基于方向场的指纹图像处理算法

指纹识别是一种有效身份鉴定技术方法，可是任何指纹采集设备和方法都无法在采集过程中完全解决图像质量的问题，为此需要在识别之初首先对指纹图像进行处理。文中将采用方向场技术对指纹图像进行处理，从仿真结果来看该算法实现简单、处理效果良好。

【关键词】指纹识别 预处理 点方向场 块方向场

1 前言

当今已进入网络信息化时代，个人身份正变得越发隐性化。为了保证个人信息安全，准确鉴别身份就成了首要问题。由于每人的指纹纹线的特点不同，且形态稳定，所以被很多各类身份识别系统采用。要实现指纹识别，指纹图像预处理是前提，本文尝试用方向场技术来进行指纹图像处理，以升身份识别率。

2 指纹方向场简介

方向场其实是用来对图像中纹理方向和对应位置进行描述的一个二维平面场。就指纹来说，其方向场的功能就是描述图像的纹理方向及其在空间分布。具体而言，指纹方向场有两种：一种是可用于表示图中每个像素点脊线方向，且具有连续性和渐变性的点方向场，这类的特点是方向过渡自然，易受噪声影响；而另一种则是可表示图中每块脊线大致方向的块方向场，此类方向场能很好地去除噪声，但是其整体过渡性差，精确度不高。本文将点方向场和块方向场进行结合，以优化识别效果。

3 指纹方向场的计算方法

3.1 求解指纹点方向场

在计算点方向场时，可以采用邻域方向模板法，可以把指纹脊线的走向按八个方向进行划，并将方向模板中心设为基准点。如此一来，从水平方向起，沿着逆时针方向，每隔一定的间隔确定一个方向i（i=0，...，7），本文中求取方向角范围是[0，π]，相邻方向间隔相等。

3.2 求解指纹块方向场

为了削弱点方向场D（x，y）所受的噪声干扰，还要依据点方向场进一步求取块方向场，为此往往会将点方向场划分为一系列相互之间不重叠的块。然后再针对每个小块求取平均方向，并把该方向视为此小块脊线的主导方向。若用该小块的主导方向替代小块内每个像素的方向，就可以得到块方向场了。但如此一来，由于未对其他相邻小离散块中像素的影响进行考量，很可能会造成方向的不连续性，故而性能亟待改进。

3.3 求解指纹连续分布方向场

4 结论

指纹方向场实际是指纹图像的一种变换表示方法，在预处理中可以利用其对指纹图像进行处理，以实现对所采集的不确定性指纹进行图像增强，为后继的识别步骤做准备。可是，常规的点方向场计算受噪声影响较大，一般无法完全反映指纹脊线的真实走向；而块方向场的整体过渡性差，精确度不高。文中将两者进行了适当组合，从仿真结果来看可以处理效果较好。

参考文献

[1]董明.指纹识别技术发展综述[J].中国科技信息，2011（13）.

[2]李宏中，叶强.指纹识别算法研究及实现[J].计算机光盘软件与应用，2012（22）.

[3]李向丽，周美娇，张翠雪.基于块方向图的指纹中心点定位[J].信息技术，2014（10）.

作者简介

段沛沛（1980-），女，河南省洛陽市人。硕士学位。现为西安石油大学讲师。研究方向为智能信号处理、数字图像处理。

作者单位

西安石油大学计算机学院 陕西省西安市 710065