CN101383002B - 一种支持任意方向滚动的指纹采集和拼接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支持任意方向滚动的指纹采集和拼接方法，是一种指纹图形的识别和处理方法。本发明使用由指纹采集仪、电脑和指纹采集拼接程序所组成的指纹采集系统，本方法包括步骤：启动指纹采集拼接程序初始化，初始采集，正式采集，确定当前帧指纹区域，更新拼接图像，确定拼接图像指纹区域，生成拼接效果图像，显示拼接效果图像。本发明采用了以背景图像为基准的图像拼接方法，排除了指纹在滚动采集过程中的滚动方向的限制。从而使得手指在指纹采集面上任意方向的滚动都可以形成完整的指纹拼接图像。本发明还采用了加权平均法对指纹拼接图像的边缘进行处理，使拼接后的指纹图像效果更自然、顺畅。

Description

一种支持任意方向滚动的指纹采集和拼接方法

技术领域

本发明涉及一种支持任意方向滚动的指纹采集和拼接方法，是一种记录载体的处理方法，是一种识别图形的方法，是一种指纹图形的识别和处理方法。

背景技术

指纹采集作为一种十分有效的身份识别，越来越广泛的应用在各个行业中。随着指纹采集的普及，人们发现仅仅一个正面的指纹采集在较复杂的情况下不能有效的对指纹进行正确的识别。例如，犯罪分子在现场留下的指纹往往不是正面的指纹，而是指侧面或指前面或指后部的指纹。因此在指纹采集的时候需要采集手指各个方向的指纹图像，获得完整的手指指纹图像。要获得完整的手指指纹图像，就需要指纹图像的拼接。中国专利《三面滚动指纹的采集和拼接方法》(申请号：03116651.2，申请日：2004年11月3日)提出一个解决的方案。可以将在指纹采集面上滚动的手指的指纹，通过连续的图像采集、拼接形成完整的手指指纹图像。该方案首先假定指纹滚动方向为向左或者向右，而且还需要通过前几帧指纹图像判断滚动方向，然后按特定方向进行指纹拼接。其问题在于，首先要限定被采集者滚动指纹的方式，即只能横向滚动；其次，需要由算法判断是向左还是向右，这个环节有一定概率判断错误，当判断错误时，指纹拼接无法正确进行。

发明内容

本发明的目的是提出一种支持任意方向滚动的指纹采集和拼接方法。所述方法采用新的指纹拼接方法和新的拼接缝平滑算法，使得被采集指纹的手指可以向任意方向滚动进行指纹采集，并拼接成逼近真实效果的指纹拼接图，避免了滚动方向的限制，进而也避免了滚动方向判断错误所带来的指纹拼接失败的可能性。

本发明的目的是这样实现的：一种支持任意方向滚动的指纹采集和拼接方法，所述方法使用由指纹采集仪、与指纹采集仪连接的电脑和安装在电脑中的指纹采集拼接程序所组成的指纹采集系统，所述的指纹采集和拼接方法包括以下步骤：

A.启动电脑中的指纹采集拼接程序并对指纹采集拼接程序初始化；指纹采集仪连续获取当前采集图像，对当前采集图像按采集顺序进行连续鉴别处理，如果当前采集图像中没有指纹影像，则进入“初始采集”步骤，如果在当前采集图像中发现指纹影像，则进入“正式采集”步骤；

B.初始采集，将没有指纹影像的当前采集图像定义为背景图像，然后将该背景图像存储在背景图像存储装置中，或覆盖先前存储在背景图像存储装置中的图像数据，连续进行背景图像更新，循环“初始采集”步骤；

C.正式采集，对当前采集图像按采集顺序进行连续鉴别处理，如果在当前采集图像中发现有指纹影像，则进入“确定当前帧指纹区域”步骤，如果当前采集图像中没有指纹影像，则结束指纹采集拼接；

D.确定当前帧指纹区域，本步骤包括以下子步骤：

①设定指纹阈值；

②将当前指纹图像中的各个像素的亮度值与所述背景图像中同坐标的像素的亮度值对比；

③提取所有所述当前采集图像中像素的亮度值与背景图像中同坐标的亮度值差大于指纹阈值的像素获得有噪声图像区域；

④对有噪声图像区域进行去噪声的形态腐蚀操作，获得去噪声图像区域；

⑤填补去噪声图像区域中的空洞，生成含有当前帧指纹区域的当前采集图像；

E.更新拼接图像的步骤，本步骤包括以下子步骤：

①提取含有当前帧指纹区域的当前采集图像；

②计算距离，计算含有当前帧指纹区域的当前采集图像中当前帧指纹区域中每个像素到该指纹区域边界的距离；

③设定当前帧指纹区域边界阈值，选定当前帧指纹区域边界宽度；

④将当前帧指纹区域中每个像素到边界的距离与边界阈值对比，选出所有边界距离小于边界阈值的像素定义为当前帧指纹边界区域；

⑤选择所述含有当前帧指纹区域的当前采集图像中的在当前帧指纹区域中的且前一帧指纹拼接图像中不为零的像素赋值给前一帧指纹拼接图像，生成新的指纹拼接图像；

⑥选择在边界区域内的前一帧拼接图像中不为零的像素区域进行加权平均的边界模糊化处理；

F.确定指纹拼接图像的指纹区域，确定指纹拼接图像中本次拼接后当前的指纹区域；

G.生成拼接效果图像的步骤，本步骤包含以下子步骤：

①计算拼接指纹区域中每个像素到指纹区域边界的距离；

②选定拼接指纹区域边界宽度阈值；

③将拼接指纹区域中每个像素到边界的距离与边界阈值对比，选出所有边界距离小于边界阈值的像素定义为拼接指纹边界区域；

④对于指纹拼接图像之外的像素用所述背景图像的像素对拼接效果图像赋值，对于在指纹拼接图像区域内的且在拼接指纹边界区域之外的像素用指纹拼接图像区域中的像素对拼接效果图像赋值，对于拼接指纹边界区域中的像素对拼接效果图像赋值；

⑤对拼接指纹边界区域中的像素进行加权平均的边界模糊处理。

H.显示拼接效果图像的步骤，显示拼接效果图像并回到“正式采集”步骤。

本发明产生的有益效果是：本发明采用了以背景图像为基准的图像拼接方法，排除了指纹在滚动采集过程中对手指滚动方向的限制。手指在指纹采集面上任何方向的滚动都可以最终生成完整的指纹图像。本发明还采用的加权平均法对指纹拼接图像的边缘进行处理，使拼接后的指纹图像效果更自然、顺畅。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例所述的指纹采集和拼接方法的原理示意图；

图2是本发明实施例所述的指纹采集和拼接方法的过程框图；

图3是本发明实施例所述的确定当前帧指纹区域的步骤的过程框图；

图4是本发明实施例所述的更新拼接图的步骤的原理示意图；

图5是本发明实施例所述的更新拼接图的步骤的过程框图；

图6是本发明实施例所述的生成拼接效果图像的步骤的过程框图。

具体实施方式

本实施例是一种支持任意方向滚动的指纹采集和拼接方法，所述方法使用由指纹采集仪、电脑和安装在电脑中执行所述方法的指纹采集拼接程序所组成的指纹采集系统。所述的指纹采集仪是一种具有与电脑连接接口的视频采集装置，有一个由磨砂玻璃面或棱镜玻璃面构成的指纹采集面(为方便起见，在之后的叙述中将磨砂玻璃或棱镜玻璃面构成的指纹采集面简称为指纹采集面)，通过一套光学棱镜组和图像传感器组成的指纹采集仪，可以对指纹采集面上的指纹影像进行连续的采集。本实施例使用的指纹采集仪是中国专利《一种活体指掌纹采集方法》(授权公告号：CN100405391C，申请日：2005年10月14日)所述的指掌纹采装置。电脑是普通的具有WINDOWS或LINUX等标准操作系统的个人或商用电脑。在电脑中安装有根据本实施例所述方法编制的指纹图像采集拼接程序。由指纹采集仪、电脑及其指纹采集拼接程序所组成的指纹采集系统执行整个指纹图像的采集和拼接工作。

本实施例的思路是：通过指纹采集仪对指纹采集面进行拍摄，拍摄获得的是连续图像，这个连续图像由一系列帧图像构成。当被采集人的手指没按到指纹采集面上时，摄像系统采集到的连续图像是接近空白的，称之为背景图像；当被采集人的手指按到指纹采集面上时，采集到的连续图像中，指纹接触指纹采集面的地方会呈现灰色或接近黑色。那么当手指在指纹采集面上滚动时，所拍摄到的一系列帧图像就会呈现出指纹从整个指纹采集面一端滚动到另一端的过程，而每帧图像所包含的指纹只是被采集人手指整个指纹的一部分。那么指纹拼接的工作就是将这些带有被采集人手指的各个局部的指纹的一系列帧图像组合在一起，拼接成一幅完整的指纹图像。本实施例正是利用了上述拍摄一系列帧图像进行拼接的方式获得完整的指纹图像的方式，如图1所示。首先取得一帧空白的没有任何指纹影像的图像作为背景图像1，之后对手指在玻璃面上滚动的动作产生的指纹2进行拍摄，获得多帧带有指纹各个部分的图像3、4、5、6，利用背景图像作为指纹拼接的基准，在拍摄连续图像的同时不断地将拍到的各帧指纹图像叠加、拼接，最终形成完整的指纹图像7(图1中的箭头表示各帧图像的拼接)。由于指纹拼接图像是以背景图像为基准，每帧指纹图像中的指纹的位置因此得以通过与作为基准的背景图像对比而确定出来，并且有效拼接在一起。

为方便用公式叙述本实施例，首先定义一些术语：

当前采集图像：I_SAMPLE

从指纹采集仪得到的一帧局部指纹图像，包括指纹影像和空白的影像。

背景图像：I_BACKGROUND

捺按指纹前采集到的图像。一帧空白的没有任何指纹影像的图像。

指纹拼接图像：I_MOSAIC

多帧当前采集图像经过拼接处理生成的图像。

拼接效果图像：I_RESULT

最终所得到的拼接结果图像。它是对指纹拼接图像IMOSAIC进行细化处理后生成的图像。

当前帧指纹区域：R_SAMPLE

当前采集图像中有指纹的区域。

指纹拼接图像的指纹区域：R_MOSAIC

指纹拼接图像中有指纹的区域。

本实施例所述支持任意方向滚动的指纹采集和拼接方法的步骤包括两个部分，一个是等待采集部分，一个是采集拼接循环部分，过程框图如图2所示。

(一)等待采集部分：

等待采集部分是在指纹采集系统启动并做好一切采集指纹的准备后，等待采集指纹的过程。在这一过程中先设定指纹采集仪拍摄到指纹采集面上的影像为当前采集图像I_SAMPLE，这时因为没有指纹影像出现在指纹采集面上，所以指纹采集仪拍摄到指纹采集面的影像都是空白的图像。等待采集部分将这个空白的当前采集图像作为背景图像I_BACKGROUND储存，以备将来作为指纹拼接时的基准和拼接效果图的背景。在等待采集指纹的过程中等待采集部分不断的用新采集到的一帧一帧空白的当前采集图像覆盖原有的背景图像I_BACKGROUND。一旦在指纹采集面上出现指纹影像，等待采集部分就不再用有指纹影像的当前采集图像覆盖原有的背景图像了，而是将有指纹影像的当前采集图像I_SAMPLE交给采集拼接循环部分，并不断的将后续的当前采集图像I_SAMPLE不再作判断有无指纹影像地直接交给采集拼接循环部分，并不再进行更新背景图像的循环。需要说明的是“采集”包含拍摄、摄影、录像等多种手段。

(二)采集拼接循环部分：

采集拼接循环部分是在收到第一帧有指纹影像的当前采集图像后开始采集拼接循环，并将之后收到的每一帧图像一帧一帧的处理，每一个循环处理一帧图像。采集拼接循环部分首先将接收到的当前采集图像I_SAMPLE与背景图像I_BACKGROUND对比，确定当前采集图像I_SAMPLE中有指纹图像的区域：当前帧指纹区域R_SAMPLE。确定当前帧指纹区域R_SAMPLE后，如果是第一帧有指纹影像的当前采集图像则直接储存为指纹拼接图像I_MOSAIC，如果是后续的有指纹影像的当前采集图像，这时已储存了上一循环的指纹拼接图像，则将当前采集图像I_SAMPLE与已储存的指纹拼接图像I_MOSAIC拼接，形成新的指纹拼接图像I_MOSAIC并储存覆盖上一循环的指纹拼接图像。形成新的指纹拼接图像后要确定新的指纹拼接图像的指纹区域R_MOSAIC，以便指纹拼接图像I_MOSAIC与背景图像I_BACKGROUND的拼接，形成拼接效果图像I_RESULT，并用电脑上运行的指纹采集拼接程序的界面显示拼接效果图像。显示拼接效果图像后采集拼接循环部分又回去继续接受后续的当前采集图像I_SAMPLE，这样不断的将一帧帧的当前采集图像以背景图像I_BACKGROUND为基准一帧一帧的拼接在一起，形成完整的指纹拼接图像。每次循环所产生的指纹拼接图像在电脑上运行的指纹采集拼接程序的界面上会有逼真的指纹增加的连续动画画面出现。在采集拼接循环的开始阶段也设置一判断步骤，因为一旦有指纹的影像出现等待采集部分就不再判断是否有指纹影像出现，而直接将当前采集图像交给采集拼接部分处理了。当本次的指纹采集完成，也就是被采集指纹的手指已经在指纹采集面上完整的滚过了，指纹采集仪拍到的指纹采集面又一次出现空白后，采集拼接循环部分收到的当前采集图像是空白的，采集拼接循环部分就会自己判断是无指纹影像的图像而停止采集拼接循环。这时指纹采集拼接程序在电脑上显示的界面中就会有一个完整的指纹图像。

指纹采集拼接方法的具体的采集拼接步骤如下所述：

A.启动电脑中的指纹采集拼接程序并对指纹采集拼接程序初始化；指纹采集仪连续拍摄指纹采集面，获取当前采集图像I_BAMPLE，对当前采集图像按采集顺序进行连续鉴别处理，如果当前采集图像中没有指纹影像，则进入“初始采集”步骤，如果在当前采集图像中发现指纹影像，则进入“正式采集”步骤。本步骤判断有无指纹影像的方法可以采用：对当前采集图像I_SAMPLE通过高斯平滑，二值化处理后，如果存在指纹线，则判断为指纹影像存在，否则判断为指纹影像不存在。

B.初始采集，将没有指纹影像的当前采集图I_SAMPLE定义为背景图像I_BACKGROUND，然后将该背景图像存储在背景图像存储装置中，或覆盖先前存储在背景图像存储装置中的图像数据。即将当前采集图像I_SAMPLE赋值给背景图像I_BACKGROUND(公式1)。

I_SAMPLE(v)＝I_BACKGROUND(v)，v∈V，  (1)

其中v为单个像素，V为所有像素的集合。

如在后续各帧图像中都没有指纹影像，则连续进行背景图像更新，循环“初始采”步骤。

C.正式采集，对当前采集图像按采集顺序进行连续鉴别处理，如果在当前采集图像中发现有指纹影像，则进入“确定当前帧指纹区域”步骤，如果当前采集图像中没有指纹影像，则结束指纹采集拼接。

本步骤判断当前采集图像I_SAMPLE中是否有指纹影像的方法可以采取与“启动电脑中的指纹采集拼接程序并对指纹采集拼接程序初始化”相同的方法：对当前采集图像I_SAMPLE通过高斯平滑，二值化处理后，如果存在指纹线，则判断为指纹存在，否则判断为指纹不存在。

本步骤用于结束采集拼接：如果被采集指纹的手指离开了指纹采集面，即指纹采集完毕；也即是说，继续获得的当前采集图像是没有指纹影像的空白时，则停止采集拼接。停止采集拼接意味着指纹采集拼接程序处于待机状态，所有的采集均停止，包括背景图像的采集也同时停止。

D.确定当前帧指纹区域R_SAMPLE步骤，将各个含有指纹影像的当前采集图像I_SAMPLE中的像素的亮度值与背景图像I_BACKGROUND中各个同坐标的像素的亮度值对比，确定所获取的当前采集图像中当前帧指纹区域R_SAMPLE的位置。本步骤将有指纹影像的当前采集图像I_SAMPLE与背景图像I_BACKGROUND两图像的各个坐标相同的像素做亮度值对比，将当前采集图像与背景图像中同坐标的亮度值明显不同的区域确定为当前帧指纹区域，为后面的拼接做准备。

为确定当前帧指纹区域R_SAMPLE首先找出所有当前采集图像I_SAMPLE中像素的亮度值与背景图像I_BACKGROUND中同坐标的像素亮度值相差大于指纹阈值T₁(常数)的那些像素，这些像素的集合为R₁(公式2)，R₁为有噪声图像区域。然后对R₁做形态腐蚀操作，得到集合R₂(公式3)，R₂为去噪声图像区域。

R₁＝{v|I_BACKGROUND(v)-I_SAMPLE(v)>T₁，v∈V}               　　　    (2)

R₂＝{v|v∈R₁，{v₁，v₂，v₃，v₄}∈R₁，{v₁，v₂，v₃，v₄}为与v相邻的点}(3)

然后采用十字填充方法填充R₂内部的空洞，得到R_SAMPLE(公式4)，即为当前帧指纹区域。

$R_{\mathrm{SAMPLE}}=\left\{v\right|v\∈R_2,\∃v_1\∈R_2,\∃v_2\∈R_2,\∃v_3\∈R_2,\∃v_4\∈R_2,$

(v₁，v₂，v₃，v₄分别在v的正上方，正下方，正左方，正右方)}         (4)

本实施例所述的确定当前帧指纹区域步骤中包括以下子步骤，过程见图3所示：

①设定指纹阈值。指纹阈值是一个经验数值，是一个常数，通常情况下与使用的指纹采集设备有关。指纹阈值过大会造成指纹区域的丢失，指纹阈值过小会使噪声较大，不利于去噪声，指纹阈值可以通过实验取得。本实施例采用的阈值是：20

②将含有指纹影像的当前采集图像中的各个像素的亮度值与所述背景图像中同坐标的像素的亮度值对比。

③提取所有当前采集图像中像素的亮度值与背景图像中同坐标的亮度值差大于指纹阈值的像素获得有噪声图像区域R₁。

④对有噪声图像区域R1进行去噪声的形态腐蚀操作，获得去噪声图像区域R₂。

⑤填补去噪声图像区域R₂中的空洞，生成含有当前帧指纹区域R_SAMPLE的当前采集图像。

E.更新拼接图像步骤。将当前帧指纹区域R_MOSAIC与已储存的指纹拼接图像拼接，获得新的指纹拼接图像I_MOSAIC并储存该指纹拼接图像或覆盖已储存的指纹拼接图像。本步骤的拼接过程还包括对当前帧指纹区域R_MOSAIC与已储存的指纹拼接图像拼接的边界部分进行模糊处理，以使拼接后的指纹拼接图像看起来十分自然。模糊处理的方法有许多种，例如可以使用高斯模糊处理，或者加权平均法处理等等。处理后的指纹图像进行更新，即用新的拼接好的指纹拼接图像覆盖储存的旧有的指纹拼接图像。

本步骤开始的时候首先要对指纹拼接图像I_MOSAIC的像素亮度值初始化为0(公式5)。

I_MOSAIC(v)＝0，v∈V           (5)

这里对指纹拼接图像I_MOSAIC初始化出现在一个完整指纹的采集拼接过程的开始，即在第一帧有指纹影像的当前采集图像到来之前，可理解为采集拼接循环部分从零开始，在后续的采集拼接循环中不再进行这个初始化，直到一个完整指纹采集拼接过程的结束。在下一个完整指纹采集拼接过程开始时才再次进行一个这样的初始化。即每个完整指纹采集拼接过程的开始才有这样的初始化。之后提取含有当前帧指纹区域的当前采集图像。

为进行指纹图像拼接，首先要对当前帧指纹区域R_SAMPLE的边界进行计算，找出当前帧指纹区域的边界，并在当前帧的指纹区域设立一个边界区，以便在当前帧指纹区域和已储存的指纹拼接图像的指纹区域拼接的时候，两个区域有一个柔和的过度，使拼接看起来自然顺畅。因此首先在当前帧指纹区域R_SAMPLE9中计算所有像素到R_SAMPLE边界的距离，参见图4。选出那些到R_SAMPLE边界的距离d小于当前帧指纹区域边界阈值T_SAMPLE的像素，将这些像素构成的区域定义为当前帧指纹边界区域R_BORDER10。当前帧指纹区域边界阈值T_SAMPLE是一个常数，这个常数是根据图像清晰度要求和工作效率等多个因素综合考虑确定的。本实施例采用的当前帧指纹区域边界阈值是：10。对于在R_SAMPLE内，且指纹拼接图像I_MOSAIC8为0的像素，将当前采集图像I_SAMPLE像素赋值给I_MOSAIC；对于在R_BORDER内，且I_MOSAIC不为0的像素，进行边界模糊处理(公式6)。

$I_{\mathrm{MOSAIC}}\left(v\right)=\left(\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{SAMPLE}}\left(v\right),I_{\mathrm{MOSAIC}}\left(v\right)=0,v\∈R_{\mathrm{SAMPLE}}\\ \mathrm{Weight}(I_{\mathrm{MOSAIC}}\left(v\right),I_{\mathrm{SAMPLE}}\left(v\right),d),I_{\mathrm{MOSAIC}}\left(v\right)\≠0,v\∈R_{\mathrm{BORDER}}\end{array}\right)---\left(6\right)$

本实施例的边界模糊处理采用的是加权平均法(公式7)：

$\mathrm{Weight}(v_{\mathrm{MOSAIC}},v_{\mathrm{SAMPLE}},d)=v_{\mathrm{MCSAIC}}-\frac{(v_{\mathrm{MOSAIC}}-v_{\mathrm{SAMPLE}})\×d}{T_{\mathrm{SAMPLE}}}---\left(7\right)$

上式中d为v到R_SAMPLE边界的距离，以像素为单位；v_MOSNIC为指纹拼接图I_MOSAIC中的像素；v_SAMPLE为在当前采集图像I_SAMPLE中的当前帧指纹边界区域R_BORDER中的像素。

本实施例所述的更新拼接图步骤中的子步骤如图5所示，包括：

①对指纹拼接图像初始化的子步骤，在当前采集拼接循环初始时对指纹拼接图像所有像素清零，当前采集拼接循环的初次循环之后的后续各次循环则跳过本子步骤；

②计算距离的子步骤，计算当前帧指纹区域R_SAMPLE中每个像素到本指纹区域边界的距离；

③设定当前帧指纹区域边界阈值T_SAMPLE的子步骤，选定当前帧指纹区域边界宽度阈值；

④确定当前帧指纹区域的边界区域R_BORDER的子步骤，将当前帧指纹区域中每个像素到边界的距离与边界阈值对比，选出所有边界距离小于边界阈值的像素定义为当前帧指纹边界区域；

⑤拼接的子步骤，选择所述含有当前帧指纹区域的当前采集图像I_SAMPLE中的在当前帧指纹区域R_SAMPLE中的且前一帧指纹拼接图像中不为零的像素赋值给前一帧指纹拼接图像，形成新的指纹拼接图像I_MOSAIC；

⑥边界模糊处理的子步骤，选择在边界区域内的原拼接图像中不为零的像素区域进行加权平均的边界模糊化处理。本步骤是在采样拼接循环过程中，将新采集的指纹区域于前一帧的指纹区域进行拼接时的必要措施，如果本次采集的图像是首次有指纹影像的当前采集图像则跳过本子步骤，因为是首次出现指纹影像，没有与之拼接的前一帧图像，这时的拼接就是整个的当前采集图像，所以无需边界模糊处理。

F.确定指纹拼接图像的指纹区域R_MOSAIC步骤，确定指纹拼接图像I_MOSAIC中本次拼接后当前的指纹区域。本步骤所述的指纹区域包括原有部分和新增加部分的指纹区域。本步骤将确定本次拼接后指纹的图像区域，以及指纹图像区域的边界为下一步骤做好准备。

G.生成拼接效果图像I_RESULT步骤，将背景图像I_BACKGROUND和指纹拼接图像I_MOSAIC合成。传统的习惯是在白纸上印有红色或黑色的指纹印，而拼接图像的背景是黑色的，与传统的习惯不符。因此需要将一个白色的背景图像与的指纹拼接图像合成，生成一个白色背景下的黑色或其他颜色纹路的指纹图像，合成时还要进行指纹拼接图像的指纹区域边缘与背景的模糊或者说柔化处理，使合成的图像更自然。

由于指纹拼接图只是求得了指纹区域在拼接后的图像，而且他区域都是0，即为黑色。为了使最终的拼接效果接近实际视觉感受，将指纹拼接图和背景图像结合在一起，使之看上去是指纹在背景图像上拼接得到的结果。这就要将指纹拼接图像I_MOSAIC与背景图像I_BACKGROUND组合在一起形成拼接效果图I_RESULT。

为使指纹拼接图像和背景图像拼接，首先要计算拼接图像的边界，方法是计算在R_MOSAIC中的像素到R_MOSAIC边界的距离d，选出那些距离d小于拼接指纹区域边界阈值T_BACKGROUND的像素点构成的区域，将这个区域定义为R_BORDER。其中拼接指纹区域边界阈值T_BACKGROUND是一个常数，确定的方式与当前帧指纹区域边界阈值类似。然后进行拼接：对于在R_MOSAIC外，用I_BACKGROUND的像素赋值给I_RESULT；对于在R_MOSAIC内，且在R_BORDER外，用I_MOSAIC的像素赋值给I_RESULT；在R_BORDER内，进行模糊处理，本实施例的模糊处理采用像素值的加权平均(公式9，10)。

$I_{\mathrm{RESULT}}\left(v\right)=\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{BACKGROUND}}\left(v\right),v\∉R_{\mathrm{MOSAIC}}\\ I_{\mathrm{MOSAIC}}\left(v\right),v\∈R_{\mathrm{MOSAIC}},v\∉R_{\mathrm{BORDER}}\\ \mathrm{Weight}(I_{\mathrm{MOSAIC}}\left(v\right),I_{\mathrm{BACKGROUND}}\left(v\right),d),v\∈R_{\mathrm{BORDER}}\end{array}\right\}---\left(9\right)$

$\mathrm{Weight}(v_{\mathrm{MOSAIC}},v_{\mathrm{BACKGROUND}},d)=v_{\mathrm{MOSAIC}}-\frac{(v_{\mathrm{MOSAIC}}-v_{\mathrm{BACKGROUND}})\×d}{T_{\mathrm{RACKGROUND}}}---\left(10\right)$

式中的v_MOSNIC为指纹拼接图I_MOSAIC中的像素；v_BACKGUOUND为在背景图像I_BACKGROUND中的像素。

所述的生成拼接效果图像步骤中的子步骤如下，过程如图6所示：

①计算距离的子步骤，计算拼接指纹区域中每个像素到指纹区域边界的距离；

②设定拼接指纹区域边界阈值的子步骤，选定拼接指纹区域边界宽度阈值；

③确定拼接指纹区域的边界区域的子步骤，将拼接指纹区域中每个像素到边界的距离与边界阈值对比，选出所有边界距离小于边界阈值的像素定义为拼接指纹边界区域；

④赋值的子步骤，对于指纹拼接图像之外的像素用背景图像的像素对拼接效果图像赋值，对于在指纹拼接图像区域内的且在拼接指纹边界区域之外的像素用指纹拼接图像区域中的像素对拼接效果图像赋值，对于拼接指纹边界区域中的像素对拼接效果图像赋值；

⑤拼接图像模糊处理的子步骤，对拼接指纹边界区域中的像素进行加权平均的边界模糊处理。

H.显示拼接效果图像I_RESULT步骤，显示拼接效果图像并回到“正式采集的步骤”。指纹拼接图像I_MOSAIC和背景图像I_BACKGROUND合成后在电脑的显示屏上的指纹采集拼接程序的界面上显示，显示的同时采集拼接循环部分回到“正式采集的步骤”，开始新的一轮采集拼接循环。被采集手指在采集面上连续不断的滚动，则指纹采集仪连续不断的采集指纹的图像，在电脑的显示屏上的指纹采集拼接程序的界面上显示连续不断的指纹图像的拼接动画，形象逼真。

采集拼接循环部分是本实施例的关键，是进行指纹拼接的过程关键，所实现的是本实施例前述的将指纹图像与背景图像对比产生的效果。上述过程仅仅是一个采集循环，在实际采集中这样的循环要重复多次。

Claims (1)

1.一种支持任意方向滚动的指纹采集和拼接方法，所述方法使用由指纹采集仪、与指纹采集仪连接的电脑和安装在电脑中的指纹采集拼接程序所组成的指纹采集系统，其特征在于所述的指纹采集和拼接方法包括以下步骤：

A.启动电脑中的指纹采集拼接程序并对指纹采集拼接程序初始化；指纹采集仪连续获取当前采集图像，对当前采集图像按采集顺序进行连续鉴别处理，如果当前采集图像中没有指纹影像，则进入“初始采集”步骤，如果在当前采集图像中发现指纹影像，则进入“正式采集”步骤；

B.初始采集，将没有指纹影像的当前采集图像定义为背景图像，然后将该背景图像存储在背景图像存储装置中，或覆盖先前存储在背景图像存储装置中的图像数据，连续进行背景图像更新，循环“初始采集”步骤；

C.正式采集，对当前采集图像按采集顺序进行连续鉴别处理，如果在当前采集图像中发现有指纹影像，则进入“确定当前帧指纹区域”步骤，如果当前采集图像中没有指纹影像，则结束指纹采集拼接；

D.确定当前帧指纹区域，本步骤包括以下子步骤：

①设定指纹阈值；

②将含有指纹影像的当前采集图像中的各个像素的亮度值与所述背景图像中同坐标的像素的亮度值对比；

③提取所有所述当前采集图像中像素的亮度值与所述背景图像中同坐标的亮度值差大于指纹阈值的像素获得有噪声图像区域；

④对有噪声图像区域进行去噪声的形态腐蚀操作，获得去噪声图像区域；

⑤填补去噪声图像区域中的空洞，生成含有当前帧指纹区域的当前采集图像；

E.更新拼接图像的步骤，本步骤包括以下子步骤：

①提取含有当前帧指纹区域的当前采集图像；

②计算距离，计算含有当前帧指纹区域的当前采集图像中当前帧指纹区域中每个像素到该指纹区域边界的距离；

③设定当前帧指纹区域边界阈值，选定当前帧指纹区域边界宽度阈值；

④将当前帧指纹区域中每个像素到边界的距离与边界阈值对比，选出所有边界距离小于边界阈值的像素定义为当前帧指纹边界区域；

⑤选择所述含有当前帧指纹区域的当前采集图像中的在当前帧指纹区域中的且前一帧指纹拼接图像中不为零的像素赋值给前一帧指纹拼接图像，生成新的指纹拼接图像；

⑥选择在边界区域内的前一帧拼接图像中不为零的像素区域进行加权平均的边界模糊化处理；

F.确定指纹拼接图像的指纹区域，确定指纹拼接图像中本次拼接后当前的指纹区域；

G.生成拼接效果图像的步骤，本步骤包含以下子步骤：

①计算拼接指纹区域中每个像素到指纹区域边界的距离；

②选定拼接指纹区域边界宽度阈值；

③将拼接指纹区域中每个像素到边界的距离与边界阈值对比，选出所有边界距离小于边界阈值的像素定义为拼接指纹边界区域；

④对于指纹拼接图像之外的像素用背景图像的像素对拼接效果图像赋值，对于在指纹拼接图像区域内的且在拼接指纹边界区域之外的像素用指纹拼接图像区域中的像素对拼接效果图像赋值，对于拼接指纹边界区域中的像素对拼接效果图像赋值；

⑤对拼接指纹边界区域中的像素进行加权平均的边界模糊处理；

H.显示拼接效果图像的步骤，显示拼接效果图像并回到“正式采集”步骤。

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