基于gabor滤波的指纹图像处理算法的实现

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1、基于Gabor滤波的指纹图像处理算法的实现李燕尚雪莲兵团广播电视大学教学科研处新疆工程学院计算机工程系摘要：本文介绍并研宄了Gabor滤波的增强算法。实验表明，本文提出的算法可以在滤除噪声的同时使指纹纹线更加清晰，获得更好的增强效果，可为计算机自动化的指纹识别奠定了良好的算法基础。关键词：指纹识别;预处理;Gabor滤波;作者简介：李燕（1978-）,女，硕士，讲师，从事计算机应用技术方面的研究;E-mail:liyancjj@163.com.作者简介：尚雪莲（1977-）;女，硕士，副教授，从事程序设计方面的研究，E-mail:86307417@qq.com.1引言指纹具

2、有很好的方向性，指纹纹线为“脊”，脊之间的空白为“谷”。位于脊上的指纹特征的识别和提取是应用最广泛的指纹识别技术，其过程就是对采集到的指纹数字图像进行计算机处理，找出指纹的特征，然后依据特征对指纹图像进行分类和描述，最后根据对指纹特征的描述与指纹库中已有的指纹进行模式比对，得出匹配结果［1-5］。因而需要对指纹图像进行增强处理之后才能较准确地进行特征提取、分类、匹配等操作。为了提高质量偏低指纹图像的处理效果和效率，研究者们提出了多种指纹增强算法。指纹图像增强算法大致可分为空域增强算法和频域增强算法。空域增强是在阁像空间借助模板进行领域操作。有线性（如领域平均）和非线性（如中

3、值滤波）：平滑和锐化两种分类，以达到图像增强的目的。2算法模型Gabor变换属丁‘加窗傅里叶变换，Gabor函数可以在频域不同尺度、不同方向上提取和关的特征。另外Gabor函数与人眼的生物作用相仿，所以经常作纹理识别上，并取得了较好的效果。由Gabor算子可知，见式（2.2_a）Gabor函数在x方向带通，在y方向低通的特征。Hong等人提出的基于Gabor滤、波的方法［4,6］。该方法是指纹图像滤波算法应用最多的一种，算法由标准化，方向估计，频率估算，分割，滤波步骤组成。本文算法充分利用Gabor滤波核优良的方向选择性来Gabor滤波器具有良好的频率选择性和方向性，与指纹

4、特性相符合。Gabor滤波器做一定的旋转就可以很好的去掉脊线粘连、连接中断的脊线。偶对称Gabor函数表达式同（2）。（（）为Gabor滤波器的方向，即指纹方向图块方向，（x,y）为像素点坐标，f为脊线频率，氏,5V分别是沿着x和y轴的高斯包络的空间常量，Sy的值取得越大，滤波器在纹线方向上增强，连接屮断脊线的能力越强，但是取得太大，又会减弱垂直方向的纹线信息。滤波增强后的指纹图像有下面公式得到：在估计Gabor滤波参数之前，首先对原始图像进行小波变换。在小波分解后，低频参数图很好的保留丫原指纹图像的纹线方向和频率信息，且抑制丫高频扰动对纹线方向和频率的影响。指纹过干和过湿

5、区域可以ft做是阁像局部灰度的高频扰动，因而在小波域仅对其低频系数图做纹线方向和频率估计将削弱指纹过干和过湿区域对参数估计结果的影响。同时要估计的参数的图像大小减小到原来的一半，减小了运算时间。传统的算法，如拉普拉斯、WallisS滤波、维纳滤波等，实现效果往往不理想,耍么在增强指纹纹线同时带来了噪声，耍么在消减背景噪声的同时使纹线模糊。考虑到诸多不足之处，本文分析指纹图像具有明显方向性，改进预处理算法的同吋，结合了方向场估计增强、Gabor滤波增强的方法。3实验结果分析实验从指纹库中取了一些指纹图片进行增强，比较了参数和的选取对指纹滤波结果的影响，并将滤波结果进行了二值化

6、的处理。具体结果如图2所示。其中:a为原图;b为的情况;c图则是用中心频率midfreq计算出、的情况，详见公式(1)-(4)滤波结果如下：通过比较两幅经过滤波处理后的图，可以明显看出，c图滤波效果明显比b图好,因此在本文接下来的工作中，用公式(3)计算高斯包络的空间常量。接着，本文对低质量的指纹图进行滤波处理。常见的指纹图有干指纹、湿指纹、偏指纹等几类。滤波结果如阁1所示：图1下载原图图中有较多的区域出现了粘连和断裂，部分区域纹线模糊，纹线结构损坏严重，丑都为干指纹的特征，给指纹提取带来很多不便，经滤波后得到图屮的效果，图像脊线和谷线分界清晰且亮度均匀，大致体现了原始图像

7、的真实纹线结构。图中很多地方出现汗溃模糊，脊线粘连，出现重叠，纹线结构损坏，且都为湿指纹的特征，给指纹提取带来极大的不便，经滤波后可得到图中的效果。除了模式区和少数一场区域外，很好的去除了纹线的粘连，为进一步的指纹特征提取提供丫良好的基础。4结论木文采用了基于Gabor滤波增强方法对输入的低质量指纹图像进行增强。考虑到Gabor滤波冇很好的方向性、频率选择性，本文选取了Gabor滤、波的算法对指纹图像进行识别处理，主要研宄Gabor滤波对指纹图像的増强，并对Gabor滤波算法做出了一些改进。研究结果表明该算法能较准