TWI416432B - 利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統；特別是關於利用奇異值分解[Singular Value Decomposition，SVD]方式將原始指紋影像進行消除背景雜訊[background noise]之增強及切割方法及其系統。
一般而言，依英國指紋專家E. R. Henry的指紋分類方法將指紋分類為右旋蹄狀紋[right loop]、左旋蹄狀紋[left loop]、篷形弓狀紋[tented arch]、弓狀紋[plain arch或arch]及渦狀紋[whorl，即螺旋狀紋]。另外，將渦流紋[eddy]及S狀紋或雙環狀紋[S-type或twin loop]亦歸類為渦狀紋。
習用指紋辨識裝置，例如：中華民國專利公開第200641700號之〝全反射式指紋辨識裝置〞發明專利申請案，其揭示一種全反射式指紋辨識裝置，其包括一本體、一光源、一接合體及一感測器。本體具有一按觸區、一第一反射區及透光區。光源所產生之光線經過本體的透光區照射在放置於按觸區上的手指。接合體具有另一第二反射區，且在接合體上設置感測器，而本體及接合體連接處設有光圈，光圈為鍍黑或塗黑之不透光孔狀膜層，讓所經過設定的光線只通過該光圈並過濾其他雜光，成像於感測器上，使該指紋辨識裝置於擷取指紋影像時，以達到高對比及低雜訊之功效。
另一習用指紋影像分類方法及裝置，例如：中華民國專利公告第354397號之〝指紋像自動分類的方法及系統裝置〞發明專利，其揭示一種指紋像自動分類的方法及系統裝置，係根據指紋中核心點[core point]的數目和核心點周圍的指紋線流向[ridge flow direction]，將輸入指紋分為八個不同類別。首先針對輸入的原始指紋像進行前處理。根據指紋像中的灰階平均值[mean]和變異值[variance]分離出指紋像中的背景部份與指紋部份。所有後續的處理步驟則只針對指紋部份進行，這樣可以增進本分類方法的速度。指紋部份被分離出來後，再針對每個指紋區塊，計算此區塊指紋線的平均方向，產生其區塊方向圖[block directional image]。然後針對整個指紋像區塊方向圖的分佈得出指紋中核心點的位置。最後利用核心點的數目與核心點周圍的指紋線流向，根據分類規則，將輸入之指紋像分成八大類。
雖然前述專利已揭示相關指紋影像辨識技術，但其並未提供如何消除背景雜訊之相關技術。事實上，就指紋影像辨識技術而言，其必然需要消除相當的背景雜訊，否則其影響指紋影像辨識的可靠度。因此，習用指紋影像辨識技術必然存在進一步消除背景雜訊的需求。
前述中華民國專利公開第200641700號及公告第354397號專利僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。
有鑑於此，本發明為了滿足上述需求，其提供一種利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統，其利用一奇異值分解法分解一原始指紋影像，以獲得一增益指紋影像，以達成準確切割指紋影像之目的。
本發明之主要目的係提供一種利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統，其利用一奇異值分解法分解一原始指紋影像，以獲得一增益指紋影像，以達成準確切割指紋影像之目的。
為了達成上述目的，本發明之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法包含：利用一奇異值分解法分解一原始指紋影像，以獲得一增益指紋影像；將該增益指紋影像進行能量轉換，以獲得一能量分佈圖；及利用該能量分佈圖尋找指紋輪廓，以獲得數個標界，其圍繞形成一切割多邊形。
本發明之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割系統包含：一輸入單元，其用以輸入一原始指紋影像；一演算單元，其利用一奇異值分解法分解一原始指紋影像，以獲得一增益指紋影像；該演算單元將該增益指紋影像進行能量轉換，以獲得一能量分佈圖；該演算單元利用該能量分佈圖尋找指紋輪廓，以獲得數個標界，其圍繞形成一切割多邊形；及一輸出單元，其用以依該切割多邊形輸出一切割指紋邊界影像。
本發明較佳實施例在尋找指紋輪廓時，利用水平投影方式獲得該標界。
本發明較佳實施例在尋找指紋輪廓時，利用左、右水平投影方式獲得該標界。
本發明較佳實施例利用該標界切割一感興趣指紋區塊。
為了充分瞭解本發明，於下文將例舉較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。
本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統適用於各種指紋辨識裝置及其相關應用設備，例如：各類型電腦系統或保全系統，但其並非用以限定本發明之範圍。
第1圖揭示本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統在未處理下原始指紋影像之示意圖。請參照第1圖所示，本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割系統包含一輸入單元、一演算單元及一輸出單元。本發明之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法係執行於該輸入單元，其用以輸入至少一原始指紋影像，如第1圖所示。
第2圖揭示本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統將原始指紋影像經奇異值分解處理後，獲得增益指紋影像[enhanced image]之示意圖，其對應於第1圖所示之該原始指紋影像。請參照第2圖所示，本發明之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法係執行於該演算單元，其利用一奇異值分解法分解該原始指紋影像，以獲得一增益指紋影像，如第2圖所示。
本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法採用奇異值分解之m
×n
矩陣A
(m n
)為，
A
=U
ΣV t
其中U
=[u 1
,u 2
,..,u m
]及V
=[v 1
,v 2
,...,v n
]皆為正交矩陣[orthogonal matrix]，Σ=[D
,0
]t
在對角線上包含奇異值；D
=diag
(λ 1
,λ 2
,...,λ k
)其在非遞增[non-increasing]序列中具有奇異值λ i , i =1,..., k
，0
為零矩陣；矩陣Σ為表示指紋影像之強度訊息[intensity information]。
指紋影像之常態化影像[normalized image]為具有高斯分佈之均值及變異值之機率密度函數[probability density function，PDF]。將m
×n
矩陣A
分解為，
自上述方程式取出之k
<r
正整數，並簡化為，
將上述方程式展開為，
其中k
為保留奇異值，且rank
(Σ)=min
(m
,n
)，λ i u i v i t
含向量外積。矩陣A
之弗羅貝尼烏斯範數[Frobenius norm]為，
自上述方程式顯示矩陣A
之能量可依弗羅貝尼烏斯範數進行分割。
為了消除背景雜訊，將常態矩陣之最大奇異值依下列方式訂定權值，
其中Σ G
為表1之各資料庫取得高斯影像之均值及變異值。
表1：各資料庫之高斯分佈函數之均值及變異值。
本發明產生合成強度影像[synthetic intensity image]之方程式為，
A eq
=U
(αΣ G
)V t
自上述方程式獲得具原始指紋影像尺寸之合成強度影像，且已消除原始指紋影像之背景雜訊。
第3圖揭示本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統將增益指紋影像經能量轉換處理後，獲得指紋影像之能量分佈示意圖，其對應於第1及2圖所示之該原始指紋影像及增益指紋影像。請參照第3圖所示，本發明之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法係再利用執行該演算單元進行能量轉換處理，以獲得一能量分佈圖。將7×7圖素之局部標準平均值[local standard average]μ
及轉換能量ε
之定義表示為
其中N
=49為常態化常數。
為了將灰階強度影像轉換，矩陣A
之門檻影像為，
其中圖素值255為感興趣物件[interest object]，圖素值0為不感興趣區塊。
請再參照第1及3圖所示，相對於第1圖之原始指紋影像，第3圖之能量分佈指紋影像具有較佳對比性。
第4圖揭示本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統將指紋影像之能量分佈圖自左、右兩側進行水平投影之能量分佈投影示意圖，其對應於第3圖之左下方影像，如第3圖之箭頭所示。請參照第4圖所示，本發明之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法係再利用執行該演算單元進行切割處理。該演算單元利用該能量分佈圖尋找指紋輪廓，以獲得數個標界[landmark]，其圍繞形成一切割多邊形[segmented polygon]。
請再參照第4圖所示，本發明較佳實施例在尋找指紋輪廓[fingerprint contour]時，利用水平投影方式獲得該標界。此外，在尋找指紋輪廓時，利用左、右水平投影方式偵測該標界，如第4圖之左側所示，再利用該水平投影獲得該標界，如第4圖之右側所示。
第5圖揭示本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統於指紋影像切割形成感興趣指紋區塊之示意圖。請參照第5圖所示，本發明之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法係再利用執行該輸出單元依該切割多邊形進行輸出影像，以便輸出一切割指紋邊界影像，如第4圖之多邊形所示。
請再參照第5圖所示，本發明較佳實施例利用該標界切割一感興趣指紋區塊[Impression of Interest，IOI]。
前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。
[無元件符號]
第1圖：本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統在未影像處理下原始指紋影像之示意圖。
第2圖：本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統將原始指紋影像經奇異值分解處理後，獲得增益指紋影像之示意圖。
第3圖：本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統將增益指紋影像經能量轉換處理後，獲得指紋影像之能量分佈示意圖。
第4圖：本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統將指紋影像之能量分佈圖自左、右兩側進行水平投影之能量分佈投影示意圖。
第5圖：本發明較佳實施例之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法及其系統於指紋影像切割形成感興趣指紋區塊之示意圖。
[無元件符號]
Claims (8)
- 一種利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法，其包含：利用一奇異值分解法分解一原始指紋影像，以獲得一增益指紋影像；將該增益指紋影像進行能量轉換，以獲得一能量分佈圖；及利用該能量分佈圖尋找指紋輪廓，以獲得數個標界，其圍繞形成一切割多邊形。
- 依申請專利範圍第1項所述之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法，在尋找指紋輪廓時，利用水平投影方式獲得該標界。
- 依申請專利範圍第1項所述之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法，在尋找指紋輪廓時，利用左、右水平投影方式獲得該標界。
- 依申請專利範圍第1項所述之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割方法，其中利用該標界切割一感興趣指紋區塊。
- 一種利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割系統，其包含：一輸入單元，其用以輸入一原始指紋影像；一演算單元，其利用一奇異值分解法分解一原始指紋影像，以獲得一增益指紋影像；該演算單元將該增益指紋影像進行能量轉換，以獲得一能量分佈圖，且該演算單元利用該能量分佈圖尋找指紋輪廓，以獲得數個標界，其圍繞形成一切割多邊形；及一輸出單元，其用以依該切割多邊形輸出一切割指紋邊界影像。
- 依申請專利範圍第5項所述之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割系統，在尋找指紋輪廓時，利用水平投影方式獲得該標界。
- 依申請專利範圍第5項所述之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割系統，在尋找指紋輪廓時，利用左、右水平投影方式獲得該標界。
- 依申請專利範圍第5項所述之利用奇異值分解於指紋影像之增強及切割系統，其中利用該標界切割一感興趣指紋區塊。
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| Xiaoyong Wang; Xiaojun Jing; Xifu Zhu; Songlin Sun; Linbi Hong，"A NOVEL APPROACH OF FINGERPRINT RECOGNITION BASED ON MULTILINEAR ICA"， IC-NIDC，740-744， 2009。 * |
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