專利名稱：光學指紋采集器圖像畸變的校正算法的制作方法
技術領域：
本發明涉及指紋自動識別系統中的圖像采集和匹配，屬于數字圖像處理和模式識 別領域，主要涉及的是光學指紋采集器圖像畸變的校正算法。適合于計算機自動指紋識別 系統中的光學采集器圖像和平面捺印指紋圖像的匹配過程。
背景技術：
自動指紋識別系統(AFIS)作為一種重要的生物特征鑒別技術已在市場上得到廣 泛的應用，特別是在公共安全領域，不斷的市場需求進一步促進了 AFIS技術的發展。指紋 識別的前提條件就是獲取數字指紋圖像，主要由各種指紋采集器來完成。目前的指紋采集 器主要有光學指紋采集器、半導體指紋采集器、超聲波指紋采集器三大類。光學指紋采集器 以穩定性能好、承受溫度變化、耐磨損、成本低廉等優勢，成為了市場上的主力產品；半導體 指紋采集器包括硅電容指紋圖像傳感器、半導體壓感式傳感器和半導體溫度感應傳感器等 三大類，其優點是獲取的指紋圖像比較精準，但是半導體指紋采集器普遍容易受到靜電的 影響，對干、濕指紋敏感，不耐磨損；超聲波指紋采集器由于其成本過高，目前在AFIS中還 不多見。光學指紋采集器受光學成像機理的影響，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也是針對這兩種情況來進行的。事實上， 光學指紋采集器獲取的指紋圖像的形變遠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，同一個光學指紋采集器，采集同一方向的指紋進行 匹配時，可以完成匹配的；同一個光學指紋采集器，對不同方向的指紋就無法準確地匹配； 光學指紋采集器獲取的圖像和平面捺印的指紋圖像則根本無法匹配。基于上述原因，為了使光學指紋采集器不受采集指紋的方向影響，為了使各種指 紋采集設備得到的指紋圖像具有通用性，就需要對各種線型和非線性變形的指紋圖像進行 校正，從而實現同一指紋在同源和非同源的情況下，都能夠準確的完成匹配。
發明內容
本發明的目的即由此產生，提出一種光學指紋采集器圖像畸變的校正算法，解決 了光學指紋采集器圖像變形造成的匹配問題。通過對光學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現準確的匹配。本發明實現上述目的采取的技術方案是利用正方形網格在光學指紋采集器上形 成的畸變圖像上的網格節點與原正方形網格節點形成對應的控制點，來推導圖像的畸變函 數，完成圖像的校正。具體步驟為a)用正方形網格在水平和垂直方向上對正指紋光學采集器，采集畸變圖像I(i， j)，其大小為mXn，將圖像格式轉化為灰度模式，記錄采集器的dpi。b)正方形網格形成的灰度圖像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)配準圖像I(i，j)和圖像J(i，j)的中心點，分別記錄兩幅圖像中每個對應網格控制點的坐標。d)利用兩幅圖像中每個對應網格控制點的坐標，推導畸變函數，利用畸變函數實 現采集器對任意指紋圖像的自動矯正。本發明通過對光學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現準確的匹配。可以校正任意尺寸、任意形變的光學 指紋采集器圖像，不受采集器的廠家、規格、類型的限制。通過實驗證實，本發明的算法解決 了光學指紋采集器圖像變形等造成的匹配問題，可以將原本無法匹配的光學指紋采集器采 集的指紋圖像和平面捺印掃描指紋圖像，準確地匹配，對推動指紋采集圖像向標準化方向 發展有積極的意義。
圖1是本發明光學指紋采集器圖像畸變矯正原理圖；圖2是本發明正方形網格節點形成的控制點示意圖；圖3是本發明光學指紋采集器圖像畸變示意圖；圖4-5是本發明光學指紋采集器采集的指紋圖像的矯正效果。
具體實施例方式現結合附圖對本發明作進一步描述用于實施本發明的硬件環境是CAMA-e深圳公司生產的光學指紋采集器， ACPIMultiprocessor PC-4400+計算機、2. OOGB內存、64M顯卡；運行的軟件環境是Window XP，用C及MATLAB 6. 5程序設計語言可實現本發明提出的方法。1.設計圖象畸變控制點指紋圖像的畸變需要通過測量光學指紋采集器的畸變參數來完成，指紋特征點的 分布具有隨機性，需要用正方形網格來替代測量。用正方形網格在水平和垂直方向上對正指紋光學采集器，采集畸變圖像I (i，j), 其大小為mXn，將圖像格式轉化為灰度模式，記錄采集器的dpi。正方形網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。配準圖像I(i，j)和圖像J(i，j)的中心點，分別記錄兩圖像中每個對應網格控制 點的坐標。2.求解畸變函數正方形網格，是指具有一定密度δ的正方形網格。其作用是把圖像I(i，j)的 非線性畸變問題，分解在小方格內，按照線性畸變來處理。每個小方格的四個頂點就是控制 點，在圖像J(i，j)中，有對應控制點。進而推導畸變函數，完成非線性畸變圖像的矯正過 程。2. 1正方形網格圖像的線性變換設圖像J(i，j)中的小方格控制點坐標分別SP1U1, yi)、p2(x2, y2)、P3(x3，y3)> P4(x3，y3)，那么，對于圖像J(i，j)中正方形小方格內的任意一點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)相應的控制 點分別為 P' !(x' i;y' i)、P' 2(χ' 2,y' 2)、Ρ' 3(χ' 3，y' 3)、Ρ' 4(χ' 4，y' 4)。點 P。(xQ，yQ)在圖像i(i，j)中的正四邊形小方格內存在影射坐標點P' ο(χ'。，y'。)，則 可求得線性變換函數為 在實應用中，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頂點，線性
變換函數可以簡化為 2. 2正方形網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P' 0(x' 0,y' Q)為 點P' i;y' i)和P' 2(χ' 2，y' 2)直線方程中比值為α的點與ρ' 3(x' 3，y' 3) 和P' 4(x' 4，y' 4)比值為α的點形成的直線，與ρ'i，y' i)和ρ' 3(Χ' 2，y' 2) 直線方程中比值為β的點與P' 2(x' 3' y' 3)和P' 4(x' 4，y' 4)比值為β的點形成 的直線的交點。其參數方程可以表示為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))根據直線方程公式可求得畸變函數 其中 3.畸變函數的應用對于任意類型的光學指紋采集器，無論存在任何種類的畸變，利用本發明的畸變 函數可以矯正圖像的變形。經過正方形網格一次矯正后畸變函數可以計算出畸變圖像中的 每一個象素點在影射非變形圖像中對應的關系。對于指紋圖像而言，可以根據光學指紋采 集的矯正模型，直接完成畸變指紋圖像的矯正全過程。本發明在應用時，用正方形網格在水平和垂直方向上對正指紋光學采集器，采 集畸變灰度圖像I(i，j)。正方形網格形成的灰度圖像(500dpi)為J(i，j)，其大小為 320X320，與圖像I(i，j)具有一致的方向。配準圖像I(i，j)和圖像J(i，j)的中心點，兩 圖像中控制點的坐標分別為表1.光學指紋采集器圖像正方形網格控制點坐標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~ 利用光學指紋采集器圖像畸變的校正算法的畸變函數，輸入控制點坐標后，可以得到整幅圖像像素點的影射關系表
t0048] 表2·部分光學指紋采集器圖像矯正后像素點的影射表
__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對于輸入的指紋圖像，可以通過查表的方法，獲得校正后的指紋圖像，從而可以實 現畸變校正圖像與捺印指紋圖像等非畸變指紋圖像的匹配。
權利要求
一種光學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格在光學采集器上獲取的畸變圖像與正方形網格圖像的網格控制點對應關系，來推導圖像的畸變函數，完成圖像的校正，具體步驟為a)用正方形網格在水平和垂直方向上對正指紋光學采集器，采集畸變圖像I(i，j)，其大小為m×n，將圖像格式轉化為灰度模式，記錄采集器的dpi；b)正方形網格形成的灰度圖像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)配準圖像I(i，j)和圖像J(i，j)的中心點，分別記錄兩幅圖像中每個對應網格控制點的坐標。d)利用兩幅圖像中每個對應網格控制點的坐標，推導畸變函數，利用畸變函數實現采集器對任意指紋圖像的自動矯正。
2.根據權利要求1所述的光學指紋采集器圖像畸變的校正算法，其特征在于所述的 正方形網格是指具有一定密度S的正方形網格，每個小方格的四個頂點就是控制點，在圖 像J(i，j)中，通過對應控制點推導畸變函數，完成非線性畸變圖像的矯正過程，具體步驟 為a)設圖像J(i，j)中的小方格控制點坐標分別為&(Xl，yi)、P2 (x2, y2)、P3(x3，y3)、P4(x3，y3)，那么，對于圖像J(i，j)中正方形小方格內的任意一點&(&，。，在水平線段和垂直線 b)圖像I(i，j)中與圖像J(i，j)相應的控制點分別為P'i，y' i)、P' 2(x' 2， y' 2)、P' 3(x' 3,y' 3)、P' 4(x' 4,y' 4)，點？(10^，。在圖像1(1，」)中的任意四邊形 小方格內存在影射坐標點p' o(x' o，y' Q)，p' 0(X' 0,y' Q)為點P'i)和 P' 2(x' 2，y' 2)直線方程中比值為a的點與P' 3(x' 3，y' 3)和P' 4(x' 4，y' 4)比 值為a的點形成的直線，與P' 》和P' 3(x' 2，y' 2)直線方程中比值為3 的點與P' 2(x' 3，y' 3)和P' 4(x' 4, y' 4)比值為3的點形成的直線的交點，解方程 求得畸變函數為
3.根據權利要求2所述的光學指紋采集器圖像畸變的校正算法，其特征在于所述的 畸變函數經過正方形網格一次矯正后，可以計算出畸變圖像中的每一個象素點在影射非變 形圖像中對應的關系；對不同尺寸的圖像采用插值計算矯正模型的準確性；對于指紋圖像 根據光學指紋采集的矯正模型直接完成畸變指紋圖像的矯正全過程。
全文摘要
光學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。本發明公開的光學指紋采集器圖像畸變的校正算法是利用正方形網格在光學采集器上獲取的畸變圖像與正方形網格圖像的網格控制點對應關系，來推導圖像的畸變函數，完成圖像的校正，本發明通過對光學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現準確的匹配，并推動指紋圖像向標準化的方向發展。
文檔編號G06K9/20GK101847202SQ20091006443
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月23日 優先權日2009年3月23日
發明者史毅, 孟衛華, 范峰, 陳大海, 韓松峰, 齊文釗 申請人:凱邁(洛陽)電子有限公司