[发明专利]一种基于扩散方程的低质量指纹图像方向场提取方法

权利要求书

1.基于扩散方程的低质量指纹图像方向场提取方法，包括如下步骤：

(1)输入指纹图像I(x，y)，I(x，y)表示图像在坐标点(x，y)的灰度值；

(2)计算指纹图像的梯度分布[I_x，I_y]，质量分数Q(x，y)以及裂痕掩模M_scar(x，y)；

(3)对质量分数Q(x，y)与裂痕掩模M_scar(x，y)进行分析，判断指纹质量，若为Bad则转至(4)，若为Good则转至(5)；

(4)将裂痕掩模M_scar(x，y)与初始梯度矢量流(GVF)场V₀作用，抹掉裂痕区域的噪声数据；

(5)对初始梯度矢量流(GVF)场V₀进行快速平滑扩散，扩散后的初始梯度矢量流(GVF)场记为V_Coarse；

(6)使用V_Coarse计算出指纹的方向场分布θ_Coarse(x，y)，并进行奇异点检测，获得奇异区域掩模M_Singular(x，y)；

(7)将质量分数Q(x，y)与奇异区域M_Singular(x，y)相乘，使用一般化的梯度矢量流(GGVF)模型对奇异区域的V_Coarse进行修正，得到最终的梯度矢量流(GVF)场V_Fine； 

(8)根据公式θ＝0.5tan^-1(u/v)计算出最终的方向场θ(x，y)。

2.根据权利要求1所述的基于扩散方程的低质量指纹图像方向场提取方法，其中步骤(2)所述的计算指纹图像的梯度分布[I_x，I_y]、质量分数Q(x，y)以及裂痕掩模M_scar(x，y)；按如下步骤进行：

2a)梯度分布[I_x，I_y]使用Sobel算子或Marr-Hildreth算子进行计算；

2b)质量分数计算公式为：

式中， 表示对总的滤波响应求块均值，滤波器选择具有对称性的滤波器， 则表示相关性系数，利用下面公式计算：

Cov(S_k^I，S_l^I)表示响应S_k^I与响应S_l^I之间的互相关，而Var(|S_k^I|)则表示响应S_k^I的方差，k与l用来指示不同的滤波响应。

2c)使用如下形式的滤波器对指纹图像进行滤波操作，便可得到裂痕掩模M_scar(x，y)，

式中，A为一个常数且满足A＞0，δ表示分布的标准差。

将上述滤波内核进行旋转，从而获得一组方向不同的滤波器，以便能够提取出各个方向上的裂痕。将上式中的u与v进行如下替换，改变参数γ，便可以获得相应方向上的滤波器。

对于每个方向的滤波结果，设定阈值th将其二值化，将所有结果进行合并，得到最终的裂痕区域。

3.根据权利要求1所述的基于扩散方程的低质量指纹图像方向场提取方法，其中步骤(3)所述的分析质量分数Q(x，y)和裂痕掩模M_scar(x，y)，按如下步骤进行：

3a)计算出质量分数Q(x，y)的均值与裂痕掩模M_scar(x，y)所占的比率，设定质量分数Q(x，y)的均值的阈值为0.1，裂痕掩模M_scar(x，y)所占比率的阈值为0.2，当质量分数的均值和裂痕所占的比率均小于对应阈值时，判断此指纹为Good，否则为Bad。