手指分割方法
【专利说明】手指分割方法
[0001]本发明涉及在空中采集图像期间分割手指的方法，以及实现这种方法的分割设备。它应用于通过纹路尤其是指纹进行个人识别的领域。
[0002]可以接触地或不接触地采集个人的指纹图像。当通过接触进行采集时，个人将他的手指放置在窗口上，窗口后面设置有采集指纹图像的获取设备。
[0003]当不通过接触进行采集时，个人使他的手指从窗口前通过，在手指通过时，获取设备在窗口后面采集手指的一个或多个图像。然后从这个或这些图像中提取个人的指纹图像。
[0004]在文档FR-A-2 927 713中描述了这样的方法和对应的设备。
[0005]根据各种参数，例如手指通过的速度，可能发生难以采集指纹图像的情况，因为指纹在所采集图像上的位置未清楚地定义。
[0006]本发明的一个目的是提出一种分割不接触地从获取设备前通过的手指的方法。该分割方法使得分割所采集图像上的手指并因此区分指纹实际所处的区域成为可能。因此，根据本发明的分割方法没有现有技术的缺点，更特别地，使得精确地定位手指和指纹的位置成为可能。
[0007]为此，提出了一种手指分割方法，所述分割方法由分割设备实现，分割设备包括处理单元、用于当手指以前进方向从获取设备前通过时采集所述手指图像的获取设备以及用于在手指上投影具有等值强度轴的景象的投影设备，所述分割方法包括:
[0008]-采集步骤，其中获取设备采集手指和景象的图像，
[0009]-计算步骤，其中处理单元从所采集的景象的图像计算展开的相位图，
[0010]-求导步骤，其中对于所计算的相位图的每个像素，处理单元沿景象的等值强度轴计算相位的导数，和
[0011]-分区步骤，其中处理单元将计算了相位的导数的每个像素与区域相关联，该区域逐步地组合具有相同极性的相位的导数的所有相邻的像素，以及
[0012]-识别步骤，其中根据对所确定的区域的分析来识别每个手指的位置。
[0013]有利地，分区步骤包括:
[0014]-初始化步骤，其中选择已经计算了相位的导数的第一像素，
[0015]-创建步骤，其中创建具有所述第一像素导数极性的一区域，
[0016]对于与所述第一像素相关的每个像素，
[0017]-比较步骤，该比较步骤将所述相关的像素相位的导数的极性与所述第一像素相位的导数的极性进行比较，
[0018]-正组合步骤，其中当比较步骤的结果为正时将所述相关的像素组合到包括所述第一像素的区域中，
[0019]当已经处理了与所述第一像素相关的每个像素时，
[0020]-指定步骤，其中将所述相关的像素中的一个指定为第一像素，
[0021]-第一循环步骤，其中处理循环到比较步骤从而这样逐步地进行并覆盖整个图像，以及
[0022]当已经逐步处理了具有与所述第一像素的相位的导数相同极性的相位的导数的所有相邻的像素时，
[0023]-选择步骤，其中选择尚未处理的像素作为第一像素，和
[0024]-第二循环步骤，其中处理循环到创建步骤。
[0025]有利地，在分区步骤之后和识别步骤之前，分割方法包括:
[0026]-标记步骤，其中标记每个具有极性并被包含在具有相同极性的另一区域中的区域，
[0027]对于所标记的每个区域
[0028]-测量步骤，其中计算所述区域的表面积，
[0029]-删除步骤，其中如果它的表面积小于阈值则删除所标记的所述区域并且包括所标记的所述区域的区域吸收所标记的所述区域，
[0030]-合并步骤，其中所标记的所述区域与不包括所标记的所述区域的区域合并。
[0031]本发明还提出了一种手指分割设备，包括:
[0032]-投影设备，用于在所述手指上投影具有等值强度轴的景象，
[0033]-获取设备，用于当手指以前进方向从所述获取设备前通过时采集所述手指和所投影的所述景象的图像，以及
[0034]-处理单元，所述处理单元包括:
[0035]-计算装置，用于根据所采集的景象图像计算展开的相位图，
[0036]-求导装置，用于对相位图的每个像素计算沿等值强度轴的相位的导数，
[0037]-分区装置，用于将每个像素与一区域相关联，该区域逐步地组合了所述相位的导数具有相同极性的所有相邻的像素，和
[0038]-识别装置，用于通过分析区域来定位每个手指。
[0039]通过阅读以下对示例实施例的描述，以上所提到的本发明的特征，以及其他的特征，将更加清晰地呈现，所述描述与附图相关地给出，其中:
[0040]图1是手指从获取设备前通过的示意性视图，
[0041]图2是显示了手指分区的图像，
[0042]图3是根据本发明的分割方法的算法，
[0043]图4a是图1中沿着线IV-1V的横截面的视图，
[0044]图4b是图4a中沿着线V_V的横截面的视图，
[0045]图5a是手指的相位图，
[0046]图5b是从手指上的相位图所获取的向量的示意性表示，
[0047]图6是由分割方法的中间步骤所产生的图像，以及
[0048]图7示出了由非均匀间隔的线构成的图案的示例。
[0049]图1是分割设备100的示意性表示，图4a是图1中沿着线IV-1V的横截面并且图4b是图4a中沿着线V-V的横截面。分割设备100包括窗口 102，面对窗口 102定义了采集空间。希望被识别的个人按照箭头10所表示的前进方向使他的手指50从窗口 102前面通过。在窗口 102后面设置例如CXD类型的获取设备(402，图4a-b)，和用于投影一景象104的投影设备(404，图4b)。在本文所介绍的本发明的实施例中，投影设备404沿着与前进方向10垂直的平面与获取设备402共线地放置。
[0050]获取设备402和投影设备404是分割设备100的元件。
[0051]获取设备402用于采集至少一个图像但优选地为手指50和投影到手指50上的景象104的多个连续图像。获取设备402具有一传感器，该传感器具有足够的采集速度以采集移动中的手指50的至少一个图像。
[0052]在前进方向10上，每个手指50具有相对于空白或相邻的手指50界定该手指50的前缘52和后缘54。每个手指50 (参见图5b)在前缘52和后缘54之间具有弯曲的形状。如从图4a能更好地看见的，手指50的表面在前缘52和一极端区56之间接近获取设备402并在极端区56和后缘54之间从获取设备402移开。极端区域56是手指50最接近窗口102的部分。
[0053]投影设备404投影景象104，该景象104叠加在手指50上并且其图像与手指50的图像同时被采集.
[0054]景象104例如是正弦景象或方形景象。
[0055]如图1中所能看到的，这里景象104的等值强度线大致与前进方向10平行。景象104的频率被选择为远大于皮肤上脊纹的频率。在接近600DPI时大约是45个像素。
[0056]为了便于区分手指50和景象104，景象104包括三种颜色(R，G，B)，在三种颜色中的一种具有均匀的照明而在其他两种颜色的至少一种具有重复的光图案。优选地，均匀的照明是绿色而重复的光图案是红色和/或蓝色。
[0057]在一变形中，分割设备100可使用一种颜色的均匀的照明设备，和一种或多种其他颜色的投影设备404。
[0058]获取设备402适用于提取代表景象104的图像从而将它发送到分割设备100的处理单元406，处理单元406优选地为计算机形式。
[0059]投影到手指50上的景象104在获取设备402所采集的图像上的显示是变形的。
[0060]采集后，手指50和景象104的图像由处理单元406进行处理。
[0061]根据所采集的图像上看到的变形景象104的图像来计算展开的相位图像。
[0062]图5a示出了由正弦景象104照明的一组三个手指50的相位图像500的示例。沿着手指50从景象104的一个周期到另一周期，相位改变极性。这些间断(break)在图像的这些区域的灰度等级上形成了高变化，并使得能够计算这些区域中的可靠的相位的导数。
[0063]图5b示意性地描述了在手指50的两个点处的相位的两个导出的向量501和502。由于手指50弯曲的管状形状，基本图像也是弯曲的。根据导出向量501、502的方向，该弯曲导致在垂直于手指纵轴的投影轴504上的导出向量501、502的投影符号的改变。投影轴504是景象104的等值强度轴，这里它平行于前进方向10并朝向相同的方向。
[0064]这些极性的变化构成相位跳变。
[0065]对于这样计算的相位图像的每个像素，计算沿着景象104的等值强度轴(也就是说，在此所介绍的本发明的实施例中，沿着前进方向10)的相位的导数。
[0066]将计算了相位的导数的每个像素与一连续区域相关联，该连续区域逐步组合了所有相邻的并且相位的导数具有相同极性的像素。因此图像通常具有若干个相位的导数为正的“正”区域和若干个相位的导数为负的“负”区域。通过所有具有相同极性的相位的导数的像素的组合来形成一区域，并由过渡区来界定。每个过渡区由所关注的区域和将具有相反极性的相位的导数的像素组合在一起的一个或多个区域之间的边界和/或由所关注的区域和外部与手指50之间的界限之间的边界所形成，所述外部和手指50之间的界限也就是前缘52和后缘54。
[0067]图2示出了手指50的图像200，其中对于每个手指示出了一正区域202和一负区域204。图2中正区域202的位置和负区域204的位置是任意的并且根据所选的约定可以反转。
[0068]在下面部分地解释的所选实施例中，每个手指50依次具有一负区域204和接着的一正区域202。
[0069]图6示出了两个手指50的图像600，每个具有正区域202和负区域204。
[0070]图3是根据本发明的分割方法300的算法。
[0071 ] 该分割方法300包括:
[0072]-采集步骤302，其中由获取设备402采集手指50和景象104的图像，
[0073]-计算步骤304，其中根据这样采集的景象104的图像计算展开的相位图，
[0074]-求导步骤406，其中对于这样计算的相位图的每个像素，计算沿着景象104的等值强度轴的相位的导数，
[0075]-分区步骤308，其中将计算了相位的导数的每个像素与区域202、204相关联，其中，区域202、204组合了各处相位的导数具有相同极性的所有相邻的像素，
[0076]-识别步骤310，其中根据对由分区步骤308所确定的区域202和204的分析来识别每个手指50的位置。
[0077]根据识别步骤310所产生的图像，处理单元406能够定位待识别的指纹图像所处的位置，也就是在所定位的每个手指50的末端。
[0078]然后可将指纹图像发送到识别系统以与数据库中的指纹进行比较。
[0079]并且，所描述的分割方法300具有鲁棒性，因为特别地它使得无论手指50是分开的还是紧密在一起都可以分割手指50。该分割方法300也很快速，并且，为了增加获得结果的速度，还可以对所采集的图像子采样。也可以独立地分割每个图像。
[0080]识别步骤310包括确定两个连续手指50之间或手指50和外部之间的过渡区。
[0081]识别步骤310将根据图2