基于覆盖技术的滚动指纹采集算法

1、基于覆盖技术的滚动指纹采集算法    关键词:指纹识别;活体滚动指纹采集;图像拼接 0 引言 随着信息技术的发展,滚动指纹采集方法逐步代替油墨捺印方法,成为公安部门或刑事技术部门指纹采集的主要方法1。指纹采集器每次只能采集一帧图像,为了得到连续的滚动指纹,我们设计了图像拼接算法,将手指滚动过程中采集到的多帧图像拼合起来,得到完整的滚动指纹图像。 2、基于覆盖技术的图像拼接算法 2.1 基本框架 考虑油墨捺印的情形。当蘸了油墨的手指在白纸上滚动时,油墨会沾在纸上,并且油墨比纸的颜色深,所以纸上会显示出指纹。 我们把同样的原理应用于光电式指纹采集器的滚动指纹

2、采集。一个直接的想法是,将输出图像设想为一张白纸,将采集的图像序列设想为蘸了油墨的手指,在对应的像素上,若当前帧的颜色比输出图像的颜色深,则用当前帧的灰度值替换输出图像的灰度值;否则,输出图像的灰度值保持不变。 这个算法我们描述如下: If(FingerPressed()=TRUE) While(FingerReleased()=FALSE) CaptureOneFrame(pFrameImage); For(i=0;iFor(j=0;jIf(pOutImageij>pFrameImageij) pOutImageij= pFrameImageij; 使用这个算法,很容易就避免了上节中指

3、出的问题。但却带来了新的问题,即纹线的错位重印2。 引起这个问题的原因还在于指纹的变形。当将输出图像与当前帧按照低灰度保留的原则叠加时,由于指纹变形的存在,两幅图像上的纹线不能完全重叠,而会发生错位。这样就造成,当前帧上的某些纹线落入了输出图像对应纹线附近的空白间隙里(显而易见,纹线上的灰度值要小于空白间隙的灰度值,才满足覆盖条件),看起来就象一条纹线产生了两个影像,是谓重印3。 2.2错位重印的消除 为了消除错位重印,必须修改覆盖条件。为此,我们首先对采集的序列图像和输出图像进行低通滤波,以消除指纹的纹理特性对覆盖条件的影响4。 设低通滤波算子为F。在500DPI采样分辨率下,指纹纹线的平均

4、周期为9.1个像素,同时根据我们的观察,其上限一般不会大于24个像素。若以1英寸为单位,则指纹纹线的最低频率 为了彻底消除指纹纹线对覆盖条件的影响,滤波算子F的截止频率要小于指纹纹线的最低频率。滤波算子F的形式可以多样,可以是高斯滤波算子,也可以是速度很快的三角滤波算子或者矩形滤波器等5。 经过修改覆盖条件后,我们可彻底消除滚动采集中的错位重印现象,得到几近完美的拼接图像。但在某些时候,由于图像采集的速度较慢,或者手指滚动的速度过快时,并且指纹变形的存在,会出现局部的纹线断裂。 2.3 局部纹线断裂的消除 为了消除局部的纹线断裂,我们采用帧间平均的办法达到平滑断裂纹线的目的。我们再次对算法进行

5、修正,得到最终的指纹滚动算法。 算法1.1 Algorithm For Overlay Rolling Fingerprint Capturing(ORFC) If(FingerPressed()=TRUE) While(FingerReleased()=FALSE) CaptureOneFrame(pFrameImage); LowPassFilter(pFrameImage,pFilteredFrameImage); LowPassFilter(pOutImage,pFilteredOutImage); For(i=0;iFor(j=o;jIf(pFilteredOutImageij>

6、;pFilteredFrameImageij) nC1=(pFilteredOutImageij-pFilteredFrameImageij)*FACTOR; if(nC1>SUM_MAX)nC1=SUM_MAX; nC2=SUM_MAX-nC1; pOutImageij=pFrameImageij*nC1 pOutImageij*nC2; pOutImageij=SUM_MAX; 在ORFC算法中,FACTOR和SUM_MAX是预先给定的参数。其中,FACTOR称为放大因子,是为了强调采集的序列图像对输出结果的影响。SUM_MAX称为最大和,是为了给nC1与nC2的和一个确定的上界。

7、使用上述算法,采集到的滚动指纹图像质量几近完美,完全可以满足公安部门的需要。从使用的情况看,采集指纹的效率、劳动强度、成功率和图像质量要远远好于油墨捺印,也好于使用运动估计技术的图像拼接算法。 3、小结 光电式指纹采集器的出现为结束传统的油墨捺印方式提供了条件。本文提出了一种新的基于覆盖技术的图像拼接算法,它避免了传统的基于运动估计的拼接算法的诸多缺点,大大提高了图像采集的质量。与传统的方法相比,取消了对捺印方向的限制,使得捺印更加自由。取消了对滚动速度的限制,允许任意速度的滚动,中间的停顿等对拼接的结果亦没有影响。提高了图像质量,不会出现纹线断裂、错位等问题。 参考文献 1 韩伟红、黄子中、

8、王志英.指纹自动识别系统中的预处理技术J;计算机研究与发展, Dec. 1997 vol.34 No. 12: 913920.        2 林喜荣,于政涛,苏晓生.一种利用动态滤波模板进行指纹图像增强的算法;清华大学学报,2001,41(8):37-40 3 Cappelli R, Lumini A, Maio D, et al. Fingerprint classification by directional image partitioning. IEEE Transactions on PAMI, 1999, 21(5): 402-421 4 漆远