面向低质量指纹的图像增强算法研究-刑侦学专业毕业论文.docx

2 2 模板来进行增强的方法， Randolph 等提出了一种使用方向滤波器组 来对二值图像来进行增强的方法，Sherlock 等提出了采用傅立叶滤波 器来增强指纹图像的方法，Hang 提出了使用 Gabor 滤波器的方法来增 强指纹图像的方法。事实证明，这些方法用于金融安全、数字加密、 电子商务等安保领域都取得了较好的效果。 但是，这些方法均为通过对指纹图像进行局域分析来估计指纹方 向图，而后对图像进行滤波增强。当系统中输入的指纹源图像质量较 低时，其分辨率会大大降低，这些方法难以准确得到局域的方向图估 计值，将无法进行有效的滤波增强。实质上，司法领域中所需识别的 指纹图像大多遭到严重污染，分辨率较低，因此，现有的图像增强算 法大多难以在该领域发挥大的作用。 目前，现有的指纹识别技术在处理低质量指纹方面的效能明显较 低，难以满足鉴定的需求。这主要是因为，现有指纹识别技术的最关 键环节——图像增强技术大多是针对较高质量的指纹图像而设计的， 对严重污染分辨率低的低质量指纹图像难以达到理想的增强效果。 针对此情况，为增强指纹识别系统处理低质量指纹的能力，在总 结相关研究成果的基础上，本文提出了一套新的指纹图像增强算法。 该套算法分为三部分：一是纹理信息放大算法。此算法通过改进局部 直方图均衡化算法的累积分布函数而得，其中包含一个非线性的指纹 纹理信息放大器，用于放大分辨率低的指纹纹理信息，增强纹线对比 度，有助于提高鉴定人员对模糊指纹判别的准确性；二是指纹方向图 二步算法。此算法通过改进经典方向图算法而得，可基于指纹纹理放 大图获取方向图。此算法在计算脊点方向后再计算谷点方向，因此具 备一定的抗噪性能。而且，此算法引入直方图法计算谷点方向，对方 向图的平滑滤波进一步提高了方向图的准确性；三是方向图修正算 法，此算法结合指纹纹线特征，通改进经典的块方向图算法而得，可 在更大的邻域窗口中计算块方向图。与传统块方向图算法相比，此算 法的处理窗口可比其大 3 至 5 倍。当指纹图像出现大面积污染时，由 于大邻域窗口中信息量大，采用此算法仍有较大可能得出准确的方向 图，据此进行滤波，就能得到更加清晰、准确的指纹图像。这些算法 修正方向图的能力有了较大的提高。 大量实验表明，对于指纹图像中块面积大于 7×7 个象素的低质 量区域，现有的经典指纹图像增强算法是难以进行理想的增强和修复 3 3 的。本文所述纹理放大算法可修复 7×7 个象素以下大小的低质量块， 二步方向算法可修复 9×9 个象素以下大小的低质量块，方向修正算 法则可修复 13×13 个象素以下大小的低质量块，相对传统算法而言， 其图像增强效能明显提高。由此可见，本文提出的方法具有更好的增 强效果，在处理低质量指纹图像时，显示出明显的优越性。 本文所述算法虽能够在较大局部窗口内修正方向图，但依然不具 备从指纹宏观整体入手修正方向图的能力。因此，对于更大面积的低 质量块，本文所述算法仍不能给予理想的修复和增强，需要进一步结 合指纹自身的特点，不断扩展算法的处理窗口，使之具备从宏观上修 正点方向图的能力。 关键词：图像增强； 局部直方图均衡化； 纹理放大； 方向图； 方向滤波 1 1 Abstract Fingerprint is a kind of flower patterns formed by mastoid ridge lines that grow on the cutis of finger tail end, which have the characteristics that a piece finger of each one is different and settling invariability for life. Fingerprint has great value for person identification. In the near century, after investigating and exploring unceasingly, people have clear cognition on the characteristic system of fingerprint, classify the fingerprint characteristics and put forward the scientific fingerprint identification thereunder and procedure. At present, fingerprint identification technology (FIT) takes up important station in modern biology ident