專(zhuān)利名稱(chēng)：用于處理指紋圖像的體系結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及分類(lèi)與特征提取。
背景技術(shù)：
本專(zhuān)利申請(qǐng)涉及同時(shí)由Acharya等于＿＿提交的題為“Method andApparatus to Provide a Binary Fingerprint Image”的順序號(hào)No.＿＿(代理人案號(hào)042390.P12797)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)和同時(shí)由Acharya等于＿＿提交的題為“Method and Apparatus to Reduce False Minutiae from a BinaryFingerprint Image”的順序號(hào)No.＿＿(代理人案號(hào)042390.P12798)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，這兩項(xiàng)申請(qǐng)都已轉(zhuǎn)讓給現(xiàn)在這里所要求主題的受讓人，并且這里將其通過(guò)引用而結(jié)合進(jìn)來(lái)。
特征提取是當(dāng)前數(shù)字圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)中研究和開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域，尤其是涉及基于特征模式識(shí)別的開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域。許多圖像識(shí)別，例如圖像檢測(cè)和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用已經(jīng)在特征提取和模式識(shí)別的技術(shù)基礎(chǔ)上得以發(fā)展。指紋圖像的特征提取相對(duì)于通用目的的圖像處理應(yīng)用具有其獨(dú)特的方面，這至少部分是由于其特殊的拓?fù)涮匦?。文獻(xiàn)中提到的大部分方法是在至少部分地利用與某些閾值變量相耦合的濾波器對(duì)圖像進(jìn)行卷積的基礎(chǔ)上將指紋圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像。然而，這種方法有幾個(gè)缺點(diǎn)，例如計(jì)算強(qiáng)度以及不能魯棒地處理噪聲圖像。而且，大部分文獻(xiàn)中的方法慢而復(fù)雜，難以在硬件中實(shí)現(xiàn)。因此，人們需要其他處理技術(shù)以及支持這種技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)。


本說(shuō)明書(shū)的結(jié)論部分中具體地指出并清楚地要求了主題。然而，通過(guò)參照下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，可以最好地理解所要求主題的結(jié)構(gòu)和操作方法及其目的、特征和優(yōu)點(diǎn)
圖1是表示可以用來(lái)將象素分類(lèi)的處理元件(PE)實(shí)施例的一部分的示意圖；圖2是表示圖1中處理元件實(shí)施例的另一部分的示意圖；圖3是更詳細(xì)地表示圖1中實(shí)施例的另一部分的示意圖；以及圖4是表示幾個(gè)圖1中PE實(shí)施例相結(jié)合的具體實(shí)施例的示意圖，該具體實(shí)施例中所結(jié)合的PE實(shí)施例用來(lái)處理4×5圖像。
具體實(shí)施例方式
在下面詳細(xì)的描述中，給出了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)所要求主題的透徹理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解到?jīng)]有這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)踐所要求的主題。另一方面，并沒(méi)有詳細(xì)描述公知的方法、程序、組件和電路以避免混淆所要求的主題。
所要求的主題涉及利用拓?fù)涮卣鱽?lái)實(shí)現(xiàn)片上(on-chip)超大規(guī)模集成電路(VLSI)完成象素分類(lèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，采用了如前面所提及的順序號(hào)No.＿＿(代理人案號(hào)042390.P12797)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中所公開(kāi)的特征，例如波峰(crest)、波谷(valley)、平臺(tái)(plateau)和未定(undecided)，但是當(dāng)然所要求主題在范圍上并不限于采用其中所公開(kāi)的方法。許多落在所要求主題范圍內(nèi)的象素分類(lèi)方法中的任一種方法都能夠被實(shí)現(xiàn)。
盡管如此，在前述方法中，如前述申請(qǐng)中所描述地，對(duì)圖像-象素矩陣的第一次掃描將象素分為7類(lèi)，即CR、VA、PL、CV、VP、CP和UN。在這7類(lèi)中，CR(波峰)、VA(波谷)、PL(平臺(tái))是前述申請(qǐng)中所描述實(shí)施例中的最終類(lèi)。
對(duì)于處理圖像體系結(jié)構(gòu)的這種具體實(shí)施例，圖1示出了將象素分類(lèi)(例如分為如上的7類(lèi))的處理元件10(PE)。例如，“m”行和“n”列的圖像-象素矩陣可以在本實(shí)施例中采用PE的“m”個(gè)拷貝，但是在這方面所要求主題在范圍上并不受限。在本實(shí)施例中，在一個(gè)時(shí)鐘脈沖期間激活幾列象素。因而，在本實(shí)施例中，以流水線(xiàn)方式將列輸入多個(gè)PE內(nèi)。
例如考慮第(i，j)位置處的象素。在本實(shí)施例中，處理元件PEi有三條輸入線(xiàn)Ri-1、Ri和Ri+1，對(duì)應(yīng)于行i-1、i和i+1。為將(i，j)處的象素進(jìn)行分類(lèi)，采用前述方法，訪(fǎng)問(wèn)位于其3×3鄰域內(nèi)的象素。可以分別從輸入線(xiàn)Ri-1、Ri和Ri+1獲得在具有下標(biāo)i-1、i和i+1的位置處的象素。還請(qǐng)注意在具有相同“j”下標(biāo)的位置處的象素在同一時(shí)鐘期間被激活，例如，(i-1，j)、(i，j)和(i+1，j)在同一時(shí)鐘脈沖或瞬間期間(例如tj)被激活；然后(i-1，j-1)、(i，j-1)和(i+1，j-1)在時(shí)間或脈沖tj-1期間被激活，而(i-1，j+1)、(i，j+1)和(i+1，j+1)將在時(shí)間或脈沖tj+1期間被激活。
下表示出了用來(lái)計(jì)算a、b、c、d、e、f、g和h的象素以及該象素可用時(shí)的時(shí)鐘脈沖，a、b、c、d、e、f、g和h用于將某一具體象素分類(lèi)到前述專(zhuān)利申請(qǐng)的七類(lèi)的一類(lèi)中。
表1

例如，如所示地，可在第tj個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)計(jì)算a，b的值。為計(jì)算第tj個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)c、e和g的值，使用第tj-1個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)輸入線(xiàn)Ri、Ri-1和Ri+1處和第tj個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)Ri處的數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，可以將輸入線(xiàn)處的數(shù)據(jù)延遲一個(gè)時(shí)鐘。本實(shí)施例中如圖1所示的D型觸發(fā)器20，D1、D2和D3實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。為計(jì)算h，d和f的值，使用第tj+1個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)輸入線(xiàn)Ri、Ri-1和Ri+1處和第tj個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)Ri處的數(shù)據(jù)。因此，本實(shí)施例中D型觸發(fā)器D2使輸入線(xiàn)Ri處的數(shù)據(jù)延遲。
在本實(shí)施例中，比較器塊30即Ci具有用于a、b、c、e和g的五個(gè)8位幅度比較器。在時(shí)鐘脈沖ti處，Ci計(jì)算圖像象素矩陣的位置(i，j)處象素的a、b、c、e和g值。在本實(shí)施例中，比較器塊40即Ci+1具有用于d、h和f的三個(gè)8位幅度比較器。Ci+1計(jì)算(i，j)處象素在第tj+1個(gè)時(shí)鐘脈沖處的d、h和f值。注意在時(shí)鐘脈沖tj+1處，Ci計(jì)算對(duì)應(yīng)于象素矩陣的位置(i，j+1)處象素的a、b、c、e和g值；Ci+1計(jì)算對(duì)應(yīng)于(i，j-1)處象素在時(shí)鐘脈沖tj處的d、h和f值。
在這個(gè)具體實(shí)施例中，h、d和f在a、b、c、e和g可用之后一個(gè)時(shí)鐘脈沖可用。因此，這里由一組D型觸發(fā)器50，D4將a、b、c、e和g延遲一個(gè)時(shí)鐘脈沖。同樣，在本實(shí)施例中采用三個(gè)二元信號(hào)值的總線(xiàn)寬度來(lái)用于a、b、c、d、e、f、g和h。具體而言，本實(shí)施例中幅度比較器的輸出信號(hào)包括“+”、“-”或“0”。當(dāng)然，在本實(shí)施例中，比較器電路的一條線(xiàn)會(huì)升高。
在本實(shí)施例中，a、b、c、d、e、f、g和h的輸出信號(hào)隨后被輸入四個(gè)組合電路60，即P1、P2、P3和P4。這些電路分別將c和d、a和b、g和h以及e和f組合。本具體實(shí)施例的圖3中更詳細(xì)地示出的組合電路P1-P4實(shí)現(xiàn)了前述專(zhuān)利申請(qǐng)＿＿(代理人案號(hào)042390.P12797)圖3中所示的表，但是在這方面所要求主題在范圍上也并不受限。在本實(shí)施例中，沿著(a，b)、(c，d)、(e，f)或(g，h)中的任一方向，可能得到波峰、波谷、平臺(tái)或未定類(lèi)。所以，本實(shí)施例中每條線(xiàn)都是1位寬的四條輸出線(xiàn)中，一條線(xiàn)可能升高，表示存在波峰、波谷、平臺(tái)或未定類(lèi)。
本實(shí)施例還使用了四個(gè)加法器70。這里如圖1所示的CR、VA、PL和UN的1位輸出線(xiàn)分別被輸入波峰-加法器、波谷-加法器、平臺(tái)-加法器和未定-加法器(以下也表示為加法器C、加法器V、加法器P和加法器U)。對(duì)于四個(gè)方向，本實(shí)施例都采用三位來(lái)表示加法器的和，以記錄每個(gè)方向上都發(fā)生同樣分類(lèi)的情況。來(lái)自加法器的輸出信號(hào)被輸入查找表(LUT1)90，該表實(shí)現(xiàn)前述申請(qǐng)＿＿(代理人案號(hào)042390.P12797)的圖4中的表所描繪的分類(lèi)方案。當(dāng)然，這可以通過(guò)許多方式中的任一種來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括使用組合電路。所要求的主題在范圍上并不限于具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
如圖1和2中所示的電路塊80，CK1有七條輸出線(xiàn)CR、VA、PL、CV、VP、CP和UN。根據(jù)分類(lèi)方案的查找表或組合電路實(shí)現(xiàn)，七條線(xiàn)中的一條會(huì)升高。
本實(shí)施例還包括這樣的能力，即計(jì)算波峰、波谷和平臺(tái)象素的平均灰度值，以在第二次掃描中將CV、VP、CP和UN型象素進(jìn)行分類(lèi)，如圖2所示。當(dāng)來(lái)自電路塊CK1的七條輸出線(xiàn)中的任一條升高時(shí)，輸出線(xiàn)CR、VA或PL分別用來(lái)啟動(dòng)加法器C、加法器V和加法器P。輸入線(xiàn)Ri被輸入加法器C、加法器V和加法器P?；谥良臃ㄆ鞯氖鼓苄盘?hào)，選擇加法器中的一個(gè)，例如加法器C、加法器V和加法器P，并完成相加。例如計(jì)數(shù)器C、計(jì)數(shù)器V和計(jì)數(shù)器P的計(jì)數(shù)器計(jì)算至各個(gè)加法器的使能信號(hào)的數(shù)目，由此給出圖像-象素矩陣中存在的波峰、波谷和平臺(tái)象素的數(shù)目。因而，例如加法器C和計(jì)數(shù)器C分別給出某一具體行中波峰象素灰度值的總和以及該行中這種波峰的數(shù)目。
在本實(shí)施例中，在整個(gè)圖像象素矩陣都已被激活之后，將來(lái)自多個(gè)加法器C的輸出值相加，并將來(lái)自多個(gè)計(jì)數(shù)器C的輸出值相加。將來(lái)自加法器的總和除以計(jì)數(shù)器值的總和，從而得到平均波峰灰度值。對(duì)波谷和平臺(tái)象素可以進(jìn)行類(lèi)似的操作。
第一次掃描后，圖像象素矩陣中存在的m×n象素被分為七類(lèi)。這些象素可以存儲(chǔ)在臨時(shí)存儲(chǔ)器中以在第二次掃描中進(jìn)一步處理。查找表(LUT2)120用來(lái)將七條輸出線(xiàn)解碼為如LUT2中所設(shè)定的預(yù)設(shè)值，以反映象素可能得到的分類(lèi)。
因而，本實(shí)施例可用來(lái)實(shí)現(xiàn)用于計(jì)算灰度圖像拓?fù)涮卣鞯腣LSI體系結(jié)構(gòu)。例如，圖4圖示了利用幾個(gè)如前所述的PE實(shí)施例來(lái)處理4×5圖像的實(shí)施例。這些拓?fù)涮卣骺捎脕?lái)從灰度圖像中提取二值圖像。例如，如前述專(zhuān)利申請(qǐng)＿＿(代理人案號(hào)042390.P12797)中所述，這種二值圖像隨后可用于指紋分析，例如如前述專(zhuān)利申請(qǐng)＿＿(代理人案號(hào)042390.P12798)中所描述地，但是這僅僅是一個(gè)示例，所要求的主題在范圍上并不限于使用這些申請(qǐng)的任一個(gè)中的方法。而且，這樣的實(shí)施例也可用于其他情況，例如進(jìn)行一般圖像處理應(yīng)用的邊緣檢測(cè)，例如可以與計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別和其他圖像處理體系結(jié)構(gòu)相結(jié)合。
當(dāng)然應(yīng)該理解到，雖然剛剛已描述了具體實(shí)施例，但所要求的主題在范圍上并不限于具體實(shí)施例或?qū)崿F(xiàn)。例如，一個(gè)實(shí)施例可以采用硬件的形式，而另一實(shí)施例可以采用軟件的形式。同樣，實(shí)施例可以采用固件的形式，或者例如采用硬件、軟件或固件的任意組合的形式。同樣，雖然所要求的主題在范圍上并不限于這點(diǎn)，但一個(gè)實(shí)施例可以包括一個(gè)物件，例如存儲(chǔ)介質(zhì)。例如CD-ROM或硬盤(pán)這樣的存儲(chǔ)介質(zhì)上可以存儲(chǔ)指令，當(dāng)例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或平臺(tái)，或例如成像系統(tǒng)或指紋圖像系統(tǒng)這樣的系統(tǒng)執(zhí)行這些指令時(shí)，會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行根據(jù)所要求主題的方法實(shí)施例，例如如前所述的提供二值指紋圖像的方法實(shí)施例。例如，圖像處理平臺(tái)或圖像處理系統(tǒng)可以包括圖像處理元件，圖像輸入/輸出設(shè)備和/或存儲(chǔ)器。
雖然這里已說(shuō)明并描述了所要求主題的某些特征，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員現(xiàn)在可想到許多改進(jìn)、替換、改變和等同置換。因此，應(yīng)該理解這點(diǎn)，即所附權(quán)利要求意在涵蓋所有這些落在所要求主題的真正精神內(nèi)的改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括處理單元；所述處理單元能夠計(jì)算緊鄰圍繞一個(gè)象素的象素鄰域中的灰度梯度。
2.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述處理單元包括三條輸入線(xiàn)。
3.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述處理單元能夠使所述鄰域中所選象素的灰度數(shù)值延遲以計(jì)算所述灰度的梯度。
4.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述鄰域包括3×3鄰域。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述處理單元能夠至少部分基于所述緊鄰圍繞的鄰域中的灰度梯度來(lái)將被圍繞的象素分類(lèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述處理單元能夠至少部分基于所述緊鄰圍繞的鄰域中的灰度梯度來(lái)將被圍繞的象素劃分到有限數(shù)量類(lèi)別的一個(gè)中。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述有限數(shù)量的類(lèi)別包括波峰、波谷、平臺(tái)和未定。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述處理單元還能夠至少部分基于所述緊鄰圍繞的鄰域中未分類(lèi)為未定的象素，將任意未定象素進(jìn)一步分類(lèi)為波峰、波谷或平臺(tái)。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中多組m個(gè)處理單元耦合在一起以處理具有m行和n列的圖像。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述多組m個(gè)處理單元被集成在集成電路芯片上。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述集成電路芯片結(jié)合在圖像處理系統(tǒng)內(nèi)。
12.一種裝置，包括多條輸入線(xiàn)，用于將灰度象素信號(hào)值加到比較器和數(shù)字延遲鎖存器的配置，所述比較器和數(shù)字延遲鎖存器被耦合，以在操作中計(jì)算緊鄰圍繞所選象素的鄰域中的灰度梯度是否是正的、負(fù)的或基本上為0。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述多條輸入線(xiàn)包括三條線(xiàn)。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述數(shù)字延遲鎖存器包括觸發(fā)器。
15.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述配置包括三個(gè)數(shù)字延遲鎖存器。
16.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述配置包括兩個(gè)比較器塊，每個(gè)塊具有多個(gè)比較器。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述塊中的一個(gè)包括三個(gè)比較器，所述塊中的另一個(gè)包括五個(gè)比較器。
18.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述輸入線(xiàn)被耦合至所述配置，以在基本相同的時(shí)候來(lái)將同一列和緊鄰的行中的象素信號(hào)值加到所述配置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于處理灰度圖像的體系結(jié)構(gòu)，包括比較器，用于檢測(cè)一個(gè)所選象素周?chē)某蓪?duì)象素之間的梯度；和隨后的組合電路，用于將所選象素分到多個(gè)類(lèi)別(波峰、波谷、平臺(tái)、未定)的一個(gè)中。該體系結(jié)構(gòu)適于對(duì)指紋圖像的預(yù)處理。
文檔編號(hào)G06K9/56GK1554068SQ02817826
公開(kāi)日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2002年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月13日
發(fā)明者廷庫(kù)·阿查里亞, 巴爾加布·巴塔查里亞, 帕爾塔·博沃米克, 阿里吉特·比什努, 賈揚(yáng)塔·戴伊, 馬來(lái)·孔杜, C·默西, 博沃米克, 戴伊, 孔杜, 布 巴塔查里亞, 廷庫(kù) 阿查里亞, 特 比什努 申請(qǐng)人:英特爾公司