CN1841406A - 降低指纹采集数据量的二值化处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种降低指纹采集数据量的二值化处理方法，用于指纹传感器。利用指纹沟、峰采样点数据的二值性，将各采样点采样到的并经模数转换后的多比特数据，基于该帧指纹图像平均灰度，变换成1比特数据输出，从而大大减少整幅图像数据量。采用本方法的指纹传感器，便于配合低速接口或处理器在多数场合应用。
Description
技术领域 本发明涉及图像数据处理或产生，尤其涉及降低指纹采集数据量的数据压缩处理方法。
背景技术 随着信息技术的发展，以人体生物特征信息作为身份识别依据的现代指纹识别技术越来越多地介入了人们的工作与生活。对于在各种领域中应用该技术的指纹设备或系统，指纹数据的采集和传输是必不可少的一环，不管该设备或系统是利用计算机还是利用嵌入式处理器来进行指纹识别匹配，都先要从传感器获得指纹图像数据。传感器输出的指纹图像的质量高低对应用系统的安全性影响极大。而高质量指纹图像数据一般是以模数转换后的多比特数字信号对应每个模拟采集信号，数据量非常大。但传感器芯片内部的存储器资源往往非常有限，特别是近几年兴起并被便携产品广泛使用的半导体指纹传感器，为了保证其芯片面积小、成本低，一般不会把大容量存储器集成到芯片内部来存储数据，从而要求传感器以非常高的速率将指纹图像数据传送到处理器。
目前，滑动式半导体指纹传感器一次采集的数据量可以达到1.5MB以上。高速传送并处理这么大的数据量，对处理器的接口形式及处理速度是个极大的挑战。以嵌入式系统指纹设备为例，较为常用的接口包括SPI(Synchronous Parallel Interface，同步并行接口)和SSI(Synchronous Serial Interface，同步串行接口)，所述接口形式需要选择性能和价格极高的处理器来满足上述大数据量的处理请求；以计算机指纹处理系统为例，较为通用的USB接口(尤其USB 1.1接口)、串并行口等也很难胜任处理该大数据量。现在，能较好解决所述问题的措施通常是采用高速接口，比如USB2.0接口，或者是采用高速处理器。
上述现有技术的缺点：一是高速接口或高速处理器价格昂贵，及现有电脑设备以低速接口为主流配置，不利于指纹识别技术普及和应用；二是数据在高速传输过程中容易被丢失，致使指纹采集或匹配无法顺利进行，甚至出现误匹配情况。
发明内容 本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种降低指纹采集数据量的二值化处理方法，用于指纹传感器，能在保持指纹识别性能的前提下，降低采集数据量，使该传感器适合多数场合应用，特别是配合低速接口或处理器，降低成本及避免数据丢失。
为解决上述技术问题，本发明的基本构思是：因为用作指纹识别依据的模板包含了代表指纹纹路的分叉、终止或转弯处坐标位置特征的数据，而且两枚不同的指纹不会产生相同的所述特征数据，处理器在分析采集来的指纹数据时，可以忽略图像灰度而仅对形成指纹纹路的沟、峰进行识别，即可对纹路情况作出判断，因此传感器只需用0或1二值表示指纹沟、峰来描绘指纹的每个采样点。为了提高图像精确度，传感器将采样到的数据先经模数转换成多比特数字信号，再基于该帧指纹图像平均灰度，进一步将代表每个采样点的多比特数值变换成1比特数值输出。这样，整幅数据量将大大减小，便于配合低速接口或处理器在多数场合的应用。
作为实现本发明构思的技术方案是，提供一种降低指纹采集数据量的二值化处理方法，用于指纹传感器，步骤是，
a.指纹传感器采集指纹信息，得到对应指纹各采集点的模拟信号；
b.将所述各模拟信号经模数转换电路，得到对应该模拟信号的多比特数字信号；
c.将所述多比特数字信号送往二值化处理模块，基于指纹图像的平均灰度，转换得到对应指纹各采集点数据的一比特数字信号；
d.传感器输出各采集点的所述一比特数字信号。
上述方案中，所述步骤c的二值化处理包括步骤
①以M×K矩阵暂存来自传感单元的共K行指纹的多比特数字信号数据，系统提供一个比较基准值；其中M代表列数，K代表行数；
②求各点数据的滑动均值Ave1；
③将所述各点的Ave1减去所述比较基准值，以此结果产生新的数据；
④将所述新产生的各点数据二值化成0或1。
上述方案中，所述比较基准值或者是计算取得的所述矩阵数据平均值Ave0；或者是与所述多比特数字信号的峰值数据成比例的设定阈值。所述步骤③和④之间还包括步骤
③b.求各点数据的滑动平均值Ave2，即该点数据与周边若干相邻数据更新点的数据平均值；对于矩阵边界的若干数据点，周边无相邻点或相邻点数量不足的用所述数据点本身补足来计算平均值。
采用上述技术方案，可以大大降低指纹传感器的采集数据量，便于该传感器配合低速接口或处理器，降低成本及避免数据丢失，从而适合多数场合的应用。
附图说明 图1是传感器中的数据传输流程示意图
图2是二值化处理流程图
图3是二值化处理过程中数据存储矩阵示意图
具体实施方式 下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本发明。
图1所示为本发明实施例作二值化处理的指纹传感器采集指纹过程的数据传输流程：指纹传感器采集指纹信息，得到对应指纹各采集点的模拟信号；接着将所述模拟信号输入A/D模数转换电路，得到对应所述模拟信号的多比特数字信号；再将所述各多比特数字信号送往二值化处理模块，基于指纹图像的平均灰度，转换得到指纹各采集点对应信息的一比特数字信号。来自各采集点的所述一比特数字信号可以输入传感器中的存储器缓存，最后通过传感器的数据接口输往处理器，也可以直接通过传感器的数据接口输往处理器(通常所述处理器都带有数据接收缓存器)。
结合图2的流程图，将所述二值化处理方法阐述如下：设从指纹传感器输出的指纹图像中取出相邻的M×N像素，其中M代表所取图像一行的像素数，N代表所取图像一列的像素数；为叙述方便，所述图像可以视为是该传感器前端的一个M×N传感单元阵列对各采集点采样的结果(实际上该传感器前端也可以是包括若干个M×K传感单元的阵列，而由若干次扫描采样结果拼成一帧完整的指纹图像，因其拼接不是本发明要讨论的问题，故不在此详述；但本发明数据二值化处理可以包括在该所述传感器内)。阵列中每个传感单元输出的模拟信号被量化为多比特数据，因此，如图3所示设定一个M×N矩阵来存放所取的指纹数据，每个矩阵单元存放一个多比特数据。则所述数据的二值化处理包括如下步骤：
①以M×K矩阵暂存来自传感单元的共K行指纹的多比特数字信号数据，系统产生或提供一个比较基准值；其中K的取值范围为1～N；所述比较基准值可以是计算取得的所述矩阵数据平均值Ave0；
②求各点数据的滑动均值Ave1；可以是该点数据与周边若干相邻点数据的平均值；对于矩阵边界的若干数据点，周边无相邻点或相邻点数量不足的用所述数据点本身补足来计算平均值；
③将所述各点的Ave1减去所述比较基准值，以此结果产生新的数据；
④将所述新产生的各点数据二值化成0或1；例如：若所述点的数据为正或零，则该点结果为1，否则为0。
上述处理中，为了使重组后的指纹图像更平滑，以及避免图像数据出现一串的1或0(即图像出现大面积的黑或白条纹)，在步骤③和④之间还包括步骤
③b.求各点数据的滑动平均值Ave2，即该点数据与周边若干相邻数据更新点的数据平均值；对于矩阵边界的若干数据点，周边无相邻点或相邻点数量不足的用所述数据点本身补足来计算平均值。
上述步骤中的比较基准值还可以是与所述多比特数字信号的峰值数据成比例的设定阈值；或者是系统设定的固定值。
以图3示范，步骤②或③b的具体计算以DK数据点为例，可以是：包括该数据点的矩阵1内全部数据的平均值就是该数据点的Ave1或Ave2，该矩阵1包括以该数据点为左上角阵元的4个阵元，这样，对于第M行的数据点，该矩阵1的第二行阵元将以该数据点本身进行填充。所述矩阵1也可以包括以所述数据点DK为中心的9个阵元，相同于图3中矩阵2与DI数据点的关系。
步骤②或③b中所述各点平均值Ave1或Ave2，还可以是该点数据与周边若干相邻点数据的加权平均值，例如矩阵2的平均值Ave2，可以是DI与加权系数的乘积与另8个阵元数据的总和再除以9。所述加权系数可选0、2、4或8。
上述各步骤是基于一次扫描、K行采样数据的处理过程，当所述一帧图像包括若干次扫描和采集时，将重复上述过程若干次。
经过上述二值化处理，每帧指纹的图像数据量将大大减少，减少的程度决定于传感器所采用的A/D转换器的转换位数。以8位A/D转换器为例，依上述方法处理得到的数据量是处理前的1/8，并且实验证明，经过这个处理过程，系统同样能保持指纹图像的识别性能。并且，采用本方法的指纹传感器，尤其适合低速数据接口或处理器的配合使用。
Claims (10)
1.一种降低指纹采集数据量的二值化处理方法，用于指纹传感器，其特征在于，包括步骤：
a.指纹传感器采集指纹信息，得到对应指纹各采集点的模拟信号；
b.将所述模拟信号输入模数转换电路，得到对应该模拟信号的多比特数字信号；
c.将所述多比特数字信号送往二值化处理模块，基于指纹图像的平均灰度，转换得到
对应指纹各采集点数据的一比特数字信号；
d.传感器输出各采集点的所述一比特数字信号。
2.根据权利要求1所述的降低指纹采集数据量的二值化处理方法，其特征在于，所述步骤c的二值化处理方法包括步骤：
①以MxK矩阵暂存来自传感单元的共K行指纹的多比特数字信号数据，系统提供一个比较基准值；其中M代表列数，K代表行数；
②求各点数据的滑动均值Ave1；
③将所述各点的Ave1减去所述比较基准值，以此结果产生新的数据；
④将所述新产生的各点数据二值化成0或1。
3.根据权利要求2所述的降低指纹采集数据量的二值化处理方法，其特征在于，
所述比较基准值或者是计算取得的所述矩阵数据平均值Ave0；或者是与所述多比特数字信号的峰值数据成比例的设定阈值。
4.根据权利要求2所述的降低指纹采集数据量的二值化处理方法，其特征在于，
所述各点的滑动均值Ave1是指该点数据与周边若干相邻点数据的平均值；对于矩阵边界的若干数据点，周边无相邻点或相邻点数量不足的用所述数据点本身补足来计算平均值；
5.根据权利要求2所述的降低指纹采集数据量的二值化处理方法，其特征在于，所述步骤③和④之间还包括步骤
③b.求所述新产生的各点数据的滑动平均值Ave2，即该点数据与周边若干相邻新产生的各点数据的平均值；对于矩阵边界的若干数据点，周边无相邻点或相邻点数量不足的用所述数据点本身补足来计算平均值。
6.根据权利要求4或5所述的降低指纹采集数据量的二值化处理方法，其特征在于，
所述计算各数据点的Ave1或Ave2时选择的周边相邻点是：以该数据点为左上角阵元的矩阵的其它若干个阵元。
7.根据权利要求4或5所述的降低指纹采集数据量的二值化处理方法，其特征在于，
所述计算各数据点的Ave1或Ave2时选择的周边相邻点是：以该数据点为中心阵元的矩阵的其它若干个阵元。
8.根据权利要求4或5所述的降低指纹采集数据量的二值化处理方法，其特征在于：
所述计算各数据点的Ave1或Ave2，指的是该点数据与周边若干相邻点数据的加权平均值。
9.根据权利要求8所述的降低指纹采集数据量的二值化处理方法，其特征在于：
所述加权平均值是所述点数据与加权系数的乘积与另若干个阵元数据的总和再除以总阵元数；所述加权系数可选0、2、4或8。
10.根据权利要求1或2所述的降低指纹采集数据量的二值化处理方法，其特征在于：
所述步骤c的二值化处理包括若干次步骤①～④于一帧指纹图像数据的采集中。
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