多指指纹自动分割算法

多指指纹自动分割算法 多指指纹自动分割算法 第27卷第5期 2009年9月 吉林大学(信息科学版) JournalofJilinUniversity(InformationScienceEdition) Vo1.27No.5 Sept.2009 文章编号:1671-5896(2009)05-0500-06 多指指纹自动分割算法 宋占伟,王雪思 (吉林大学电子科学与3-程学院,长春130022) 摘要:针对目前国内外尚缺乏多指指纹分割可借鉴,结合应用需要,提出了一种新的多指指纹自动 分割算法.该算法根据边缘图像的与y方向投影分布和投影分割,获取每一手指的主轴方向,利用方向旋 转和与l,方向投影分割,获取每个手指的指纹区域,实现多指指纹的自动分割.利用该算法测试了600幅 不同手势姿态,背景光照等影响下的多指指纹图像,获得良好的实验效果,可满足工程应用的需要. 关键词:多指指纹分割;方向投影;主轴;旋转;指纹识别 中图分类号:TP391文献标识码:A ResearchonMulti—FingerFingerprintSegmentationAlgorithm SONGZhan—wei,WANGXue—si (CollegeofElectronicScienceandEngineering,JilinUniversity,Changchun130022,China ) Abstract:Forlackingofmulti-fingerfingerprintsegmentationalgorithmtoinductmulti-fing errecognitionengi— neeringapplicationsatpresent,itwillincreasethedifficultiesoffingerrecognitionapplication.Tosatisfythe needofengineeringapplications,anewmulti— fingerfingerprintsegmentationalgorithmisproloosed.Distribu— tionsofX-projection,Y-projectionandsegmentationofprojectionofedgeimagearecountedtogetthecoarse eachfingerposition,andthenthedirectionofmainaxisofeachfinger,X-projection,Y-projectionandsegmenta- tionofprojectionofeachregionarecomputedtolocateeachfingerprintregion.Inexperiment,600multi—finger images,includingdifferentbackgroundlight,handgesturearetestedbytheproposedalgorithm.Experimental resultsshowthatthealgorithmcanmeettheneedofengineeringapplications. Keywords:multi—fingerfingerprintsegmentation;directionprojection;main— axis;rotation;fingerprintrecog nition 引言 指纹识别技术利用指纹的生物特征实现身份识别,具有采集方便,识别精度高,应 用成本低等 优点,已在海关,考勤等方面获得应用.在无需增加采集设备成本和识别算法复杂 度的前提下,多指融 合识别技术可提高单一指纹识别算法的性能.多指指纹分割算法实现每个相应指 纹区域的自动分 离,是多指指纹融合识别的前提与基础.然而,目前国内外对多指指纹分割算法研 究较少,文献[11] 采用单一传感器同时获取掌纹和5个手指图像,通过掌纹与手指形态,实现图 像中5个相应手指分 割.该方法虽然能很好地实现多指指纹区域分割,但需要获取整个手掌的图像,无 法满足不包括掌纹的 多指图像. 针对工程应用要求和多指指纹图像特点,笔者提出了一种多指指纹自动分割算法.该方法利用图像 收稿日期:2009-06.19 基金项目:国家863计划课基金资助项目(2009AA1lZ210) 作者简介:宋占伟(1962一),男,长春人,吉林大学教授,主要从事数字信号处理,图像处理,智能交通,嵌入式系统研究, (Te1)86.431.85095828,86_431—8589dI687(E—mail)songzw@jime&rca. 第5期宋占伟,等:多指指纹自动分割算法501 预处理,克服背景光照,采集环境污染等因素的影响;采用Canny边缘检测和与y方向投影分割, 获取图像中每个手指区域;为克服采集手势的影响,获取每个手指区域的主轴方向,沿主轴旋转每个手 指区域,根据与y方向投影分割,获取每个指纹区域,实现多指指纹的自动分割.结合不同的背景 光照和采集姿态进行分割,获得良好的实验效果,可满足工程应用的需要. 1多指指纹分割系统 根据多指指纹融合识别的工程要求,需要采集10个手指指纹图像融合识别,其中采集过程分为3 次,且每次采集不限制采集者手的姿势,分别获得左,右手4指图像(食指,中指,无名指,小指的 指纹)和左右手大拇指图像(见图1). 警 a左手四指水平采集图像b右手四指水平采集图像c左右手大拇指水平采集图像 . 潮 .... 镬 鞋 d右手四指左侧采集图像.左手四指水平采集图像f左手四指水平采集图像 图1多指采集图像 Fig.1Multi-fingerimagescapturedbythemulti—fingerdevice 由图1可以看出,多指指纹图像受光学畸 变,手指压力,采集环境污染(如手汗痕迹), 背景光照和手指姿态等影响,且部分图像还包 括无效的手指关节等部分,手指关节间指纹区 域与手指的其他部分分为不连续的图像区域, 每个指纹区域径向投影的最大值为整个手指最 大的部分.基于此,笔者制定了如图2所示的 多指指纹分割技术路线. 图2多指指纹分割技术路线 Fig.2Methodonmuhi—fingerfingerprintsegmentation 图像预处理利用图像畸变矫正,数学形态滤波处理等,克服了图像光学畸变,采集环境污染 (如手汗痕迹)等影响.为降低背景光照,手指压力差异等影响,利用Canny算子获取多指指纹的边 缘图像;根据边缘图像的与y方向投影与投影分割,获取多指指纹图像的每个手指区域范围.为克 服手指姿态造成的旋转影响,获取每个手指区域主轴,旋转校正每个手指区域,然后获取其与y方 向投影,获取每个手指径向投影的最大值,利用投影分割获取每个手指的指纹区域,实现多指指纹分 割. ? 2方向投影与分割 吉林大学(信息科学版)第27卷 由于多指图像单指方向性和每个手指相互分离的生理特性,利用多指图像的与y方向投影分布, 可获取与y方向上的几何分布特性,其中与y方向的投影表示为 其中尺表示有效区域.根据与y方向投影分布, = { { :dy = fRI,,d 利用式(2)投影分割,获取候选手指指纹区域. P?T P<T Py?T Py<T 其中表示分割阈值.为避免投影分割将同一手指分割为不同部分 获取若干个连续的投影分割区域;判断相邻的指纹区域之间的距离是 区域合并;判断每个区域的长度是否小于阈值,若小于该阈值, 域合并与剔除操作,可获取多指边缘图像中每个手指区域的范围. 3旋转变换与投影 (2) 根据方向投影与分割获取的每个手指区域范围,利用M×M的滑动观测窗口快速 定位并检测出每 个手指区域.为克服采集者手姿势的不同造成的图像旋转影响,获取每个手指区域 主轴_】,沿主轴旋 转每个手指区域.根据指纹区域为每个手指径向投影最大值的特点,对旋转校正后 边缘图像进行与y 方向投影,获取投影分布,确定每个手指相应的指纹区域. 设区域D的灰度分布为,Y),f的P+q阶原点矩定义为 mw=lJxPyqf(,y)dxdyP,q=0,1,2,…(3) ,的P+q阶中心矩定义为 = (一)(y一_y),y)ddy =一 mol moo 设区域D的主轴线为一条过点(口,b),和轴成0角的直线,其方程为 (一0)sin0一(Y—b)cos0=0 设区域D中灰度函数为I厂(,Y),则区域D关于这条直线的转动惯量为 ,=[(—n)sin一(y一6)c.s】,y)ddy (4) (5) (6) 由于区域的主轴为区域转动惯量最小的直线.为求使,最小的直线,分别对式(6)中 o,b,求导, 并令其导数结果为0,则fm. I口一 {6:一toOl(7) Im00 I【=_ar1ctan() ‰ = 一 第5期宋占伟,等:多指指纹自动分割算法503 y D , / , , <06) , 图3平移一旋转示意图 Fig.3Rotation&shiftindeximage 以点0(a,6)为中心,将每个手指区域沿区域主轴顺时针旋转0 (见图3),其旋转变换为 一 … sinO][二(8) 根据指纹区域为每个手指径向投影最大值且每个手指的关键部分 将指纹区域与其他无效部分分为不同区域的特点,对旋转校正后边缘 图像进行与y方向投影,获取投影分布,如式(9)所示,确定每个手 指相应的指纹区域. 其中F一 ,一咖,.a,一分别表示单个指纹区域的y和X方向开始点和结束点. 4实验结果 结合工程需要,实验利用VC6.0实现了笔者算法的多指指纹分割系统,结果如图4 所示. 爹戆 j粤 ?嘏 . 匣 辎 a多指指纹源图像 l 0 j型0 j粤0 星 O x坐标值 C边缘图像X方向投影 ?氍 厘 收 bcanny检测图像 y坐标值 d边缘图像y方向投影 坐标值 e方向投影分割 y坐标值 fy方向投影分割 叠?g多指指纹分割为4个单指图像 图4多指指纹分割过程 Fig.4Rrocessofmulti-fingersegmentation 9 .墓洲 y _量_量 y dd r 『j, _暑嘲_暑 r??Jr?J == ,,,, y ,/ pp 504吉林大学(信息科学版)第27卷 图4a为源图像,图4b,图4g给出了源图像的分析过程,包括图像Canny边缘检测(图4b),与 y方向投影(图4c,图4d),分割(图4e,图4f)以及分割出的4个相应单指指纹图像(图4g).为了 更好地验证算法的有效性,利用笔者开发的实验系统,在线实时采集不同背景光照,手势姿态,采集环 境污染等因素影响下的600幅多指指纹图像进行分割处理,然后根据指纹图像质量评价方法对分割后指 纹评价,评价结果如表1所示.由表1可以看出,笔者提出的多指指纹分割方法的准确率达到97.7%, 反映了该算法具有较强的实用性和鲁棒性,能满足实际多指指纹分割的需要. 表1多指指纹分割处理过程 Tab.1Processofmulti-fingersegmentation 5结论 针对目前缺乏有效的多指指纹分割方法,笔者结合工程应用需要,提出了一种多指指纹自动分割算 法.该方法首先利用图像预处理克服背景光照,采集环境污染等因素的影响;利用Canny边缘检测和 与y方向投影分割,获取图像中每个手指区域;为克服采集手势的影响,获取每个手指区域的主轴方 向,沿主轴旋转每个手指区域,根据与y方向投影分割,获取每个指纹区域,实现多指指纹的自动 分割.实验过程中,结合不同影响因素的多指指纹图像分割,获得良好的实验效果,可满足工程应用的 需要. 参考文献: [1]CAPPELURAFFAELE,MALTONIDAVIDE.OntheSpatialDistributionofFingerprin tSingularities[J].IEEETransactions onPatternAnalysisandMachineIntelligence,2009,31(4):742—748. 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(责任编辑:张洁) ? 待发表文章预告? 融合空间自相关的空间数据预测模型 胡彩平,秦小麟 (南京航空航天大学信息科学与技术学院,南京21~16) 摘要:由于空间数据具有空间自相关的特性,使得多元线性回归模型不适合用于空间数据预测.空间自 相关模型由于考虑了空间信息,可以用于空间预测,但其时间耗费较大.笔者研究了在多元线性回归模 型的基础上,通过把空间信息加入到输入变量中,然后把新的输入变量输入多元线性回归模型来估计模 型参数,最后进行空间数据预测的方法.实验结果表明,该方法能取得与空间自相关模型几乎相同的预 测效果,但它的计算代价更小. 关键词:空间自相关;空间自相关模型;多元线性回归模型;空间预测