圖像采集綜合評估的嵌入式指紋識別系統(二)

2.4指紋圖像質(zhì)量分析

　　通過(guò)圖像質(zhì)量判斷條件，比較質(zhì)量評估參數Q與閾值TQ.若Q≤TQ，說(shuō)明圖像質(zhì)量未達到要求，需要進(jìn)行手指干/濕狀態(tài)分析，并在漢字顯示屏上提示分析結果;若Q >TQ，說(shuō)明圖片質(zhì)量達到要求，但還需判斷手指位置是否放置正確。具體如下：

　　1)依據該塊內的各點(diǎn)是否大部分屬于某一特定方向，判斷一個(gè)前景圖像塊是否具有方向優(yōu)勢;

　　2)計算各圖像塊的方向，求出各塊的方向直方圖。如果具有某一個(gè)方向D的像素數目超過(guò)預設值T1，則該塊的優(yōu)勢方向被標記為D;

　　3)指紋圖像的質(zhì)量可以通過(guò)計算連續的優(yōu)勢方向區域占所有指紋前景圖的比例進(jìn)行描述。采取一種加權的方法，距離參考點(diǎn)越遠的圖像塊，它所包含的信息越可靠，其權值也就越高;

　　4)對于指紋前景圖中的任一圖像塊xi，可以用公式具有連續優(yōu)勢方向塊的權值與所有指紋前景塊的權值之比來(lái)確定其圖像質(zhì)量;

　　q為相對權值常數，xc為指紋前景質(zhì)心，Q為質(zhì)量比例;

　　5)將指紋圖像質(zhì)量比例Q與指紋圖像質(zhì)量評價(jià)的下限值TQ進(jìn)行比較，若Q >TQ，表示指紋圖像質(zhì)量合格。若手指位置正確，則提示“指紋輸入正確”，進(jìn)行圖像預處理;若手指位置有偏向，則對手指位置的偏向進(jìn)行分析，并顯示相應的提示內容。

　　6)若Q≤TQ，表示指紋圖像質(zhì)量不合格，則進(jìn)入手指干/濕狀態(tài)分析，根據分析結果，提示手指的干/濕狀態(tài)。

　　2.5手指干/濕度分析

　　根據指紋圖像分析，過(guò)干手指的指紋圖像對比度較小，灰度較大;過(guò)濕手指的指紋圖像對比度較小，灰度較小。手指干/濕度分析算法要計算指紋圖像的灰度均值和標準差。具體步驟如下：

　　1)分別計算每一個(gè)前景圖像塊的灰度均值m、各前景塊所有像素的標準差δ、塊內小于均值m的所有像素的灰度均值μ;

　　2)求圖像塊的對比度Cd：

　　Cd =μ/δ(5)

　　若Cd大于干圖像塊對比度閾值DTH1，則該圖像塊確認為干圖像塊;

　　3)若Cd≤DTH1，還需用圖像塊8鄰域中對比度最大值和最小值的差值Var(Cd)與閾值DTH2進(jìn)行比較。如果Var(Cd)> DTH 2，則將該圖像塊標記為干圖像塊;

　　4)計算所有干圖像塊占前景圖像的比例，即為干度。如果干度超過(guò)閾值DTH3，則認為該手指過(guò)干，在漢字顯示屏上提示用戶(hù)手指過(guò)干;否則進(jìn)行手指濕度分析;

　　5)為分析、計算手指濕度，引入濕度特征量：

　　Cs =μ/δ(6)

　　如果Cs小于預設的閾值STH1，則標記該圖像塊為濕圖像塊;

　　6)統計所有濕圖像塊占前景圖像的比例，即為濕度。若濕度超過(guò)濕圖像塊比例閾值STH2，則提示用戶(hù)手指過(guò)濕。若濕度≤STH2，則該指紋圖像判定為低質(zhì)量圖像。

　　2.6手指位置分析

　　無(wú)論何種類(lèi)型的指紋，其脊線(xiàn)都呈拋物線(xiàn)形，可通過(guò)分析指紋圖像中心區域是否存在一條較為完整的脊線(xiàn)來(lái)確定手指是否放偏。本文使用基于方向圖的跟蹤方法判斷手指的放置位置是否正確。具體如下：

　　1)構造坐標系，以前景圖的質(zhì)心為原點(diǎn)，構建坐標系;

　　2)在x軸的左半軸，選擇一個(gè)優(yōu)勢方向不為0的圖像塊作為起始參考位塊;

　　3)根據塊內的各點(diǎn)是否大部分屬于某一特定方向來(lái)判斷圖像塊的優(yōu)勢方向。若塊優(yōu)勢方向為0，則重新選擇起始參考位塊;若塊優(yōu)勢方向不為0，則根據當前圖像塊的方向，向右搜索下一個(gè)圖像塊;

　　4)判斷該圖像塊與前一個(gè)圖像塊的方向變化。如果圖像塊與前一個(gè)圖像塊的方向變化超過(guò)90°，表明當前圖像塊的方向發(fā)生突變，根據脊線(xiàn)的連續性，將當前圖像塊的方向替代前一個(gè)圖像塊的方向，在此基礎上搜索下一個(gè)圖像塊;

　　5)若圖像塊的方向沒(méi)超過(guò)90°，則還需判斷是否搜索到一條完整的脊線(xiàn)。

　　若找到完整的脊線(xiàn)，采集的指紋圖像正確，在顯示屏上提示輸入正確，結束指紋圖像搜索;否則，說(shuō)明當前圖像塊沒(méi)有足夠接近x軸的正半軸，還需繼續搜索下一個(gè)圖像塊;

　　6)判斷x軸的負半軸是否完成搜索。若未搜索完畢，則繼續搜索;若x軸的負半軸已經(jīng)完成搜索，還需搜索x軸的正半軸;

　　7)搜索x軸的正半軸的方法與x軸負半軸類(lèi)似，方向相反。

　　如果搜索到一條完整的脊線(xiàn)，則在顯示屏上提示輸入正確，結束指紋圖像搜索;否則還需繼續搜索。如果從x軸的正、負半軸都無(wú)法確定一條完整的脊線(xiàn)，則表明該指紋圖像過(guò)偏，按照質(zhì)心的位置提示用戶(hù)，需重新采集指紋。

　　根據所選質(zhì)心的位置和判斷的結果，分別在信息提示顯示屏上進(jìn)行顯示。

　　3指紋信息的數字水印技術(shù)應用

　　具有指紋采集狀態(tài)顯示功能的指紋識別儀可應用于多種場(chǎng)合，如基于指紋技術(shù)的門(mén)禁系統、交易系統、電子病歷和電子處方的簽名認證、銀行內部管理、電子政務(wù)系統和企業(yè)內部辦公系統等諸多領(lǐng)域。

　　實(shí)現電子病歷(EMR)是醫院信息系統的一個(gè)重要研究課題。應用本文設計的系統，已建立醫療機構的EMR系統，如圖5、圖6所示。

　　圖5 EMR系統指紋采集界面

　　圖6 EMR系統病號信息錄入界面

　　XML可在不同平臺下進(jìn)行數據交換。利用XML語(yǔ)言將電子病歷生成XML文檔，使用Rijindael算法，加密、解密使用同一密鑰。加密時(shí)，用密鑰將明文加密后寫(xiě)入文檔;解密后，將明文寫(xiě)入結果文件中。

　　部分電子病歷的XML文檔：

　　4結論

　　文中設計的指紋識別系統和指紋圖像綜合評估算法，對指紋圖像進(jìn)行前、背景分離，對圖像做出圖像質(zhì)量、圖像有效面積大小、手指干濕程度、手指位置偏向性的綜合分析，實(shí)現人體指紋的采集和評估，便于指紋圖像的后續處理。運用本文提出的指紋識別系統和指紋圖像綜合評估算法，在醫療系統建立了EMR系統。在實(shí)際應用中，提高了指紋識別的效率，具有很好的穩定性。