专利名称：光学指纹采集器图像畸变的校正算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及指纹自动识别系统中的图像采集和匹配，属于数字图像处理和模式识 别领域，主要涉及的是光学指纹采集器图像畸变的校正算法。适合于计算机自动指纹识别 系统中的光学采集器图像和平面捺印指纹图像的匹配过程。
背景技术：
自动指纹识别系统(AFIS)作为一种重要的生物特征鉴别技术已在市场上得到广 泛的应用，特别是在公共安全领域，不断的市场需求进一步促进了 AFIS技术的发展。指纹 识别的前提条件就是获取数字指纹图像，主要由各种指纹采集器来完成。目前的指纹采集 器主要有光学指纹采集器、半导体指纹采集器、超声波指纹采集器三大类。光学指纹采集器 以稳定性能好、承受温度变化、耐磨损、成本低廉等优势，成为了市场上的主力产品；半导体 指纹采集器包括硅电容指纹图像传感器、半导体压感式传感器和半导体温度感应传感器等 三大类，其优点是获取的指纹图像比较精准，但是半导体指纹采集器普遍容易受到静电的 影响，对干、湿指纹敏感，不耐磨损；超声波指纹采集器由于其成本过高，目前在AFIS中还 不多见。光学指纹采集器受光学成像机理的影响，都存在着一定程度的图像形变，主要有 梯形形变和矩形形变。目前的指纹采集器校正技术也是针对这两种情况来进行的。事实上， 光学指纹采集器获取的指纹图像的形变远不止这两种线型变化，图像的边缘附近存在很大 程度的非线性扭曲。受图像扭曲的影响，同一个光学指纹采集器，采集同一方向的指纹进行 匹配时，可以完成匹配的；同一个光学指纹采集器，对不同方向的指纹就无法准确地匹配； 光学指纹采集器获取的图像和平面捺印的指纹图像则根本无法匹配。基于上述原因，为了使光学指纹采集器不受采集指纹的方向影响，为了使各种指 纹采集设备得到的指纹图像具有通用性，就需要对各种线型和非线性变形的指纹图像进行 校正，从而实现同一指纹在同源和非同源的情况下，都能够准确的完成匹配。
发明内容
本发明的目的即由此产生，提出一种光学指纹采集器图像畸变的校正算法，解决 了光学指纹采集器图像变形造成的匹配问题。通过对光学指纹采集器获取的线型和非线性 畸变指纹图像的校正算法，使同一指纹在同源和非同源的情况下均能实现准确的匹配。本发明实现上述目的采取的技术方案是利用正方形网格在光学指纹采集器上形 成的畸变图像上的网格节点与原正方形网格节点形成对应的控制点，来推导图像的畸变函 数，完成图像的校正。具体步骤为a)用正方形网格在水平和垂直方向上对正指纹光学采集器，采集畸变图像I(i， j)，其大小为mXn，将图像格式转化为灰度模式，记录采集器的dpi。b)正方形网格形成的灰度图像J(i，」)，其大小为11\~保持与图像1(1，j)具有 一致的方向和相同的dpi。
c)配准图像I(i，j)和图像J(i，j)的中心点，分别记录两幅图像中每个对应网格控制点的坐标。d)利用两幅图像中每个对应网格控制点的坐标，推导畸变函数，利用畸变函数实 现采集器对任意指纹图像的自动矫正。本发明通过对光学指纹采集器获取的线型和非线性畸变指纹图像的校正，使同一 指纹在同源和非同源的情况下均能实现准确的匹配。可以校正任意尺寸、任意形变的光学 指纹采集器图像，不受采集器的厂家、规格、类型的限制。通过实验证实，本发明的算法解决 了光学指纹采集器图像变形等造成的匹配问题，可以将原本无法匹配的光学指纹采集器采 集的指纹图像和平面捺印扫描指纹图像，准确地匹配，对推动指纹采集图像向标准化方向 发展有积极的意义。
图1是本发明光学指纹采集器图像畸变矫正原理图；图2是本发明正方形网格节点形成的控制点示意图；图3是本发明光学指纹采集器图像畸变示意图；图4-5是本发明光学指纹采集器采集的指纹图像的矫正效果。
具体实施例方式现结合附图对本发明作进一步描述用于实施本发明的硬件环境是CAMA-e深圳公司生产的光学指纹采集器， ACPIMultiprocessor PC-4400+计算机、2. OOGB内存、64M显卡；运行的软件环境是Window XP，用C及MATLAB 6. 5程序设计语言可实现本发明提出的方法。1.设计图象畸变控制点指纹图像的畸变需要通过测量光学指纹采集器的畸变参数来完成，指纹特征点的 分布具有随机性，需要用正方形网格来替代测量。用正方形网格在水平和垂直方向上对正指纹光学采集器，采集畸变图像I (i，j), 其大小为mXn，将图像格式转化为灰度模式，记录采集器的dpi。正方形网格形成的灰度图像为J(i，j)，其大小为uX V，保持与图像I (i，j)具有一 致的方向和相同的dpi。配准图像I(i，j)和图像J(i，j)的中心点，分别记录两图像中每个对应网格控制 点的坐标。2.求解畸变函数正方形网格，是指具有一定密度δ的正方形网格。其作用是把图像I(i，j)的 非线性畸变问题，分解在小方格内，按照线性畸变来处理。每个小方格的四个顶点就是控制 点，在图像J(i，j)中，有对应控制点。进而推导畸变函数，完成非线性畸变图像的矫正过 程。2. 1正方形网格图像的线性变换设图像J(i，j)中的小方格控制点坐标分别SP1U1, yi)、p2(x2, y2)、P3(x3，y3)> P4(x3，y3)，那么，对于图像J(i，j)中正方形小方格内的任意一点Ptl(xQ，yQ)，在水平线段和垂直线段上的比值分别为α和β，则 如果图像I (i，j)不存在非线性变形，图像I (i，j)中与图像J(i，j)相应的控制 点分别为 P' !(x' i;y' i)、P' 2(χ' 2,y' 2)、Ρ' 3(χ' 3，y' 3)、Ρ' 4(χ' 4，y' 4)。点 P。(xQ，yQ)在图像i(i，j)中的正四边形小方格内存在影射坐标点P' ο(χ'。，y'。)，则 可求得线性变换函数为 在实应用中，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)可以取整幅图像的四个顶点，线性
变换函数可以简化为 2. 2正方形网格图像的非线性变换如果图像I (i，j)存在非线性变形，图像I (i，j)中的影射点P' 0(x' 0,y' Q)为 点P' i;y' i)和P' 2(χ' 2，y' 2)直线方程中比值为α的点与ρ' 3(x' 3，y' 3) 和P' 4(x' 4，y' 4)比值为α的点形成的直线，与ρ'i，y' i)和ρ' 3(Χ' 2，y' 2) 直线方程中比值为β的点与P' 2(x' 3' y' 3)和P' 4(x' 4，y' 4)比值为β的点形成 的直线的交点。其参数方程可以表示为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))根据直线方程公式可求得畸变函数 其中 3.畸变函数的应用对于任意类型的光学指纹采集器，无论存在任何种类的畸变，利用本发明的畸变 函数可以矫正图像的变形。经过正方形网格一次矫正后畸变函数可以计算出畸变图像中的 每一个象素点在影射非变形图像中对应的关系。对于指纹图像而言，可以根据光学指纹采 集的矫正模型，直接完成畸变指纹图像的矫正全过程。本发明在应用时，用正方形网格在水平和垂直方向上对正指纹光学采集器，采 集畸变灰度图像I(i，j)。正方形网格形成的灰度图像(500dpi)为J(i，j)，其大小为 320X320，与图像I(i，j)具有一致的方向。配准图像I(i，j)和图像J(i，j)的中心点，两 图像中控制点的坐标分别为表1.光学指纹采集器图像正方形网格控制点坐标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~ 利用光学指纹采集器图像畸变的校正算法的畸变函数，输入控制点坐标后，可以得到整幅图像像素点的影射关系表
t0048] 表2·部分光学指纹采集器图像矫正后像素点的影射表
__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对于输入的指纹图像，可以通过查表的方法，获得校正后的指纹图像，从而可以实 现畸变校正图像与捺印指纹图像等非畸变指纹图像的匹配。
权利要求
一种光学指纹采集器图像畸变的校正算法，其特征在于利用正方形网格在光学采集器上获取的畸变图像与正方形网格图像的网格控制点对应关系，来推导图像的畸变函数，完成图像的校正，具体步骤为a)用正方形网格在水平和垂直方向上对正指纹光学采集器，采集畸变图像I(i，j)，其大小为m×n，将图像格式转化为灰度模式，记录采集器的dpi；b)正方形网格形成的灰度图像J(i，j)，其大小为u×v，保持与图像I(i，j)具有一致的方向和相同的dpi；c)配准图像I(i，j)和图像J(i，j)的中心点，分别记录两幅图像中每个对应网格控制点的坐标。d)利用两幅图像中每个对应网格控制点的坐标，推导畸变函数，利用畸变函数实现采集器对任意指纹图像的自动矫正。
2.根据权利要求1所述的光学指纹采集器图像畸变的校正算法，其特征在于所述的 正方形网格是指具有一定密度S的正方形网格，每个小方格的四个顶点就是控制点，在图 像J(i，j)中，通过对应控制点推导畸变函数，完成非线性畸变图像的矫正过程，具体步骤 为a)设图像J(i，j)中的小方格控制点坐标分别为&(Xl，yi)、P2 (x2, y2)、P3(x3，y3)、P4(x3，y3)，那么，对于图像J(i，j)中正方形小方格内的任意一点&(&，。，在水平线段和垂直线 b)图像I(i，j)中与图像J(i，j)相应的控制点分别为P'i，y' i)、P' 2(x' 2， y' 2)、P' 3(x' 3,y' 3)、P' 4(x' 4,y' 4)，点？(10^，。在图像1(1，」)中的任意四边形 小方格内存在影射坐标点p' o(x' o，y' Q)，p' 0(X' 0,y' Q)为点P'i)和 P' 2(x' 2，y' 2)直线方程中比值为a的点与P' 3(x' 3，y' 3)和P' 4(x' 4，y' 4)比 值为a的点形成的直线，与P' 》和P' 3(x' 2，y' 2)直线方程中比值为3 的点与P' 2(x' 3，y' 3)和P' 4(x' 4, y' 4)比值为3的点形成的直线的交点，解方程 求得畸变函数为
3.根据权利要求2所述的光学指纹采集器图像畸变的校正算法，其特征在于所述的 畸变函数经过正方形网格一次矫正后，可以计算出畸变图像中的每一个象素点在影射非变 形图像中对应的关系；对不同尺寸的图像采用插值计算矫正模型的准确性；对于指纹图像 根据光学指纹采集的矫正模型直接完成畸变指纹图像的矫正全过程。
全文摘要
光学指纹采集器获取的指纹图像或多或少存在不同程度指纹畸变，这种畸变往往是非线性的，容易影响匹配效果。本发明公开的光学指纹采集器图像畸变的校正算法是利用正方形网格在光学采集器上获取的畸变图像与正方形网格图像的网格控制点对应关系，来推导图像的畸变函数，完成图像的校正，本发明通过对光学指纹采集器获取的线型和非线性畸变指纹图像的予以校正，使同一指纹在同源和非同源的情况下均能实现准确的匹配，并推动指纹图像向标准化的方向发展。
文档编号G06K9/20GK101847202SQ20091006443
公开日2010年9月29日 申请日期2009年3月23日 优先权日2009年3月23日
发明者史毅, 孟卫华, 范峰, 陈大海, 韩松峰, 齐文钊 申请人:凯迈(洛阳)电子有限公司