指紋預(yù)處理——細(xì)化ppt課件

1、指紋預(yù)處理細(xì)化2019-11-27目錄： 一、細(xì)化的定義及細(xì)化的原則 二、細(xì)化的方法 三、改進(jìn)的OPTA細(xì)化算法 四、基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的查表細(xì)化算法 一、細(xì)化的定義及細(xì)化的原則 預(yù)處理是指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中的最重要的一步，它的的好壞直接影響著指紋識(shí)別的效果，細(xì)化是指紋識(shí)別預(yù)處理算法的核心環(huán)節(jié)。 細(xì)化的主要作用是去除不必要的紋線粗細(xì)信息，節(jié)省內(nèi)存，便于從指紋中提取細(xì)節(jié)特征交叉點(diǎn)和端點(diǎn)），從而提高指紋圖像的處理速度。細(xì)化的原則 一種好的細(xì)化算法應(yīng)該滿足下列條件： 收斂性、連通性、拓?fù)湫?、保持性、?xì)化性、中軸性和快速性。 收斂性：迭代必須是收斂的； 連通性：不破壞紋線的連接性； 拓?fù)湫裕罕３衷瓐D像的基本

2、結(jié)構(gòu)特性； 保持性：保護(hù)指紋的細(xì)節(jié)特征； 細(xì)化性：骨架紋線的寬度為1個(gè)像素，即單像素寬； 中軸性：骨架盡可能地接近條紋中心線； 快速性：算法簡單，速度快。二、細(xì)化的方法 目前為止，關(guān)于細(xì)化方法的研究工作已有很多成果，所采用的方法從使用的觀點(diǎn)來看，比較多的是采用模板匹配的方法。這種方法是根據(jù)某個(gè)象素的局部鄰域如33，55等的圖像特性對其進(jìn)行處理，此外也有采用邊緣搜索編碼，外輪廓計(jì)算以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的細(xì)化方法。 從處理的過程來看，主要可以分為串行和并行兩類。 前者對圖像中當(dāng)前象素的處理依據(jù)其鄰域內(nèi)象素的即時(shí)化結(jié)果，且不同的細(xì)化階段采用不同的處理方法； 后者對當(dāng)前的象素處理依據(jù)該象素及其鄰域內(nèi)各象素的前

3、一輪迭代處理的結(jié)果，至始至終采用相同的細(xì)化準(zhǔn)則。 三、改進(jìn)的OPTA細(xì)化算法 細(xì)化算法中的OPTA算法能滿足收斂性、連接性、拓?fù)湫院捅３中裕瑢χ讣y圖像的細(xì)化能達(dá)到較好的效果，但細(xì)化后脊線不光滑，有許多毛刺，且紋線扭曲，不在紋線中心，因此，它不滿足細(xì)化性和中軸性。這會(huì)給特征值提取帶來困難。 另外，它采用兩個(gè)大小不同的模板分兩次進(jìn)行運(yùn)算，其快速性也受到影響。 對OPTA算法進(jìn)行改進(jìn)，重新構(gòu)造保留模板，采用了一種新的細(xì)化算法 。圖1、消除模板圖2、44模板圖3、保留模板 該算法采用統(tǒng)一的44模板如圖3所示。具體算法如下： 1） 從圖像的左上角元素開始進(jìn)行，每個(gè)象素(圖中為P5)均抽取出如圖3.2所示

4、的15個(gè)相鄰象素。 2把其中8個(gè)鄰域象素(P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9)與圖2所示的8個(gè)模板比較，如果和8個(gè)細(xì)化模板(a).(h)中的任意一個(gè)都不匹配時(shí)，P5 保管； 3否則，抽取的元素再和圖4所示的9 個(gè)模板進(jìn)行比較，如果與其中任一個(gè)模板匹配的話，則P5 保管，否則P5 刪去。 重復(fù)上述1）、2）、3三個(gè)過程，直到?jīng)]有一個(gè)象素的值被改變?yōu)橹埂?該算法由于采用了統(tǒng)一的44模板，在消除多余象素的同時(shí)，可以同時(shí)考慮到連通性，不用像OPTA算法那樣分兩次作判斷，所以簡化了算法。同時(shí)，該算法對指紋圖像能充分細(xì)化，但在紋線的水平和豎直方向會(huì)產(chǎn)生較多毛刺，且在分叉點(diǎn)處存在不是單象素

5、寬的問題。細(xì)化完后可得到圖4所示的圖像。四、基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的查表細(xì)化算法 4.1 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué) 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)Mathmatical Morphology是分析幾何形狀和結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)方法，是建立在集合代數(shù)基礎(chǔ)上，用集合論方法定量描述幾何結(jié)構(gòu)的科學(xué)。 形態(tài)學(xué)的用途主要是獲取物體拓?fù)浜徒Y(jié)構(gòu)信息，它通過物體和結(jié)構(gòu)元素相互作用的某些運(yùn)算，得到物體更本質(zhì)的形態(tài)。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)現(xiàn)在已經(jīng)成為一種應(yīng)用于圖像處理和模式識(shí)別領(lǐng)域的新方法。4.2基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的細(xì)化算法基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的細(xì)化算法 考慮到改進(jìn)OPTA算法的缺陷，提出一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的查表細(xì)化算法。 所謂“細(xì)化就是從原來的圖中去掉一些點(diǎn)，但仍要保持原來的形狀。實(shí)際

6、上，是保持原圖的骨架。那么怎樣判斷一個(gè)點(diǎn)是否能去掉呢？顯然，同樣也要根據(jù)它的八個(gè)鄰域的情況來判斷，下面給出幾個(gè)例子說明 圖5 八鄰域象素的各種情形圖6 八鄰域模板 闡明： (1)不能刪，因?yàn)樗莻€(gè)內(nèi)部點(diǎn)，我們要求的是骨架，假設(shè) 連內(nèi)部點(diǎn)也刪了，骨架也會(huì)被掏空的； (2)不能刪，和(1)是同樣的道理； (3)可以刪，這樣的點(diǎn)不是骨架； (4)不能刪，因?yàn)閯h掉后，原來相連的部分?jǐn)嚅_了； (5)可以刪，這樣的點(diǎn)不是骨架； (6)不能刪，因?yàn)樗侵本€的端點(diǎn)，如果這樣的點(diǎn)刪了，那么最后整個(gè)直線也被刪了，剩不下什么；此外，孤立點(diǎn)也不能刪，因?yàn)楣铝Ⅻc(diǎn)的骨架就是它自身。 總結(jié)一下，有如下的判據(jù)：(1)內(nèi)部點(diǎn)不

7、能刪除；(2)孤立點(diǎn)不能刪除；(3)直線端點(diǎn)不能刪除；(4)如果P是邊界點(diǎn)，去掉P后，如果連通分量不增加，則P可以刪除。 根據(jù)上述的判據(jù)，事先做出一張表，從0到255共有256個(gè)元素，每個(gè)元素要么是0，要么是1。我們根據(jù)某點(diǎn)(要處理的黑色點(diǎn))的八個(gè)相鄰點(diǎn)的情況查表，若表中的元素是1，則表示該點(diǎn)可刪，否則保留。 該細(xì)化算法的步驟如下: （1按順序根據(jù)如圖6的8鄰域值計(jì)算用于查表的索引值： (P1-P9分別為0或1)，則有256種索引與數(shù)值0到255一一對應(yīng); （2根據(jù)上述判據(jù)制作一張消除表，實(shí)際上是一個(gè)容量為256的數(shù)組，下標(biāo)分別與象素的索引值一一對應(yīng)，元素值設(shè)為0表示該組合的中心點(diǎn)應(yīng)該保留，設(shè)

8、為1則表示應(yīng)該刪除。765432102928272624232221PPPPPPPPS 數(shù)組定義如下： static int erasetable256= 0,0,1,1,0,0,1,1, 1,1,0,1,1,1,0,1, 1,1,0,0,1,1,1,1, 0,0,0,0,0,0,0,1, 0,0,1,1,0,0,1,1, 1,1,0,1,1,1,0,1, 1,1,0,0,1,1,1,1, 0,0,0,0,0,0,0,1, 1,1,0,0,1,1,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0, 1,1,0,0,1,1,0,0, 1

9、,1,0,1,1,1,0,1, 0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,1,1,0,0,1,1, 1,1,0,1,1,1,0,1, 1,1,0,0,1,1,1,1, 0,0,0,0,0,0,0,1, 0,0,1,1,0,0,1,1, 1,1,0,1,1,1,0,1, 1,1,0,0,1,1,1,1, 0,0,0,0,0,0,0,0, 1,1,0,0,1,1,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0, 1,1,0,0,1,1,1,1, 0,0,0,0,0,0,0,0, 1,1,0,0,1,1,0,0, 1,1,0,1,1,1,0,0, 1,1,0,0,1,1,1,0, 1,1,0,0,1,0,0,0; （3從上到下，從左到右，對二值圖像進(jìn)行掃描，對每一個(gè)黑點(diǎn)做如下處理:先判斷該黑點(diǎn)的左右鄰居，如果都是黑點(diǎn)，則該點(diǎn)不做處理:否則計(jì)算8鄰域編碼作為索引，查消除表看是否刪除:如果該黑點(diǎn)被刪除了，那么跳過它的右鄰域，處理下一個(gè)點(diǎn)。 （4從左到右，從上到下，對二值圖像進(jìn)行第二次掃描，對每一個(gè)黑點(diǎn)做類似處理:先判斷該黑點(diǎn)的上下鄰居，如果都是黑點(diǎn)，則該點(diǎn)不做處理;否則計(jì)算8鄰域編碼作為索引，查消除表看是否刪除:如果該黑點(diǎn)被刪除了，那么跳過它的下鄰居，處理下一個(gè)點(diǎn)。 （5如果本次循環(huán)有黑點(diǎn)被刪除，則跳到(3)，否則，終止循