一种复合式指纹细化算法

1、一种复合式指纹细化算法摘要：为了提高指纹图像细化处理后的质量，提出一种复合式指纹细化算法。该算法在并行算法的基础上，首先构造出一套消除模板和两个修正模板，然后通过并行算法对图像进行初步细化，接着用构造的消除模板对图像进行二次细化，最后通过修正模板对纹线的拓扑结构进行修正。该算法能够保持图像连通性，细化后纹线满足单一像素宽且光滑无毛刺。关键词：指纹细化复合式细化消除模板中图分类号：TP391 文献标识码： A 文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00Abstract： In order to improve the quality of fingerprint image t

2、hinning process， a composite fingerprint thinning algorithm is proposed. This algorithm is based on parallel algorithm， firstly ， it constructed a set of elimination template and two correction templates， and through parallel algorithms for preliminary refining ， and then use elimination template fo

3、r the secondary refining， finally ， through the correction template to modify the topology of theridge. This algorithm can keep image connectivity， and the ridge meet a single pixel width and smooth without burr after refining.Key Words： fingerprint thinning ， composite thinning， elimination templat

4、e1 引言作为指纹识别系统预处理阶段的指纹细化工作，其细化后的图像质量对后续特征识别阶段有着重要影响。一个好的指纹细化算法应满足收敛性、连通性、拓扑性、保持性、细化性、中轴性、快速性1 。按照迭代方式，可以将指纹细化算法归为两类：串行细化和并行细化。常用的细化算法有OPTA（One passthinning algorithm ）细化算法 2 、快速并行细化算法 3（以下简称为快速算法） 、二 -迭代并行细化算法 4 。文章对二 -迭代并行细化算法进行分析， 构造一套消除模板和一个修正模板，将其与并行算法相结合，提出一种复合式指纹细化算法。2 二-迭代并行细化算法二 -迭代并行细化算法 4（以

5、下简称迭代算法） 是对快速算法的一种改进，该算法具有细化后纹线为单一像素宽、速度快等优点，但细化后图像不能很好的满足中轴性且斜线方向纹线毛刺多。该算法规定目标点 P 的 8 邻域分布情况如图 1 所示。该算法的流程为：步骤 1.遍历图像寻找目标点，提取其邻域的8 个像素，分别计算出，的值；步骤 2.判断本次循环为奇数还是偶数，若为奇次循环，判断条件 1、条件 2、条件 3（a）是否同时满足，如果满足则删除改点，否则保留改点；若为偶次循环，判断条件 1、条件 2、条件 3（b）是否同时满足，如果满足则删除改点，否则保留改点。步骤 3.判断是否还有目标点需要删除，若有返回步骤 1，否则，结束。对该

6、算法进行深入分析后发现，其问题产生的原因主要为，第 3 个约束条件不包含毛刺及阶梯形纹线像素的分布情况。所以无论是奇次还是偶次迭代都不能有效的细化。3 一种复合式细化算法文章提出一种新的复合式细化算法，该算法综合了并行算法与串行算法的优点，以迭代算法细化图像后的结果为根据，构造 7 个消除模板和 2 个修正模板，有效的解决了上述问题。3.1 构造消除模板针对上述纹线毛刺问题，构造了如图2所示的 7个消除模板。其中前四个模板用于去除90 度及 180度方向纹线两侧的毛刺。后三个模板用于去除135 度方向纹线两侧的毛刺。此外，在前四个模板中，若每个模板的两个 X 同时取 0，则会勿删掉纹线端点，导

7、致破坏纹线原有结构。所以，给出 4 个条件与前四个模板共同构成约束条件。当目标点（ P）邻域像素满足以下条件时：（1）与第一个模板匹配，则还需邻域内的 P1 与 P7 像素的值不能同时为 1，即；（2）与第二个模板匹配，则还需邻域内的 P1 与 P3 像素的值不能同时为 1，即；（3）与第三个模板匹配，则还需邻域内的 P3 与 P5 像素的值不能同时为 1，即；（4）与第四个模板匹配，则还需邻域内的 P5 与 P7 像素的值不能同时为 1，即。3.2 构造修正模板针对细化后纹线成阶梯形问题，构造了1 个修正模板及 1 个修正后像素值的变化模板，如图3 所示。需注意的是，修正模板是对背景点周围的

8、邻域像素进行判断，而不再是目标点。研究后发现阶梯形纹线大多为直角形走向，如图3（a）所示，但实际纹线的拓扑结构应该是135 度方向走向，故需要用修正模板将纹线结构进行方向性调整。新的复合式算法步骤为：步骤 1.采用查表法将迭代算法编程，对二值化指纹图像进行初步细化，得到细化图像；步骤 2.用 3.1 节的消除模板对图像进行串行细化，得到二次细化图像；步骤 3.用 3.2 节的模板对图像进行修正处理，得到最终细化图像。4 实验结果与分析为验证新算法的有效性，使用 MATLAB 语言对快速算法、迭代算法及本文算法进行编程实现。从FVC2004 指纹库中提取多幅指纹图像作为实验样板，首先对各样板进行

9、二值化处理，之后用上述 3 种算法分别进行细化。图 4 为随机挑选的一组细化结果图。从图中可看出，快速算法处理图像后，纹线拓扑性被破坏，部分纹线被删除，从而导致图像特征点丢失，影响指纹识别系统性能。迭代算法处理图像后，毛刺多且存在阶梯形纹线，从而多出许多伪特征点。新算法细化后，阶梯形纹线数量明显减少，图像光滑无毛刺。5 结语本文对二 -迭代并行细化算法进行研究， 结合串行与并行算法的各自优点提出一种复合式指纹细化算法。经实验证明，新算法在原有算法的基础上，解决了其细化后纹线毛刺多及存在阶梯形纹线的问题，细化效果好且速度快。参考文献1 冯星奎，李林艳，颜祖泉 .一种新的指纹图象细化算法 J.中国图象图形学报， 1999，4（10）：835-838.2 CHIN R T ， WAN H K ， STOVER D I ， et al.A one pass thinning algorithm and its parallel implementationJ.Computer Vision，1987，40（1）：30-40.3ZHANG T Y ， SUEN C Y. A fast parallelalgorithm for thinning digitalpatternsJ.Communicati