該半導體表面上時 ， 這些壓感介 質將指紋紋脊和紋谷的不同壓力轉化為相應的不同電信號 ， 并進一步產(chǎn)生具有灰度級的指紋圖像 。 光學活體指紋攝入儀可對較大面 (大于或等于 1平方英寸 )的指紋區(qū)域取像 ， 但只能通過人工方式來調整指紋圖像的質量。即當光 源照到按有手指的玻璃棱鏡表面時 ， 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的光強損失很少 。但是 FlashROM閃存的存取速度比較慢，因此實際上，指紋采集識別算法、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中運行。RS232通訊口和 RS485通訊口連接方式不同，所以不能同時使用。 鍵盤采用行列式的接口設計，由 4 個 I/O線組成 4行輸入口，令 4 個 I/O線組成 4 列輸出口，在行列線的每個交點上，設置一個按鍵，共組成 4 4=16 個有效按鍵。 AT89C52單片機的 8K Flash ROM程序存儲器，可以重復編程擦寫 1000次以上，特別適合用來開發(fā)和調試控制程序，而且 8K的容量足以設計開發(fā)相當復雜的控制邏輯。 、驗證 ： (1)根據(jù)用戶輸入的組號 (09)和指紋，自動識別驗證用戶，并記錄該 用戶的考勤信息，包括 ： 進出狀態(tài)、組號、編號、時間等； (2)可在管理員的干預下進行手工考勤； (3)在 5分鐘內(nèi)重復考勤，只記錄一次考勤數(shù)據(jù)。 485 通訊聯(lián)網(wǎng)接口是指紋考勤機與管理 PC機通訊的通道。 指紋識別模塊是指紋考勤機與其他類型考勤機最不同的特征。聯(lián)網(wǎng)設置是指，利用 485網(wǎng)絡，把多臺指紋考勤機與一臺管理 PC機連接起來，通 過管理 PC機，可以統(tǒng)一設置所有聯(lián)網(wǎng)指紋考勤機的運行參數(shù)，如統(tǒng)一設置時間、進出狀態(tài)，統(tǒng)一設置指紋識別參數(shù)，統(tǒng)一管理每臺指紋考勤機中的所有指紋，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關系曲線 本文的結構安排 本文的主要內(nèi)容： (1) 首先介紹了指紋識別技術的發(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 之間的關系。 5. 指紋比對 指紋比對指的是通過對兩枚指紋的比較來確定它們是否同源的過程，即 兩枚指紋是否來源于同一個手指。紋線端點指的是紋線突然結束的位置，而紋線分叉點則是紋線突然一分為二的位置。這類方法受指紋圖像質量的影響比較大，難以得到令人滿意的結果。另一個方案時把含有微型三棱鏡矩陣的表面安裝在彈性的表面上，當手指壓在此表面上時，由于脊和谷的壓力不同而改變了微型三棱鏡的表面，這些變化通過三棱鏡光的反射而反映出來。 光學技術需要一個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展，但它本身是 第 3 頁 共 34 頁 一個比較難的研究領域，存在不少困難，因人類本身對自己的視覺過程還了解甚少，因此計算機視覺是一個有待人們進一步探索的新領域。 CT 的基本方法是根據(jù)人的頭部截面的投影，經(jīng)計算機處理來重建截面圖像，稱為圖像重建。早期的圖像處理的目的是改善圖像的質量，它以人為對象，以改善人的視覺效果為目的。 近年來，國內(nèi)外學者對自動指紋識別技術進行了深入和廣泛的研究，取得了較大的進展，研究的重點主要集中在如何提高識別的準確率和速度。生物特征是唯一的(與他人不同 )，可以測量或可自動識別和驗證的生理特性或行為方式， 分為生理特征和行為特征。生物識別技術 (Biometric Identification Technology)是利用人體生物特征進行身份認證的一種技術。迄今為止，最為人們所關注、最為成熟的生物識別技術就是指紋識別。數(shù)字圖像處理作為一門學科大約形成于 20 世紀 60 年代初期。 1972年英國 EMI公司工程師 Housfield發(fā)明了用于頭顱診斷的 X 射線計算機斷層攝影裝置，也就是我們通常所說的 CT（ Computer Tomograph）。其中代表性的成果是 70 年代末 MIT 的 Marr 提出的視覺計算理論，這個理論成為計算機視覺領域其后十多年的主導思想。驗證過程如圖 11 所示： 圖 11 指紋驗證過程 用戶 ID 比對 指紋庫 指 紋特征 值 用戶指紋 指 紋特征 值 用戶 ID 登記 指紋庫 用戶指紋 指紋特征 值 指紋特征 值 比對 用戶 ID 登記 第 4 頁 共 34 頁 圖 12 指紋辨識過程 辨識則是把現(xiàn)場采集到的指紋同指紋數(shù)據(jù)庫中的指紋逐一對比，從中找出與現(xiàn)場指紋相匹配的指紋。通過改進原來的光學取像技術，新一代的光學指紋采集器更是以無可挑剔的性能與相對非常低的價格使電容方案相形見絀。纖維光束垂直射到指紋的表面，它照亮指紋并探測反射光。 指紋圖像的預處理一般采用圖像增強、二值化和細化的方法來抽取脊的骨架。一般在自動指紋識別技術中只使用兩種細節(jié)特征：紋線端點與分叉點。對于要求嚴格的指紋識別系統(tǒng)，僅按此分類是不夠的，還需要進一步更加細致的分類。我們可以根據(jù)不同的用途來調整這兩個值， FRR 和 FAR 是成反比的，可以用 1~。 錯誤！未找到圖形項目表。獨立識別是指，考勤機本身就具有識別、驗證、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機獨立完成指紋考勤任務。 圖 22指紋考勤機硬件結構框圖 指紋考勤系統(tǒng)除了核心的 CPU 及其控制軟件外，主要有指紋識別模塊、液晶顯示器、4 4 鍵盤 、大容量存儲器、實時時鐘、通訊接口等設備模塊 。 實時時鐘用于實時產(chǎn)生系統(tǒng)時間，即使停電也不會影響實時時鐘的運行，提高考勤記錄的準確性。以下是控制軟件功能的詳細說明。AT89C52單片機內(nèi)集成有 8K Flash ROM程序存儲器， 256字節(jié)內(nèi)部 RAM， 2個外部中斷， 3個定時器， 1個串行通訊口， 32個通用雙向 I/0端口，非常適合作為指紋考勤機這種設備的內(nèi)嵌控制處理器 。 用戶通過鍵盤輸入指令，如登記、修改、識別等；液晶顯示器可顯示當前日期、時間，以及識別的用戶編號、錯誤編號、錯誤代碼等信息；蜂鳴器可以給用戶提示操作狀態(tài)和識別結果。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 識別算法和指紋數(shù)據(jù)管理軟件，同時還可以保存 640枚指紋數(shù)據(jù)。 (2) 光學活體指紋攝入儀利用了光的全反射原理。這些技術的采用可以減小光學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材料 。 同光學全反射取像相比 ， 半導體傳感器取像的優(yōu)點是：分辨率可高達600dpi， 體積小 ， 功耗小 。增強是通過平滑、銳化、灰度修正等手段 ， 改善圖像的視覺效果 ； 分割則是把圖像劃分為若干個區(qū)域 ， 分別對應不同的物理實體 ； 細化則是把分割后的圖像轉為只有一個像素點寬度的線型圖，以便特征提取。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。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 ； 第 19 頁 共 34 頁 若取值過大 ， 則在紋線曲率較大的區(qū)域窗口內(nèi)紋線方向不一致 ， 會對以后的濾波操作造成不良影響。 點 ),( jip 的方向應該是 dS 取值 最小、39。平滑也是在窗口中進行的 ， 窗口中心像點上的平滑結果由窗口中各像素點方向值及其分布確定。 根據(jù)本文所設計濾波器的特點 ， 如果指紋中出現(xiàn)斷點 ， 即這一點的灰度值比周圍點小得多 ， 經(jīng)過濾波器的處理后就接近周圍點的灰度值了 ； 如果指紋中出現(xiàn)叉連點把相鄰的兩條脊線連接起來 ， 則其上下兩行的灰度值較大 ， 而其同一行上鄰點的灰度值較小 ， 經(jīng)過濾波后叉連點的灰度值會明顯降低。 3. 二值化后的去噪 由于灰度去噪的不完全及二值化過程又可能引入噪音 ， 所以對二值化后的指紋圖像還需要進行一次二值濾波去噪 ， 目的是去除或減弱圖像中的噪音 ， 增強圖像中有意義的部分。 圖 34 填充過程實 圖 35 刪除過程實例 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 第 24 頁 共 34 頁 圖像進行增強處理，本文以頻域高通濾波法進行介紹。通常是用這樣的方法來選擇截止頻率的，使該點處的 ),( vuH 下降到最大值的 2/1 。 令 BN為 3 3窗口內(nèi)目標像素的個數(shù) ： 81iBN Pi???， 兩次掃描中需滿足的條件為 ： 1) 2≤ BN≤ 6 (排除 p為端點和內(nèi)部像點的情況 ) ； 2) 若已標記 pi視為 1時 ， 有 cN = 1(保證刪除當前像素不會改變原圖的連通性 )； 3) p的值是 1(保證 p為前景點 )； 4) 當 p3或 p5已標記時 ， 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 ， 避免其斷開 )。因此 ， 就有必要對這些粗篩選出的特征進行剪枝 ， 以達到去偽存真的目的。實現(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)像素點鄰域中的灰度分布來判斷 ， 反映指紋圖上紋線的方向。 首先確定濾波器模板的尺寸。,39。實現(xiàn)程序如下： I=imread（ ’ ’ ） 。隨著指紋提取設備的小型化，指紋識別算法也要能夠根據(jù)最小量的特征對指紋進行匹配，并能克服因指紋旋轉等帶來的偏差，增強算法的可行性