專利名稱：光學(xué)指紋采集器圖像畸變的校正算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中的圖像采集和匹配，屬于數(shù)字圖像處理和模式識(shí) 別領(lǐng)域，主要涉及的是光學(xué)指紋采集器圖像畸變的校正算法。適合于計(jì)算機(jī)自動(dòng)指紋識(shí)別 系統(tǒng)中的光學(xué)采集器圖像和平面捺印指紋圖像的匹配過(guò)程。
背景技術(shù)：
自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)(AFIS)作為一種重要的生物特征鑒別技術(shù)已在市場(chǎng)上得到廣 泛的應(yīng)用，特別是在公共安全領(lǐng)域，不斷的市場(chǎng)需求進(jìn)一步促進(jìn)了 AFIS技術(shù)的發(fā)展。指紋 識(shí)別的前提條件就是獲取數(shù)字指紋圖像，主要由各種指紋采集器來(lái)完成。目前的指紋采集 器主要有光學(xué)指紋采集器、半導(dǎo)體指紋采集器、超聲波指紋采集器三大類。光學(xué)指紋采集器 以穩(wěn)定性能好、承受溫度變化、耐磨損、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，成為了市場(chǎng)上的主力產(chǎn)品；半導(dǎo)體 指紋采集器包括硅電容指紋圖像傳感器、半導(dǎo)體壓感式傳感器和半導(dǎo)體溫度感應(yīng)傳感器等 三大類，其優(yōu)點(diǎn)是獲取的指紋圖像比較精準(zhǔn)，但是半導(dǎo)體指紋采集器普遍容易受到靜電的 影響，對(duì)干、濕指紋敏感，不耐磨損；超聲波指紋采集器由于其成本過(guò)高，目前在AFIS中還 不多見(jiàn)。光學(xué)指紋采集器受光學(xué)成像機(jī)理的影響，都存在著一定程度的圖像形變，主要有 梯形形變和矩形形變。目前的指紋采集器校正技術(shù)也是針對(duì)這兩種情況來(lái)進(jìn)行的。事實(shí)上， 光學(xué)指紋采集器獲取的指紋圖像的形變遠(yuǎn)不止這兩種線型變化，圖像的邊緣附近存在很大 程度的非線性扭曲。受圖像扭曲的影響，同一個(gè)光學(xué)指紋采集器，采集同一方向的指紋進(jìn)行 匹配時(shí)，可以完成匹配的；同一個(gè)光學(xué)指紋采集器，對(duì)不同方向的指紋就無(wú)法準(zhǔn)確地匹配； 光學(xué)指紋采集器獲取的圖像和平面捺印的指紋圖像則根本無(wú)法匹配?；谏鲜鲈?，為了使光學(xué)指紋采集器不受采集指紋的方向影響，為了使各種指 紋采集設(shè)備得到的指紋圖像具有通用性，就需要對(duì)各種線型和非線性變形的指紋圖像進(jìn)行 校正，從而實(shí)現(xiàn)同一指紋在同源和非同源的情況下，都能夠準(zhǔn)確的完成匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即由此產(chǎn)生，提出一種光學(xué)指紋采集器圖像畸變的校正算法，解決 了光學(xué)指紋采集器圖像變形造成的匹配問(wèn)題。通過(guò)對(duì)光學(xué)指紋采集器獲取的線型和非線性 畸變指紋圖像的校正算法，使同一指紋在同源和非同源的情況下均能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的匹配。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的采取的技術(shù)方案是利用正方形網(wǎng)格在光學(xué)指紋采集器上形 成的畸變圖像上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與原正方形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)形成對(duì)應(yīng)的控制點(diǎn)，來(lái)推導(dǎo)圖像的畸變函 數(shù)，完成圖像的校正。具體步驟為a)用正方形網(wǎng)格在水平和垂直方向上對(duì)正指紋光學(xué)采集器，采集畸變圖像I(i， j)，其大小為mXn，將圖像格式轉(zhuǎn)化為灰度模式，記錄采集器的dpi。b)正方形網(wǎng)格形成的灰度圖像J(i，」)，其大小為11\~保持與圖像1(1，j)具有 一致的方向和相同的dpi。
c)配準(zhǔn)圖像I(i，j)和圖像J(i，j)的中心點(diǎn)，分別記錄兩幅圖像中每個(gè)對(duì)應(yīng)網(wǎng)格控制點(diǎn)的坐標(biāo)。d)利用兩幅圖像中每個(gè)對(duì)應(yīng)網(wǎng)格控制點(diǎn)的坐標(biāo)，推導(dǎo)畸變函數(shù)，利用畸變函數(shù)實(shí) 現(xiàn)采集器對(duì)任意指紋圖像的自動(dòng)矯正。本發(fā)明通過(guò)對(duì)光學(xué)指紋采集器獲取的線型和非線性畸變指紋圖像的校正，使同一 指紋在同源和非同源的情況下均能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的匹配?？梢孕Ｕ我獬叽?、任意形變的光學(xué) 指紋采集器圖像，不受采集器的廠家、規(guī)格、類型的限制。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，本發(fā)明的算法解決 了光學(xué)指紋采集器圖像變形等造成的匹配問(wèn)題，可以將原本無(wú)法匹配的光學(xué)指紋采集器采 集的指紋圖像和平面捺印掃描指紋圖像，準(zhǔn)確地匹配，對(duì)推動(dòng)指紋采集圖像向標(biāo)準(zhǔn)化方向 發(fā)展有積極的意義。


圖1是本發(fā)明光學(xué)指紋采集器圖像畸變矯正原理圖；圖2是本發(fā)明正方形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)形成的控制點(diǎn)示意圖；圖3是本發(fā)明光學(xué)指紋采集器圖像畸變示意圖；圖4-5是本發(fā)明光學(xué)指紋采集器采集的指紋圖像的矯正效果。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述用于實(shí)施本發(fā)明的硬件環(huán)境是CAMA-e深圳公司生產(chǎn)的光學(xué)指紋采集器， ACPIMultiprocessor PC-4400+計(jì)算機(jī)、2. OOGB內(nèi)存、64M顯卡；運(yùn)行的軟件環(huán)境是Window XP，用C及MATLAB 6. 5程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的方法。1.設(shè)計(jì)圖象畸變控制點(diǎn)指紋圖像的畸變需要通過(guò)測(cè)量光學(xué)指紋采集器的畸變參數(shù)來(lái)完成，指紋特征點(diǎn)的 分布具有隨機(jī)性，需要用正方形網(wǎng)格來(lái)替代測(cè)量。用正方形網(wǎng)格在水平和垂直方向上對(duì)正指紋光學(xué)采集器，采集畸變圖像I (i，j), 其大小為mXn，將圖像格式轉(zhuǎn)化為灰度模式，記錄采集器的dpi。正方形網(wǎng)格形成的灰度圖像為J(i，j)，其大小為uX V，保持與圖像I (i，j)具有一 致的方向和相同的dpi。配準(zhǔn)圖像I(i，j)和圖像J(i，j)的中心點(diǎn)，分別記錄兩圖像中每個(gè)對(duì)應(yīng)網(wǎng)格控制 點(diǎn)的坐標(biāo)。2.求解畸變函數(shù)正方形網(wǎng)格，是指具有一定密度δ的正方形網(wǎng)格。其作用是把圖像I(i，j)的 非線性畸變問(wèn)題，分解在小方格內(nèi)，按照線性畸變來(lái)處理。每個(gè)小方格的四個(gè)頂點(diǎn)就是控制 點(diǎn)，在圖像J(i，j)中，有對(duì)應(yīng)控制點(diǎn)。進(jìn)而推導(dǎo)畸變函數(shù)，完成非線性畸變圖像的矯正過(guò) 程。2. 1正方形網(wǎng)格圖像的線性變換設(shè)圖像J(i，j)中的小方格控制點(diǎn)坐標(biāo)分別SP1U1, yi)、p2(x2, y2)、P3(x3，y3)> P4(x3，y3)，那么，對(duì)于圖像J(i，j)中正方形小方格內(nèi)的任意一點(diǎn)Ptl(xQ，yQ)，在水平線段和垂直線段上的比值分別為α和β，則 如果圖像I (i，j)不存在非線性變形，圖像I (i，j)中與圖像J(i，j)相應(yīng)的控制 點(diǎn)分別為 P' !(x' i;y' i)、P' 2(χ' 2,y' 2)、Ρ' 3(χ' 3，y' 3)、Ρ' 4(χ' 4，y' 4)。點(diǎn) P。(xQ，yQ)在圖像i(i，j)中的正四邊形小方格內(nèi)存在影射坐標(biāo)點(diǎn)P' ο(χ'。，y'。)，則 可求得線性變換函數(shù)為 在實(shí)應(yīng)用中，P1U1,yi)、P2(x2，y2)、P3(x3，y3)、P4(x3，y3)和 P' ^x' y')、 P' 2(χ' 2，y' 2)、p' 3(χ' 3，y' 3)、p' 4(χ' 4，y' 4)可以取整幅圖像的四個(gè)頂點(diǎn)，線性
變換函數(shù)可以簡(jiǎn)化為 2. 2正方形網(wǎng)格圖像的非線性變換如果圖像I (i，j)存在非線性變形，圖像I (i，j)中的影射點(diǎn)P' 0(x' 0,y' Q)為 點(diǎn)P' i;y' i)和P' 2(χ' 2，y' 2)直線方程中比值為α的點(diǎn)與ρ' 3(x' 3，y' 3) 和P' 4(x' 4，y' 4)比值為α的點(diǎn)形成的直線，與ρ'i，y' i)和ρ' 3(Χ' 2，y' 2) 直線方程中比值為β的點(diǎn)與P' 2(x' 3' y' 3)和P' 4(x' 4，y' 4)比值為β的點(diǎn)形成 的直線的交點(diǎn)。其參數(shù)方程可以表示為P 0 (X O' y 0) — f (Pl，2，3，4 (Xl，2，3，4，又1，2，3，4)，P 1,2,3,41,2,3,4' J 1，2，3，4)，
P0(x0，y0)，P' ο(χ' 0，y' 0))根據(jù)直線方程公式可求得畸變函數(shù) 其中 3.畸變函數(shù)的應(yīng)用對(duì)于任意類型的光學(xué)指紋采集器，無(wú)論存在任何種類的畸變，利用本發(fā)明的畸變 函數(shù)可以矯正圖像的變形。經(jīng)過(guò)正方形網(wǎng)格一次矯正后畸變函數(shù)可以計(jì)算出畸變圖像中的 每一個(gè)象素點(diǎn)在影射非變形圖像中對(duì)應(yīng)的關(guān)系。對(duì)于指紋圖像而言，可以根據(jù)光學(xué)指紋采 集的矯正模型，直接完成畸變指紋圖像的矯正全過(guò)程。本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)，用正方形網(wǎng)格在水平和垂直方向上對(duì)正指紋光學(xué)采集器，采 集畸變灰度圖像I(i，j)。正方形網(wǎng)格形成的灰度圖像(500dpi)為J(i，j)，其大小為 320X320，與圖像I(i，j)具有一致的方向。配準(zhǔn)圖像I(i，j)和圖像J(i，j)的中心點(diǎn)，兩 圖像中控制點(diǎn)的坐標(biāo)分別為表1.光學(xué)指紋采集器圖像正方形網(wǎng)格控制點(diǎn)坐標(biāo)χ y χ y_χ_y_χ_y_χ_y_χ_y
1 48 I 13 I 100 13 151 13 196 13 24611296 10 —
—2 48~~ 48 1θΓ~ 48 "~152~ 48 197 47 24846296 45
3~48~ 85 100~ 84 ~1δ2 84 198 83 24982297 82
47118 " οο 117 153~ 117 199 116 250115298 115
5W 151 150 151 149 199 149 251148299 147
646 ~186 100 185 151 185 200 184 252183301 183
743 225 ~ θΓ~ 222 152 222 199 221 253221303 221 1 48 7 99 7 153 7 204 7 2567304 7
~2 48~ 57 99 57 153 57 204 57 25657304 57
48110 ~99 110 153 110 204 110 256110304 110
448 158 99 158 ~153~ 158 204 158 256158304 158
5~48~ 205 ~99~ 205 153 205 204 205 256205304 205
6~48~ 256 “ 99 256 153 256 204 256 256256304 256
748~ 307 ~~99~ 307 153 307 204 307 256307304 307~ 利用光學(xué)指紋采集器圖像畸變的校正算法的畸變函數(shù)，輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)后，可以得到整幅圖像像素點(diǎn)的影射關(guān)系表
t0048] 表2·部分光學(xué)指紋采集器圖像矯正后像素點(diǎn)的影射表
__13 I 14 I 15 丨 16 I 17 I 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23| 24 | 25
307227 226 226 226 226 226 226 226 226 226 226226226
308227 227 227 227 227 227 227 227 227 227 227227227
309228 228 228 228 228 228 228 228 228 228 228227227 310229 229 229 229 ~229~ 229 229 229 228 228 228228228
311230 230 230 230 229 229 229 229 229 229 229229229
312231 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230230230
313231 231 231 231 231 231 231 231 231 231 231231231 232 232 232 232 232 232 232 232 232 232 231231231
315233 233 233 233~ 233 233~ 233 232 232 232 232232232
316234 234 234 “ 233 233 233 233 233 233 233 233233233
317234 234 234 “ 234 234 234 234' 234 234 234 234234234
318235 235 235 “ 235 235 235 235 235 235 235 235235234 319236 236 ~236~ 236 236~ 236 236 236 236 235 235235235 320 237 237 237 237 237 237 236 —236 236 236 236236236對(duì)于輸入的指紋圖像，可以通過(guò)查表的方法，獲得校正后的指紋圖像，從而可以實(shí) 現(xiàn)畸變校正圖像與捺印指紋圖像等非畸變指紋圖像的匹配。
權(quán)利要求
一種光學(xué)指紋采集器圖像畸變的校正算法，其特征在于利用正方形網(wǎng)格在光學(xué)采集器上獲取的畸變圖像與正方形網(wǎng)格圖像的網(wǎng)格控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)推導(dǎo)圖像的畸變函數(shù)，完成圖像的校正，具體步驟為a)用正方形網(wǎng)格在水平和垂直方向上對(duì)正指紋光學(xué)采集器，采集畸變圖像I(i，j)，其大小為m×n，將圖像格式轉(zhuǎn)化為灰度模式，記錄采集器的dpi；b)正方形網(wǎng)格形成的灰度圖像J(i，j)，其大小為u×v，保持與圖像I(i，j)具有一致的方向和相同的dpi；c)配準(zhǔn)圖像I(i，j)和圖像J(i，j)的中心點(diǎn)，分別記錄兩幅圖像中每個(gè)對(duì)應(yīng)網(wǎng)格控制點(diǎn)的坐標(biāo)。d)利用兩幅圖像中每個(gè)對(duì)應(yīng)網(wǎng)格控制點(diǎn)的坐標(biāo)，推導(dǎo)畸變函數(shù)，利用畸變函數(shù)實(shí)現(xiàn)采集器對(duì)任意指紋圖像的自動(dòng)矯正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)指紋采集器圖像畸變的校正算法，其特征在于所述的 正方形網(wǎng)格是指具有一定密度S的正方形網(wǎng)格，每個(gè)小方格的四個(gè)頂點(diǎn)就是控制點(diǎn)，在圖 像J(i，j)中，通過(guò)對(duì)應(yīng)控制點(diǎn)推導(dǎo)畸變函數(shù)，完成非線性畸變圖像的矯正過(guò)程，具體步驟 為a)設(shè)圖像J(i，j)中的小方格控制點(diǎn)坐標(biāo)分別為&(Xl，yi)、P2 (x2, y2)、P3(x3，y3)、P4(x3，y3)，那么，對(duì)于圖像J(i，j)中正方形小方格內(nèi)的任意一點(diǎn)&(&，。，在水平線段和垂直線 b)圖像I(i，j)中與圖像J(i，j)相應(yīng)的控制點(diǎn)分別為P'i，y' i)、P' 2(x' 2， y' 2)、P' 3(x' 3,y' 3)、P' 4(x' 4,y' 4)，點(diǎn)？(10^，。在圖像1(1，」)中的任意四邊形 小方格內(nèi)存在影射坐標(biāo)點(diǎn)p' o(x' o，y' Q)，p' 0(X' 0,y' Q)為點(diǎn)P'i)和 P' 2(x' 2，y' 2)直線方程中比值為a的點(diǎn)與P' 3(x' 3，y' 3)和P' 4(x' 4，y' 4)比 值為a的點(diǎn)形成的直線，與P' 》和P' 3(x' 2，y' 2)直線方程中比值為3 的點(diǎn)與P' 2(x' 3，y' 3)和P' 4(x' 4, y' 4)比值為3的點(diǎn)形成的直線的交點(diǎn)，解方程 求得畸變函數(shù)為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)指紋采集器圖像畸變的校正算法，其特征在于所述的 畸變函數(shù)經(jīng)過(guò)正方形網(wǎng)格一次矯正后，可以計(jì)算出畸變圖像中的每一個(gè)象素點(diǎn)在影射非變 形圖像中對(duì)應(yīng)的關(guān)系；對(duì)不同尺寸的圖像采用插值計(jì)算矯正模型的準(zhǔn)確性；對(duì)于指紋圖像 根據(jù)光學(xué)指紋采集的矯正模型直接完成畸變指紋圖像的矯正全過(guò)程。
全文摘要
光學(xué)指紋采集器獲取的指紋圖像或多或少存在不同程度指紋畸變，這種畸變往往是非線性的，容易影響匹配效果。本發(fā)明公開(kāi)的光學(xué)指紋采集器圖像畸變的校正算法是利用正方形網(wǎng)格在光學(xué)采集器上獲取的畸變圖像與正方形網(wǎng)格圖像的網(wǎng)格控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)推導(dǎo)圖像的畸變函數(shù)，完成圖像的校正，本發(fā)明通過(guò)對(duì)光學(xué)指紋采集器獲取的線型和非線性畸變指紋圖像的予以校正，使同一指紋在同源和非同源的情況下均能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的匹配，并推動(dòng)指紋圖像向標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。
文檔編號(hào)G06K9/20GK101847202SQ20091006443
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者史毅, 孟衛(wèi)華, 范峰, 陳大海, 韓松峰, 齊文釗 申請(qǐng)人:凱邁(洛陽(yáng))電子有限公司