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1、指纹图像自动识别系统预处理算法的研究兰州中科院近代物理所洪华军乔为民朱立新摘要：系统地阐述了指纹图像自动识别系统预处理的政府、算法，并对指纹图像预处理中的各种技术进行了分析及实验。在比较了各种预处理方法之后，提出了一种比较好的指纹图像预处理算法，并在实验中得到了验证。关键词：指纹识别预处理图像增强二值化细化由于指纹具有终身的稳定笥和惊人的特殊性，很早以来在身份鉴别方面就得到了应用，且被尊为“物证之首”。但人工对比指纹，效率低、速率慢，已愈来愈不能满足现代社会的需要。70年代在美国已开始用图像处理和模式识别方法进行计
2、算机指纹分析以代替人工对比，并在70年代末80年代初研制成有关设备，投入运行。我国在近10年来已陆续开展这方面的工作，现已进入实用阶段。本学科的技术用于指纹分析，有两方面的工作：（1）指纹特征提取与识别。这是比较成熟的工作，因为每个人都有固定的指纹类型，而指经纹纹线总的类型有限。因此，有可能把指纹经过预处理以后，提取特征，再用类聚分析方法进行判决分类。（2）指纹存储与归档。这是大容量存储的问题，试想每人有10个指纹，而全国十几亿人要存储上百亿个指纹，这需要多么巨大的存储容量。除了用激光存储等高密度的记录和存储手段外
3、，还争切需要开展指纹的无失真、可恢复的压缩工作。近几年来，国外发展了用计算机进行指纹对比的自动识别系统。指纹图像信息量大，处理及时，这些系统是基于中、小型计算机，甚至是专用高速并行处理机。为了迅速展开指纹自动识别的研究，我们在微型机上进行了微型机指纹自动识别系统的尝试。该系统的输入部分把实际捺印指纹或现场指纹转换成数字化图像，经总线存入图像存储器，微机对输入的图像进行各种必要的处理和分类，其处理效果可由彩色显示器立即评价，或由打印机输出判别结果。一般指纹图像自动识别系统的原理如图1所示。指纹图像预处理的目的在于使指
4、纹图像画面清晰，边缘明显，以便提取特征进行识别。预处理技术的主要目的是对一个给定的指纹，突出指纹图像中的某些信息，消弱或除去某些不需要的信息，使它的结果对后面的识别来说比原始指经纬度图像更合适。某预处理流程图如图2所示。第极指纹测试中心http://www.djpw88.com只有经过预处理后的指纹图像，才能进入到下一步（指纹的识别预分类）去处理。预处理结果的好环直接关系到指纹识别率的高低。1.图像增强从处理手段来讲，图像增强处理可分为空域法和频率域法两种。空域法指在图像所在的空间域中直接处理；而频域法指先把图像作
5、傅立叶变换，在频率域中处理后，作傅立叶反变换。我们采用了先平滑化，然后进行尖锐化两部处理。该方法可以进行自动处理指纹图像，且效较好。1.1平滑处理指纹图像是通过扫描仪获得模拟信号，并经采样、量化后，以矩阵的形式存入计算机。由于图像的采集为纵列式方式，量化后的指纹图像有许多噪声。它们因其时间的不相干性，含有较高的空间频谱，且多呈点结构。平滑处理的任务就是去除这些干扰噪声，而又不使图像失真。图像平滑包括空域法和频域法两大类。由空域处理公式知，输出函数为：其中m=1,2…,H'；n=1,2,…N';M'=M-L；N'=N
6、-L。若令输入图像阵F为N×N，卷积阵H为L×L，输出阵G为M×M，则关系式：为了平滑噪声，卷积阵H需呈低通型。当H为3×3阵列时，选用：其中X为要处理的像素值，ai(i=1,2…,8)为其八邻域的数值。采用多图像平均法（即多遍输入叠加取均值的方法），可去除时间噪声。它以噪声干扰的统计学特征为基础。即如果一幅图像包含有噪声，可以假定这引起噪声相对于每一坐标点（x,y）是不相关的。其数字期望为零。设g(x，y)是有噪声η(x,y)和原始图像f(x,y)叠加而成的。即：g(x,y)=f(x,y)+η(x,y)(4)若噪
7、音η（x,y）满足上述的假定，则可以通过将给定的一系列噪声图像{gi(x,y)叠加后取其平均值，以达到平滑图像的目的。因此，在获得一幅图像时，可用采集M次的方法去取平均值，即可达到要求。g(x,y)=1/M∑gi(x,y)(5)因为：E{g(x,y)}=f(x,y)(6)一般情况下，当n=4时，图像趋于稳定。实践表明，用这些方法去除噪声，可获得满意的效果。图3为去噪声后的指纹图像。1.2锐化处理为强化指纹纹线间的界线，突出边缘信息，以利于二值化，锐化处理是必要的。锐化处理对于增强反差和检测边缘是很有用的。图像锐化的
8、作用就是的补偿图像的轮廓，使图像较清晰。图像锐化可分为空间域图像锐化法和空间频率域图像锐化法两大类型。图像的模糊，是由于高的空间频率成分比低的空间频成分弱这一原因造成的。这一影响表现在均匀灰度区域间的边界部分（边缘）。因此，为了消除模糊，可以增强高的空间频率成分。作为在图像空间简单的高频增强滤波有：g(i,j)=f(i,j)-f(i,j)=5f(i,j)-[
