第２ｏ卷第９期
光學精密工程
２０１２年９月
ｓｅｐ．２０１２
文章編號
基於ｒａｄｏｎ方向場檢測指紋奇異點
黃杰賢 ，楊冬濤，龔昌來
（嘉應學院電子資訊工程學院，廣東梅州５１４０１５）
摘要：為了快速、準確地檢測與定位指紋奇異點（核心點、三角點）以實現指紋分類與匹配，本文引人了ｒａｄｏｎ運算元來提取指紋的紋理方向特徵以實現指紋方向場的分割。提出了方向熵的概念來描述方向場的分布特徵，給出了基於方向熵的奇異點區域搜尋方法。
定義了方向密度函式以衡量奇異點搜尋的優劣，指導奇異點偵測的方向熵閾值調整。最終實現了對奇異點的準確定位，準確率達到８３。跟同類演算法分析比較，提出的方法在準確性與檢測效率方面均更具優勢。
抗噪實驗還表明該方法具有良好的抗干擾能力與實用性，能滿足實際應用要求。關
鍵詞：指紋提取；奇異點檢測；方向場；方向熵
中圖分類號：ｔｐ３９１．４
文獻標識碼：ａ
收稿臼期修訂日期
**專案：廣東省部產學研結合專案**資助專案
光學精密工程第２ｏ卷
引言指紋特徵是一種人體生物特徵，具有唯一性與終生不變性，是人體固有的生物屬性，不存在丟失與遺忘的問題。由於指紋獲取方便、容易被人們接受、受法律認可，採用指紋檢測技術對身份進行識別是當前的研究熱點，具有重要的理論意義與現實意義 ｊ。
指紋檢測工作主要包括兩大部分：１．指紋奇異點的提取；２．指紋奇異點的檢測與匹配。指紋
檢測通常是基於指紋奇異點的匹配來實現的，能否從指紋圖像中準確、可靠地提取出奇異點，將直
接影響指紋匹配的準確度。本文重點針對指紋奇異點的提取進行研究。奇異點是指在指紋圖像中某些位置的鄰域處，紋理方向發生劇烈變化而導致這些位置沒有確定的主方向特性，這些位置被
稱之為奇異點。奇異點主要分為兩類，一類是核
心點，即內部彎曲紋線處的最高點或者最低點；另
一類是三角點，指三條不同方向的匯合點。常用奇異點識別演算法主要有以下幾種：（１）最
簡單、最直觀的方法是分析紋線法，通過對紋線上
的８鄰域來獲取奇異點的型別與位置。該方法最
大優點是實現簡單，但是要求對每個點進行處理，導致效率低下。而當指紋圖像存在毛刺，影象資訊缺失時，演算法效能失效，該演算法的應用並不廣
泛口 ；（２）基於的方法是比較主流
的、常用的演算法。該演算法主要圍繞著某點在區域
內對方向變化的累計量進行計算來確定該點的值，當值為１／２時表示該點為核
心點；當值為一１／２時為三角點。該方法可以比較簡單地判斷奇異點的型別與位置，但亦要求對每個畫素點進行處理，計算量大，效率不高，在實
際中的應用受到比較多的限制 ；（３）頻譜法ｌ５］也常用於對指紋圖像的處理，在對指紋圖像作頻域
變換的基礎上，設計濾波器對某頻率段、方向資訊
進行濾波處理。文獻［６］通過ｇａｂｏｒ濾波器對含
有不同方向特徵的影象進行分割標識，方向場的交匯處視為奇異點。頻譜法最大的難題在於難以獲取最優的濾波器設計引數，這無疑增加了演算法
的難度與降低了演算法的適用性 。；（４）文獻［７—８］
提出基於方向場特徵的方法對奇異點進行檢測，
在對指紋方向場劃分的基礎上，提取方向場的分界線，多條分界線的相交處即為奇異點。該演算法
對影象分割的平滑性與可區分性要求極高，在實際的環境中難免受雜訊、毛刺、紋線缺失的影響，造成許多虛假的奇異點判別。儘管如此，該演算法給本文的研究帶來了新的思路。
在總結前人研究工作的基礎上，本文提出基於
ｒａｄｏｎ方向場特徵的指紋快速檢測方法。主要研究內容如下：對ｒａｄｏｎ運算元進行調整，使該運算元有利於紋理方向特徵的提取；對指紋圖像進行ｒａｄｏｎ變換並提取方向特徵，對含有相同方向特徵的影象區域
進劃分、標識；採用資訊熵的方法度量方向的不確定
度特徵進而實現對奇異點的提取；與同類演算法進行比較分析，凸顯本文演算法的優越性。
２ ｒａｄｏｎ運算元與指紋圖像方向特徵
偵測方向場特徵是指紋的重要特徵，受文獻［７］啟發通過搜尋指紋圖像各方向場交匯處的方法實現
對奇異點的定位與識別。本節首先對ｒａｄｏｎ運算元做簡要介紹，詳細闡述了ｒａｄｏｎ變換的方法提取指紋圖像的方向場特徵的方法，最終基於方向場特徵完成對指紋圖像的分割。
圖１給出了一對典型的奇異點ｌｇ］。
（ａ）原圖（ｂ）核心點與三角點
圖１核心點與三角點展示
２．１ ｒａｄｏｎ變換
ｒａｄｏｎ變換由奧地利數學家提出，該變換不僅在數學理論研究中具有重要價
值，在影象識別亦得到廣泛應用。ｒａｄｏｎ變換可將影象資料從二維降至一維，具有較強的干擾能力。對影象進行ｒａｄｏｎ變換可表述為：對二維圖
像沿著不同方向做一系列投影積分，數學表示式
第９期黃杰賢，等：基於ｒａｄｏｎ方向場檢測指紋奇異點２０４９
的處理器，採用ｍａｔｌａｂ７．０軟體對指紋圖像進行
處理。對奇異點定位的準確性與效率兩方面進行
出演算法的３倍）。本文演算法受到文獻［７］思路啟
發，是從方向特徵的角度入手來實現對奇異點定
分析，關鍵指標為：漏檢率、誤檢率、準確率、平均
位，文獻［７］對基於方向場特徵的影象分割的平滑
性與可區分性要求很高，然而在實際的環境中存
處理時問。實驗還將本文演算法與目前最常用的演算法，文獻［７］的演算法作比較，並在
表１中顯示。
在著雜訊、指紋紋線角刺等干擾，使得影象分割質量下降，導致了檢測演算法的錯檢率較高。本文算
法在檢測的準確率上與相仿，而
表１奇異點定位實驗比較
表１中的實驗結果得到演算法是指紋奇異點檢測中最經典、直觀的演算法，從檢測
的準確率獲悉該演算法可比較好地檢測核心點與三
角點，最大不足之處在於計算效率不高（是本文提
參考文獻：
［２］羅菁，林樹忠，詹湘琳，等．奇異點和隱馬爾可夫模
型融合的指紋分類ｌ－ｊ］．光學精密工程，２００９，１７
４８０—４９４．
［４］聶貴軍，吳陳，葉錫君，等．基於連續分布方向圖和
改進的的指紋分類ｉ－ｊ］．電子學報，
且具有比較高的檢測效率，綜合以上分析，本文提出的演算法整體上優於前面兩種演算法。
５ 結論
本文引入ｒａｄｏｎ運算元提取指紋的方向場特
徵，並在此基礎上提出方向熵的概念——採用信
息熵的方法對方向場的不確定度特徵進行度量，同時基於方向熵對奇異點進行搜尋；定義方向密
度函式篩選出正確的奇異點，實現奇異點的準確定位，並驗證了演算法具有良好的抗干擾能力與實
用性。與演算法相比較，文中的算
法，在準確率上與其相當，但在檢測效率上明顯優於演算法；與文獻［７］的方法相比，
本文演算法在效率上與其相差不大，在準確率上亦占有比較大的優勢。
［６］烏旭，胡家公升，梁殿亮．基於區域分割的指紋奇異性
檢測及中心點計算ｌ－ｊ］．光學精密工程
２２９—２３５．
［８］梅園，曹國，孫懷江，等．一種新的指紋奇異點快速
光學精密工程第２ｏ卷
檢測方法ｅｊ３．計算機學報
一作者簡介：
＿＿黃杰賢（１９８２一），男，廣東梅縣人，博士，２００５年於瀋陽航空工業學院獲得學士
學位，２００８年於廣東工業大學獲得碩士學位，２０１２年於華南理工大學獲得博士學位。主要從事機器視覺及自動控制方面的研究
＿龔副理院教昌院。來授長ｅ—ｍ（，現１主ａ９ｉ要ｌ６為：２一嘉研ｄ）ｚ，究ｘ應男ｇ學方ｃ，ｌ＠湖院向ｓ南電為ｏｈ衡子圖ｕ．陽信像ｃｏ人息與ｎｒ，工信碩程號士學處，
楊冬濤（１９８１一），女，廣東梅縣人，２００８
年於廣東工業大學獲得碩士學位，主要
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從事訊號與影象處理方面的研究。ｅ
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●下期預告
～一嵌入式自動聚焦攝像模組控制系統的設計～～一～～啪ｗ～啦 ～
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２ｐｋ一ａ～ｃ ｌ二
馬建設，李合銀，程雪岷，林家用，張志清
（清華大學深圳研究生院光碟國家工程研究中心深圳分中心，廣東深圳５１８０５５）
提出一種嵌入式自動聚焦攝像模組的控制系統，它以ａｄ５８２０作為聚焦電機的驅動ｉｃ，以ｏｖ５６４２
為影象感測器，以６８０１３微控制器進行資料處理並控制驅動ｉｃ調整鏡頭的位置，達到準確自動聚焦的目的。系統通過控制音圈電機帶動鏡頭行程變位，獲取一系列影象，計算每幅影象清晰度評價值構成清晰度評價曲線，採用梯度函式作為影象清晰度評價標準，採用全程搜尋的方式找到影象清晰度最大值時鏡
頭的位置，從而達到聚焦的目的。通過實驗驗證，系統的聚焦解析度能達到５～１０＃ｒｎ，自動聚焦實物拍攝影象清晰，能夠很好的滿足攝像模組自動聚焦的需求。
基於霍夫變換的分段檢測
6 中所介紹的的快速霍夫變換，是通過等級逼近解決方案的的方法來完成的。執行這一過程所運用的方法允許免除引數空間的投票累計。然而，這種演算法仍然存在點冗餘，縮放，錯誤的解決方案，不同尺寸的點檢測等問題。在這篇 中，我們將要為fht的計算提出乙個新的演算法，這個演算法能圓滿的解決以上所提出的的演算法中所...
基於小型餐飲遊樂場的員工培訓設計
常源西南財經大學公共管理學院 摘要 由於經濟的迅速發展，許多小公司憑藉著自身實力如雨後春筍般湧現。而在這些剛剛興起的小型公司內，大多數都有著不完善的人力資源管理系統，無論是從人員招聘 薪酬管理還是員工培訓，都有著不盡合理的地方。本文我將利用自身所學，嘗試著對其員工培訓部分進行初步設計，以求其能良好的...
基於方向分水嶺變換的遙感影像多尺度分割
傳統分水嶺變換具有簡單 速度快 能檢測出弱邊緣物件及能獲得物件完整邊界等諸多優點,被廣泛的用於各種領域。但因其一般是在梯度影像進行變換,受暗雜訊等因素的影響,存在大量偽區域性極小值區域,會出現過分割現象 1 高解析度遙感影像在大氣傳遞 成像過程容易產生雜訊,特別是地物內部紋理豐富,利用傳統分水嶺方法...