СПОСОБ ФИЛЬТРАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПАПИЛЛЯРНЫХ ЛИНИЙ Российский патент 2010 года по МПК G06K9/00 

Изобретение относится к области обработки изображений папиллярных линий и может быть использовано в правоохранительных органах и системах ограничения доступа при идентификации личности.

Известны аналоги изобретения, например метод обнаружения мелких особенностей на изображении отпечатка, описанный в патенте US 5659626, МПК G06K 9/00; G07C 9/00, дата публикации 19.08.1997, заключающийся в сканировании серого изображения отпечатка, определении направления папиллярных линий в нескольких отстоящих друг от друга местах внутри отпечатка, ориентировании пары фильтров над каждым из упомянутых мест по направлению папиллярных линий, настройке зоны действия этих фильтров по направлениям в пределах некоторого определенного числа папиллярных линий, причем один из этих фильтров имеет высокий уровень отклика на параллельном потоке папиллярных линий и низкий уровень отклика на непараллельных линиях, а другой из упомянутых фильтров имеет низкий уровень отклика на параллельном потоке папиллярных линий и высокий уровень отклика на непараллельных линиях, контролировании откликов указанных фильтров в указанных местах, обнаружении мелких особенностей в местах одновременных изменений откликов обоих фильтров, записи таких мест расположения, указывающих на непараллельность линий как индикатор мелких особенностей. Недостатком данного метода является большое время обработки изображения, затрачиваемое на выявление мелких особенностей.

В качестве прототипа как наиболее близкого к заявляемому техническому решению, выбран способ улучшения цифрового изображения отпечатка, описанный в патенте WO 2005071602, МПК G06K 9/00; G06T 5/00; G06T 5/10, дата публикации 04.08.2005, содержащий, по меньшей мере, следующие шаги: нормализацию первоначального изображения; определение зоны полезного изображения, характеризующийся тем, что он содержит следующие дополнительные последовательные шаги: разбиение изображения на множество блоков, вычисление быстрого преобразования Фурье (БПФ) для каждого блока, определение частот для блоков изображений с помощью указанного БПФ, применение фильтров Габора с параметрами, определенными по указанным частотам, определение ориентации изображения с помощью фильтрованных изображений, полученных на предыдущем шаге. Основным недостатком данного метода является низкая надежность определения частот изображения, по которым определяют параметры фильтра Габора. Другим недостатком данного метода является также большое время обработки изображения, затрачиваемое на выявление мелких особенностей.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение достоверности определения частот для блоков изображения, по которым определяют параметры фильтров Габора, и снижение времени обработки изображения, затрачиваемого на выявление мелких особенностей.

Достигается это тем, что в способе улучшения цифрового изображения папиллярных линий, заключающемся в нормализации изображения, вычислении градиентов яркости изображения, определении по градиентам яркости направлений папиллярных линий, разбиении изображения на блоки, определении периода папиллярных линий для каждого блока, применении фильтров Габора с параметрами, определенными по вычисленным периодам и направлениям:

- для определения периода папиллярных линий в блоке формируют набор линий яркости определенной длины с центром в середине блока по нескольким, по меньшей мере четырем, направлениям;

- для выбранных направлений вычисляют коэффициенты одномерного быстрого преобразования Фурье и период линий, соответствующий максимуму спектральной плотности;

- за период папиллярных линий блока принимают наименьший из вычисленных периодов.

Кроме того, набор линий яркости определенной длины формируют для нескольких пикселей каждого блока.

Суть изобретения поясняется на фиг.1, на которой приводится алгоритм реализации заявляемого способа, а также на фиг.2, с помощью которого иллюстрируется обоснование выбора результирующего периода папиллярной линии.

Реализация способа осуществляется следующим образом.

Сначала производят нормализацию изображения. Суть этого этапа обработки изображения состоит в том, чтобы любые изображения, значительно различающиеся по яркости и контрастности, приобрели примерно одинаковые яркостные характеристики. Это повышает устойчивость всего последующего алгоритма обработки.

Затем по нормализованному изображению вычисляют поле градиентов. Из одного массива пикселей изображения на основе разностных операторов получают два массива производных яркости по вертикальному и горизонтальному направлениям, или одного векторного массива поля градиентов.

На следующем шаге из поля градиентов вычисляют углы, которые задают направления папиллярных линий на изображении отпечатка, или поле направлений.

Далее изображение разбивают на блоки. Размеры блоков зависят от разрешения, при котором сканировали изображение отпечатка. Это могут быть блоки размером 8×8, 16×16 пикселей.

Затем для центрального пикселя блока формируют набор линий яркостей определенной длины по заданным направлениям, причем центр каждой линии яркости совпадает с выбранным пикселем. Длина линии яркости превышает размер блока в два или более раз. Направлений, вдоль которых формируются линии яркости, может быть несколько, по меньшей мере четыре. Если четыре направления, то они образуют с горизонтальным направлением углы 0, 45, 90, 135 градусов. Если направлений восемь, то они образуют углы 0, 22.5, 45, 67.5, 90, 112.5, 135 и 157.5 градусов.

Для каждой из яркостных кривых вычисляют одномерное БПФ. По коэффициентам Фурье вычисляют спектральную плотность, а на ее основе выбирают частоту, соответствующую максимуму спектральной плотности. По частоте вычисляют период линии, значение которого запоминается.

Из всех вычисленных значений периодов линий выбирают минимальный. Обоснованность такого выбора проиллюстрирована на фиг.2. Для линий яркости, сформированных в четырех различных направлениях, минимальный период папиллярной линии соответствует направлению 4, так как оно перпендикулярно направлению папиллярной линии.

Последовательность действий способа завершена.

Таким образом, реализация заявляемого способа позволяет, по сравнению с прототипом, во-первых, сократить время обработки изображения, и во-вторых, повысить достоверность вычисляемых значений периодов папиллярных линий. Сокращение времени достигается за счет того, что вместо двумерного преобразования Фурье, выполняемого для всего блока, производят четыре (либо восемь) одномерных преобразования. Учитывая тот факт, что двумерное преобразование - это двойное одномерное преобразование, можно получить оценку сокращения объема, а следовательно, и пропорционального сокращения времени вычислений примерно в 10 раз.

Повышение достоверности вычисляемых значений периодов папиллярных линий связано с тем, что для коэффициентов одномерного преобразования Фурье более ясен их физический смысл по сравнению с двумерным преобразованием Фурье. Следовательно, их можно надежнее предсказать и отфильтровать получаемые ошибочные значения. А зная направление, для которого период линии минимален, можно сравнить его с направлением папиллярной линии, вычисленным по градиентам яркости, и проверить, являются ли они перпендикулярными.

Учитывая новизну и наличие существенных отличительных признаков по сравнению с прототипом, заявитель считает, что предложенный способ может быть защищен патентом на изобретение.

Изобретение относится к области обработки изображений папиллярных линий и может быть использовано в правоохранительных органах и системах ограничения доступа при идентификации личности. Технический результат заключается в повышении надежности определения периодов для блоков изображений, по которым определяют параметры фильтров Габора, и снижении времени обработки изображения. Способ заключается в нормализации начального изображения, вычислении градиентов яркости, определении по градиентам яркости направлений папиллярных линий, разбиении изображения на блоки, вычислении быстрого преобразования Фурье для каждого блока, определении периодов папиллярных линий для каждого блока, применении фильтров Габора с параметрами, определенными по вычисленным значениям периодов и направлений. Технический результат достигается благодаря тому, что для определения периодов папиллярных линий блока формируют набор линий яркости определенной длины с центром в середине блока по нескольким, по меньшей мере четырем, направлениям, для выбранных направлений вычисляют коэффициенты одномерного быстрого преобразования Фурье и период линий, соответствующий максимуму спектральной плотности, за период блока принимают наименьший из вычисленных периодов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ фильтрации изображения папиллярных линий, заключающийся в нормализации изображения, вычислении градиентов яркости изображения, определении по градиентам яркости направлений папиллярных линий, разбиении изображения на блоки, определении периода папиллярных линий для каждого блока, применении фильтров Габора с параметрами, определенными по вычисленным периодам и направлениям, отличающийся тем, что для определения периода папиллярных линий в блоке формируют набор линий яркости определенной длины с центром в середине блока по нескольким, по меньшей мере четырем, направлениям, для выбранных направлений вычисляют коэффициенты одномерного быстрого преобразования Фурье и период линий, соответствующий максимуму спектральной плотности, за период папиллярных линий блока принимают наименьший из вычисленных периодов, после чего применяют фильтры Габора с параметрами, определенными по вычисленным периодам и направлениям.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что набор линий яркости определенной длины формируют для нескольких пикселей каждого блока.