具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图及说明书表格中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的参数或具有相同或类似含义的参数。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。相反,本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基木同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。。
本实施例中指纹采集设备内部模数转换器的增益和转换偏移配置的初始配置为GAIN_ini和SHFT_ini,调节后最终的模数转换器的增益和转换偏移配置为GAIN_adj和SHFT_adj。
图1是本实施例的初次指纹图像优化方法流程框图,如图1所示本实施例的增强指纹图像对比度的方法包括:
步骤1:选取指纹图像数据区域作为帧数据。具体为,选取一块或几块特定指纹图像数据区域作为帧数据。为了提高增强计算效率,选取了一块或几块特定区域的图像数据而并非全部区域作为帧数据进行运算。此处也可以选取整幅图像数据作为帧数据进行计算。
步骤2:获取帧数据的最大值和最小值,统计区域帧数据(D1,D2,...,Dk),找出帧数据的最大值Dmax和最小值和Dmin。
步骤3:获取帧数据的最大值Dmax和最小值和Dmin的第一中心值R_mid,R_mid满足如式(1)所示关系。
步骤4:获取帧数据的最大值Dmax和最小值和Dmin的差值占满量程R_full的比例R_gain,R_gain满足如式(2)所示关系:
在式(1)中,R_gain为最大值Dmax和最小值Dmin的差值占满量程R_full的比例。DFS/2<R_full<DFS,R_full是为了防止前后几帧采集的数据之间波动太大而预设的一个变量,如果数据波动较小,可以等于DFS,如果数据波动太大,则需要小于DFS。同时,这里的帧数据的最大值Dmax和最小值Dmin不局限于是一帧数据的最大值和最小值,为了防止图像采集过程中受到电噪声的影响,它也可以取次大值或次小值。
步骤5:在增益查找表中找出大于R_gain且最小的那个增益的配置作为新的增益配置GAIN_adj,计算采用增益配置GAIN_adj之后帧数据的最大值Dmax和最小值和Dmin的第二中心值R′_mid:
步骤6:计算得到转换偏移调整量SHFT′以及新的转换偏移配置SHFT_adj:
式(4)中的DMID=DFS/2,R_s/g是转换偏移查找表中的转换偏移在各个配置下的步进值,对于式(4)取整,在转换偏移查找表中找出与之相等的配置即为调整的长度。
新的转换偏移配置SHFT_adj是:
步骤7:将指纹识别芯片模数转换器的增益配置和转换偏移配置分别设置为GAIN_adj和SHFT_adj,再次采集指纹图像,选取一帧指纹图像,重复步骤1-4,得到第一次调整模数转换器增益配置和转换偏移配置参数之后的指纹图像数据中心值R″_mid以及帧数据的最大值Dmax和最小值Dmin的差值占满量程的比例R′_gain,如果R″_mid满足公式(6)且R′_gain满足公式(7),则此时的模数转换器增益GAIN_adj和转换偏移SHFT_adj为最优的参数值。
(1-k)*DMID<R″_mid<(1+k)*DMID.....................(6)
1-k<R′gain<1................................................(7)
如果R″_mid满足公式(6),但R′_gain不满足公式(7),且R′_gain<1-k或R′_gain=1,重复步骤1-7直至1-k<R′_gain<1。
如果R″_mid不满足公式(6),且R″_mid<(1-k)*DMID,则SHFT_adj+1;然后重复步骤1-4、7和SHFT_adj+1直至R″_mid满足公式(6)和R′_gain满足公式(7)。
如果R″_mid不满足公式(6),且R″_mid>(1+k)*DMID,则SHFT_adj-1;重复步骤1-4、7和SHFT_adj-1直至R″_mid满足公式(6)和R′_gain满足公式(7)。
上面的系数k是一个大于0小于1的可调节的小数,可以根据芯片的应用环境调整,如果数据稳定,k可以接近于0,如果芯片应用环境电噪声很大,数据不稳定,可以大于0。
以下以图2中所示的图像为例,进一步说明本实施例的实施过程,指纹识别芯片,最大量程DFS=255,芯片中模数转换器的初始化增益值GAIN_ini为1,初始化转换偏移值SHFT_ini为1,系数k=0.2,如图2所示指纹识别芯片采集到的一幅指纹图像,这幅图像整体的对比度较低,并且图像像素灰度值整体偏高并且图像中指纹的辨识度较低,原因是封装介质厚度太小或手指死皮层厚度太小或是其他因素导致像素灰度值整体偏高。应用本实施例增强指纹图像对比度的过程如下:
步骤201,选定图像区域中间420个像素点作为采集样本,得到一帧数据,如表1所示。
表1.对比度增强前的指纹图像数据
步骤202:找出这帧数据的最大值Dmax为200和最小值Dmin为129;
步骤203:计算图像数据的中间值:
步骤204:选取一个小于DFS的数200作为R_full来计算数据的最大差值占满量程的比例:
步骤205:查找如表2示出的增益配置表,将配置6作为新的增益配置,即GAIN_adj=0.361。
表2.增益配置表
配置 |
增益 |
1 |
1 |
2 |
0.873 |
3 |
0.776 |
4 |
0.616 |
5 |
0.457 |
6 |
0.361 |
7 |
0.299 |
8 |
0.254 |
9 |
0.221 |
10 |
0.196 |
11 |
0.176 |
12 |
0.159 |
13 |
0.146 |
14 |
0.134 |
15 |
0.124 |
16 |
0.116 |
17 |
0.108 |
18 |
0.102 |
并计算采用新的增益配置6之后,图像数据的中间值,即:
步骤206:根据初始化转换偏移配置值SHFT_ini=1,查找表3中与转换偏移配置相对应的步进值R_s/g为4,
表3.转换偏移查找表
转换偏移配置 |
转换偏移步进 |
±1 |
4 |
±2 |
8 |
±3 |
12 |
±4 |
16 |
±5 |
20 |
±6 |
24 |
±7 |
28 |
±8 |
32 |
±9 |
36 |
±10 |
40 |
±11 |
44 |
±12 |
48 |
±13 |
52 |
±14 |
56 |
±15 |
60 |
±16 |
64 |
±17 |
68 |
±18 |
72 |
±19 |
76 |
±20 |
80 |
±21 |
84 |
±22 |
88 |
±23 |
92 |
±24 |
96 |
±25 |
100 |
±26 |
104 |
±27 |
108 |
±28 |
112 |
±29 |
116 |
±30 |
120 |
±31 |
124 |
±32 |
128 |
计算需要调整的转换偏移的长度,即:
所以,新的转换偏移配置将会是:
SHFT_adj=SHFT_ini-SHFT′=1-11=-10
步骤207:采用新的转换增益配置GAIN_adj=0.361和转换偏移配置SHFT_adj=-10,重复步骤201-204,采集的图像数据如表4所示,其中图像数据最大值Dmax为250和最小值Dmin为68。
表4.经过第一次调整之后的指纹图像数据
162 |
207 |
234 |
239 |
200 |
147 |
92 |
71 |
78 |
114 |
162 |
214 |
236 |
209 |
149 |
88 |
74 |
104 |
159 |
219 |
250 |
218 |
167 |
101 |
78 |
91 |
123 |
176 |
220 |
226 |
188 |
123 |
89 |
97 |
131 |
183 |
214 |
193 |
147 |
99 |
86 |
114 |
165 |
214 |
228 |
194 |
140 |
94 |
134 |
175 |
218 |
231 |
210 |
148 |
96 |
69 |
68 |
92 |
135 |
193 |
224 |
207 |
160 |
94 |
72 |
94 |
135 |
200 |
236 |
230 |
183 |
111 |
77 |
82 |
102 |
145 |
202 |
221 |
198 |
136 |
90 |
90 |
122 |
175 |
214 |
207 |
165 |
109 |
85 |
103 |
149 |
201 |
224 |
207 |
158 |
102 |
121 |
165 |
211 |
233 |
217 |
160 |
112 |
76 |
72 |
86 |
124 |
178 |
219 |
221 |
179 |
112 |
79 |
91 |
128 |
185 |
235 |
239 |
200 |
132 |
84 |
81 |
90 |
122 |
181 |
219 |
203 |
144 |
92 |
81 |
109 |
160 |
210 |
217 |
177 |
113 |
88 |
99 |
133 |
181 |
219 |
217 |
177 |
113 |
112 |
153 |
203 |
233 |
225 |
182 |
128 |
85 |
76 |
80 |
107 |
166 |
215 |
230 |
199 |
133 |
88 |
91 |
118 |
173 |
225 |
238 |
214 |
149 |
93 |
79 |
79 |
106 |
160 |
204 |
201 |
146 |
97 |
88 |
106 |
150 |
207 |
227 |
201 |
129 |
91 |
93 |
107 |
151 |
200 |
222 |
192 |
134 |
115 |
146 |
190 |
224 |
231 |
203 |
153 |
97 |
73 |
84 |
101 |
155 |
210 |
236 |
212 |
148 |
100 |
96 |
111 |
157 |
211 |
239 |
224 |
167 |
111 |
86 |
81 |
99 |
144 |
196 |
206 |
154 |
102 |
87 |
101 |
134 |
195 |
225 |
211 |
147 |
96 |
87 |
95 |
128 |
179 |
216 |
207 |
149 |
111 |
123 |
165 |
208 |
230 |
219 |
176 |
112 |
81 |
82 |
99 |
149 |
208 |
246 |
221 |
160 |
107 |
92 |
99 |
134 |
193 |
230 |
233 |
186 |
126 |
90 |
80 |
93 |
135 |
189 |
208 |
169 |
119 |
100 |
99 |
125 |
191 |
229 |
221 |
166 |
108 |
90 |
89 |
113 |
157 |
207 |
211 |
172 |
106 |
108 |
139 |
183 |
221 |
228 |
199 |
134 |
89 |
87 |
100 |
148 |
202 |
236 |
231 |
176 |
126 |
101 |
96 |
119 |
170 |
218 |
236 |
207 |
143 |
102 |
84 |
99 |
137 |
189 |
215 |
186 |
134 |
103 |
95 |
121 |
178 |
225 |
230 |
184 |
124 |
95 |
85 |
98 |
136 |
190 |
215 |
189 |
95 |
89 |
117 |
160 |
204 |
223 |
210 |
148 |
99 |
85 |
93 |
133 |
190 |
231 |
237 |
197 |
145 |
104 |
87 |
98 |
141 |
197 |
230 |
214 |
160 |
112 |
91 |
93 |
123 |
177 |
214 |
205 |
156 |
116 |
96 |
110 |
160 |
215 |
231 |
200 |
141 |
104 |
88 |
94 |
118 |
168 |
209 |
206 |
92 |
86 |
99 |
137 |
178 |
212 |
214 |
157 |
101 |
84 |
91 |
114 |
169 |
218 |
250 |
218 |
167 |
119 |
88 |
89 |
124 |
179 |
227 |
213 |
166 |
115 |
86 |
79 |
107 |
157 |
206 |
214 |
182 |
133 |
99 |
103 |
计算得到采用新的转换配置之后的图像数据的中间值:
此时,R_mid分别符合条件R_mid<(1-k)*DMID,即96<(1-0.2)*255/2=102,所以新的转换偏移配置为SHFT_adj+1=-9。
采用调整后的的转换偏移配置SHFT_adj=-9,重复步骤201-204,采集的图像数据如表5所示,其中图像数据最大值Dmax为230和最小值Dmin为42。
表5.经过第二次调整后的指纹图像数据
150 |
187 |
222 |
225 |
187 |
129 |
81 |
56 |
61 |
98 |
145 |
198 |
221 |
192 |
135 |
70 |
57 |
90 |
146 |
204 |
230 |
205 |
150 |
85 |
61 |
78 |
110 |
162 |
204 |
208 |
174 |
110 |
83 |
119 |
169 |
199 |
180 |
132 |
85 |
73 |
96 |
89 |
153 |
201 |
213 |
179 |
125 |
77 |
118 |
159 |
204 |
214 |
194 |
131 |
80 |
42 |
42 |
79 |
119 |
178 |
208 |
193 |
142 |
78 |
54 |
79 |
121 |
184 |
221 |
213 |
168 |
97 |
59 |
65 |
83 |
129 |
185 |
205 |
184 |
121 |
74 |
75 |
105 |
160 |
197 |
196 |
148 |
92 |
70 |
89 |
134 |
186 |
213 |
191 |
142 |
86 |
104 |
148 |
196 |
218 |
199 |
144 |
95 |
58 |
54 |
70 |
109 |
164 |
205 |
206 |
163 |
100 |
63 |
76 |
112 |
174 |
218 |
223 |
185 |
114 |
68 |
61 |
76 |
107 |
168 |
200 |
186 |
124 |
80 |
74 |
101 |
148 |
198 |
204 |
169 |
104 |
72 |
80 |
114 |
165 |
201 |
201 |
162 |
99 |
99 |
137 |
187 |
218 |
211 |
169 |
113 |
68 |
58 |
65 |
92 |
148 |
201 |
214 |
183 |
118 |
74 |
75 |
103 |
156 |
207 |
226 |
200 |
132 |
81 |
65 |
64 |
94 |
145 |
190 |
189 |
131 |
82 |
72 |
89 |
138 |
187 |
211 |
184 |
116 |
77 |
78 |
94 |
141 |
187 |
205 |
178 |
121 |
100 |
132 |
172 |
213 |
216 |
188 |
133 |
80 |
61 |
71 |
88 |
141 |
197 |
218 |
200 |
136 |
83 |
79 |
92 |
143 |
195 |
224 |
208 |
151 |
94 |
70 |
62 |
82 |
126 |
180 |
186 |
139 |
89 |
74 |
86 |
120 |
182 |
211 |
196 |
133 |
80 |
73 |
79 |
112 |
165 |
201 |
193 |
134 |
99 |
112 |
151 |
193 |
217 |
206 |
164 |
97 |
67 |
66 |
84 |
134 |
195 |
221 |
206 |
146 |
89 |
77 |
83 |
116 |
178 |
215 |
217 |
172 |
115 |
77 |
67 |
81 |
124 |
175 |
195 |
155 |
104 |
83 |
81 |
114 |
173 |
214 |
208 |
150 |
95 |
76 |
77 |
98 |
145 |
193 |
199 |
159 |
88 |
90 |
125 |
169 |
204 |
212 |
182 |
120 |
75 |
71 |
82 |
135 |
184 |
220 |
214 |
160 |
105 |
80 |
76 |
99 |
154 |
201 |
219 |
187 |
129 |
86 |
65 |
83 |
120 |
173 |
201 |
171 |
119 |
84 |
78 |
107 |
163 |
207 |
215 |
168 |
114 |
82 |
74 |
87 |
124 |
176 |
202 |
177 |
82 |
76 |
104 |
145 |
189 |
210 |
197 |
132 |
82 |
71 |
80 |
118 |
173 |
216 |
224 |
181 |
129 |
90 |
72 |
83 |
124 |
181 |
214 |
198 |
145 |
98 |
77 |
77 |
109 |
161 |
202 |
191 |
141 |
103 |
81 |
95 |
148 |
199 |
217 |
185 |
129 |
90 |
73 |
79 |
107 |
158 |
195 |
195 |
78 |
74 |
87 |
124 |
165 |
201 |
199 |
143 |
87 |
70 |
76 |
98 |
155 |
207 |
230 |
204 |
155 |
105 |
74 |
79 |
111 |
167 |
213 |
201 |
153 |
101 |
70 |
66 |
92 |
140 |
194 |
200 |
165 |
119 |
85 |
89 |
计算得到采用新的转换配置之后的图像数据的中间值:
此时,R_mid分别符合条件(1-k)*DMID<R_mid<(1+k)*DMID,即(1-0.2)*255/2=102<119<(1+0.2)*255/2=153,计算得到最大差值占满量程的比例:
此时1-k<R_gain<1,即1-0.2=0.8<0.94<1,到此模数转换器的增益R_gain和转换偏移配置SHFT_adj为最优的参数配置。图3为根据调整后的最优模数转换器的增益和转换偏移配置采集的指纹图像,图中指纹图像的对比度得到明显增强和提高,指纹的辨识度明显增强。
由以上实施例的具体实现可知,本发明提出的指纹图像优化方法中,通过选取一块区域的指纹图像数据作为参数调整的样本数据,减少了算法的复杂度,提高模数转换器的转换增益和转换偏移的动态调整的效率,避免了现有技术中参数调整依靠人工调整优化的缺陷。
本发明提出的指纹图像优化方法中,通过调整指纹识别芯片中的模数转换器的转换增益和转换偏移,有效提高了采集的指纹图像的对比度,克服了现有技术中,筛选指纹图像,通过后期的图像处理算法对采集指纹图像增强图像对比度的繁琐过程,实现了在采集过程中对指纹图像的优化,此外也避免了指纹采集过程中按压力度和芯片封装引起的图像质量对比度降低以及为提高质量而使被采集者调整姿势的过程。
在具体应用中,可以当模数转换器的转换偏移量调整完毕后,再进行模数转换器的增益的调整,从而避免了现有技术中偏移量设置对系统动态范围的负面影响,简化了调整过程,提高了指纹识别传感设备的响应速度和辨识性能。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。