圖像采集綜合評估的嵌入式指紋識別系統(tǒng)(二)

2.4指紋圖像質(zhì)量分析

　　通過圖像質(zhì)量判斷條件，比較質(zhì)量評估參數(shù)Q與閾值TQ.若Q≤TQ，說明圖像質(zhì)量未達(dá)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(jié)果;若Q >TQ，說明圖片質(zhì)量達(dá)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(jù)該塊內(nèi)的各點(diǎn)是否大部分屬于某一特定方向，判斷一個前景圖像塊是否具有方向優(yōu)勢;

　　2)計(jì)算各圖像塊的方向，求出各塊的方向直方圖。如果具有某一個方向D的像素?cái)?shù)目超過預(yù)設(shè)值T1，則該塊的優(yōu)勢方向被標(biāo)記為D;

　　3)指紋圖像的質(zhì)量可以通過計(jì)算連續(xù)的優(yōu)勢方向區(qū)域占所有指紋前景圖的比例進(jìn)行描述。采取一種加權(quán)的方法，距離參考點(diǎn)越遠(yuǎn)的圖像塊，它所包含的信息越可靠，其權(quán)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(xù)優(yōu)勢方向塊的權(quán)值與所有指紋前景塊的權(quán)值之比來確定其圖像質(zhì)量;

　　q為相對權(quán)值常數(shù)，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(yù)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(yīng)的提示內(nèi)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(jù)分析結(jié)果，提示手指的干/濕狀態(tài)。

　　2.5手指干/濕度分析

　　根據(jù)指紋圖像分析，過干手指的指紋圖像對比度較小，灰度較大;過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(jì)算指紋圖像的灰度均值和標(biāo)準(zhǔn)差。具體步驟如下：

　　1)分別計(jì)算每一個前景圖像塊的灰度均值m、各前景塊所有像素的標(biāo)準(zhǔn)差δ、塊內(nèi)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(rèn)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(biāo)記為干圖像塊;

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

　　5)為分析、計(jì)算手指濕度，引入濕度特征量：

　　Cs =μ/δ(6)

　　如果Cs小于預(yù)設(shè)的閾值STH1，則標(biāo)記該圖像塊為濕圖像塊;

　　6)統(tǒng)計(jì)所有濕圖像塊占前景圖像的比例，即為濕度。若濕度超過濕圖像塊比例閾值STH2，則提示用戶手指過濕。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

　　無論何種類型的指紋，其脊線都呈拋物線形，可通過分析指紋圖像中心區(qū)域是否存在一條較為完整的脊線來確定手指是否放偏。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(gòu)造坐標(biāo)系，以前景圖的質(zhì)心為原點(diǎn)，構(gòu)建坐標(biāo)系;

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

　　3)根據(jù)塊內(nèi)的各點(diǎn)是否大部分屬于某一特定方向來判斷圖像塊的優(yōu)勢方向。若塊優(yōu)勢方向?yàn)?，則重新選擇起始參考位塊;若塊優(yōu)勢方向不為0，則根據(jù)當(dāng)前圖像塊的方向，向右搜索下一個圖像塊;

　　4)判斷該圖像塊與前一個圖像塊的方向變化。如果圖像塊與前一個圖像塊的方向變化超過90°，表明當(dāng)前圖像塊的方向發(fā)生突變，根據(jù)脊線的連續(xù)性，將當(dāng)前圖像塊的方向替代前一個圖像塊的方向，在此基礎(chǔ)上搜索下一個圖像塊;

　　5)若圖像塊的方向沒超過90°，則還需判斷是否搜索到一條完整的脊線。

　　若找到完整的脊線，采集的指紋圖像正確，在顯示屏上提示輸入正確，結(jié)束指紋圖像搜索;否則，說明當(dāng)前圖像塊沒有足夠接近x軸的正半軸，還需繼續(xù)搜索下一個圖像塊;

　　6)判斷x軸的負(fù)半軸是否完成搜索。若未搜索完畢，則繼續(xù)搜索;若x軸的負(fù)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(fù)半軸類似，方向相反。

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

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

　　3指紋信息的數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)用

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

　　實(shí)現(xiàn)電子病歷(EMR)是醫(yī)院信息系統(tǒng)的一個重要研究課題。應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，已建立醫(yī)療機(jī)構(gòu)的EMR系統(tǒng)，如圖5、圖6所示。

　　圖5 EMR系統(tǒng)指紋采集界面

　　圖6 EMR系統(tǒng)病號信息錄入界面

　　XML可在不同平臺下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。利用XML語言將電子病歷生成XML文檔，使用Rijindael算法，加密、解密使用同一密鑰。加密時，用密鑰將明文加密后寫入文檔;解密后，將明文寫入結(jié)果文件中。

　　部分電子病歷的XML文檔：

　　4結(jié)論

　　文中設(shè)計(jì)的指紋識別系統(tǒng)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(xiàn)人體指紋的采集和評估，便于指紋圖像的后續(xù)處理。運(yùn)用本文提出的指紋識別系統(tǒng)和指紋圖像綜合評估算法，在醫(yī)療系統(tǒng)建立了EMR系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，提高了指紋識別的效率，具有很好的穩(wěn)定性。