[发明专利]基于指纹相位梯度的指纹方向信息获取方法

说明书

本发明涉及指纹预处理技术和指纹方向信息获取技术，具体为提出一种基于指纹相位梯度的指纹方向信息获取方法。指纹相位的梯度信息和指纹方向信息是相互垂直的，且指纹相位信息在一个周期内是单调递增，因此本发明从指纹相位梯度中获取可靠的指纹方向信息。其中，指纹信号的相位信息是实数信号在单基信号复空间中旋转的角度。指纹相位信息可通过解析单基信号得到，与此同时可以去除指纹信号幅值信息。其中单基信号是由预处理后的指纹信号和先后对预处理后的指纹信号进行在指定方向上做线性积分和函数卷积操作后获得的两个分量组成。本发明消除了指纹信号中的幅值信息影响，也避免了传统方法在纹线中间区域的方向信息不连续的问题。

技术领域：

本发明涉及指纹预处理技术和指纹方向信息获取技术，提出一种基于指纹相位梯度的指纹方向信息获取方法。

背景技术：

指纹识别技术是研究最早的生物识别技术，其特点是便捷、安全且成本低廉、辨识度高，因此指纹识别已成为生物识别技术中最为常用的身份验证方式。指纹识别系统是一个典型的模式识别系统，包括指纹图像采集、预处理、特征提取和匹配等模块。其中，指纹特征提取模块是指纹识别系统的重要组成部分，影响着整个识别系统的可靠程度。指纹特征提取包含指纹方向、相位、频率、奇异点、细节点等指纹重要特征信息的提取。指纹的方向信息描述了指纹脊线、谷线的方向模式，作为指纹全局可靠的特征，在指纹图像增强、分类及匹配等方面发挥着重要作用。因此，指纹方向信息获取既是指纹识别过程中的重要步骤，也是影响指纹识别系统性能的关键环节。

目前应用较广泛的指纹方向信息提取方法是时域灰度梯度法：该方法首先计算时域指纹图像中每个像素点对应的图像灰度梯度得到梯度向量场，再根据指纹纹线方向与梯度方向相互垂直的关系求得指纹方向信息。时域灰度梯度法在应用过程中仍然存在两个方面的不足：

一方面，其求得的梯度向量长度越大，向量指向的方向对最终确定的邻域方向影响就越大，则长度较大的梯度向量所指向的错误方向必然对最终确定的邻域方向的准确性产生负面影响；

另一方面，在极值区域中即在指纹纹线中间区域中，由于指纹灰度变化缓慢，梯度方向与指纹纹线方向往往不相互垂直，甚至随机分布，这会造成最终确定的指纹方向信息出现不连续表达，而增加后续处理环节不但会增加整个系统的时间成本，还会进一步影响系统识别精度。

发明内容：

本发明的目的是提出一种基于指纹相位梯度的指纹方向信息获取方法，既可解决指纹方向信息在脊线中间区域不连续和受幅值信息影响问题，又可以降低计算复杂度，获得更加可靠的指纹方向信息。本发明将指纹看作一个二维调幅调频信号，由于指纹信号在指纹纹线中间区域中存在极值点区域，传统方法在该区域是无法处理的，从而导致了传统方法获取的方向信息在该区域出现了不连续表达。指纹相位的梯度信息和指纹方向信息是相互垂直的，且指纹相位信息在一个周期内是单调递增，不存在极值点区域，因此本发明不通过指纹信号的梯度来获取指纹方向信息，而是从指纹相位梯度中获取可靠的指纹方向信息。其中，指纹信号的相位信息是实数信号在单基矢量信号复空间中旋转的角度，即实数信号与实轴之间的夹角。指纹相位信息可通过解析单基矢量信号得到，与此同时在获取相位过程中可以去除指纹信号幅值信息。其中单基矢量信号是由预处理后的指纹信号和先后对预处理后的指纹信号进行在指定方向上做线性积分和函数卷积操作后获得的两个分量组成。

与传统方法相比，一方面，本发明从指纹相位信息的梯度信息中获取指纹方向信息的操作可直接消除指纹信号中的幅值信息影响，获取更加可靠的指纹方向信息。另一方面，本发明也避免了时域灰度梯度法在指纹纹线中间区域的方向信息不连续的问题，减少后续处理环节。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种基于指纹相位梯度的指纹方向信息获取方法。本发明方法包括如下步骤：