基於GaiaTracer高光譜刑偵物檢儀的指紋識別研究

基於GaiaTracer高光譜刑偵物檢儀的指紋識別研究

一
、研究的背景

我們在生活中基本上都是依賴智能卡、身份證、密碼

、數字證書等安全措施進行身份識別和安全認證，這些傳統的識別方式有很多缺點，常常給人們生活中帶來不便。指紋作為“物證之王”，從誕生開始，就一直在各領域發揮著重要作用。截止到目前為止，國內外對潛在指紋顯現方法的研究已有百餘年曆史。

采cai用yong高gao光guang譜pu圖tu像xiang技ji術shu給gei指zhi紋wen識shi別bie帶dai來lai了le新xin的de途tu徑jing，該gai技ji術shu可ke以yi在zai不bu同tong的de波bo長chang下xia對dui指zhi紋wen提ti取qu圖tu像xiang
，且qie該gai圖tu像xiang是shi一yi景jing包bao含han了le指zhi紋wen圖tu片pian二er維wei信xin息xi及ji不bu同tong波bo長chang所suo組zu成cheng的de三san維wei圖tu像xiang
，在zai某mou一yi些xie波bo長chang下xia圖tu像xiang顯xian示shi不bu理li想xiang，但dan在zai另ling外wai一yi些xie波bo長chang下xia拍pai攝she的de圖tu像xiang卻que要yao清qing晰xi很hen多duo。因yin此ci通tong過guo圖tu像xiang處chu理li技ji術shu
，可ke以yi得de到dao一yi張zhang包bao含han指zhi紋wen細xi節jie特te征zheng更geng明ming顯xian、更多的圖像。

二、高光譜圖像采集係統

本次測試使用的設備是由江蘇雙利合譜科技有限公司自主研製的GaiaTracer高光譜刑偵物檢儀。該係統主要是由計算機
、液晶可調波長濾光鏡（LCTF）
、光學鏡頭以及光譜分析軟件構成。圖1為高光譜指紋圖像采集係統
，圖2為高光譜數據采集軟件。該相機的工作波段為420 nm - 720 nm，光譜分辨率為8 nm - 20 nm，圖像分辨率為3296 * 2472，視場角為±7°。

圖 1高光譜指紋采集係統實物圖

圖2  LCTF高光譜刑偵物檢儀影像采集軟件

三
、指紋圖像分析

    圖3為LCTF相機基於複雜背景條件下獲取的指紋圖像(RGB假彩色合成)。congtuzhongkeyikanchu，shoubeijingdeganrao
，womenwufatongguorouyanyouxiaodihuoqudaozhenggezhiwenxinxi，yincixuyaojiyugaoguangputuxiangliyongtuxiangfenxidefangfaquchubeijingdeganraoyouxiaoditiqutuxiangzhongdezhiwenxinxi。benyanjiuzhuyaoliyongyixiajigebuzhoutiquzhiwenxinxi：獲取圖像端元-光譜信息散度-高通濾波-閾值分割-指紋提取。

圖3  LCTF相機獲取複雜背景下的指紋圖像

根據圖3，本研究選取了指紋、葉片-1
、葉片-2、葉片-3
、陰影、花、花叢共7個端元，其端元分布情況如圖4所示。

圖4  圖像中7種端元的分布選取

光譜信息散度(Spectral Information Divergence)是基於信息論的理論衡量兩條光譜之間的差異性（具體算法參考徐州老師的《基於光譜信息散度的光譜解混算法》一文）。圖5為基於光譜信息散度分解的七種端元的灰度圖。從圖中可知第二
、四和七個端元能有效地提取指紋信息。但仍受到少數背景的幹擾。

 圖5 基於光譜信息散度的七種端元灰度圖

圖像銳化主要影響圖像中的低頻分量，不影響圖像中的高頻分量。其主要目的有兩個：其一是為了增強圖像邊緣，使模糊的圖像變得更加清晰
，顏色變得鮮明突出
，圖像的質量有所改善，產生更適合人眼觀察和識別的圖像；其二是希望通過銳化處理後
，目標物體的邊緣鮮明
，以便於提取目標的邊緣、對圖像進行分割、目標區域識別
、區域形狀提取等，進一步的圖像理解與分析奠定基礎。主要方法有微分法和高通濾波法，本研究主要采用高通濾波法進行圖像銳化。圖6為各端元灰度圖高通濾波的效果圖。

圖6 七種端元灰度圖的高通濾波效果圖

從圖6可知，經過高通濾波之後，第二、四和七個端元的高通濾波圖能較為清晰地識別出指紋的圖像信息。以第7個端元的高通濾波圖為例，為了去除指紋間隙中少數的背景因素
，通過統計分析其設定閾值進行二值分割，如圖7所示。

圖7 基於第7端元的高通濾波的閾值分割效果圖

圖7雖(sui)然(ran)能(neng)較(jiao)為(wei)清(qing)晰(xi)地(di)顯(xian)示(shi)指(zhi)紋(wen)的(de)輪(lun)廓(kuo)信(xin)息(xi)
，但(dan)是(shi)其(qi)周(zhou)邊(bian)包(bao)含(han)了(le)較(jiao)多(duo)了(le)無(wu)用(yong)的(de)背(bei)景(jing)信(xin)息(xi)，為(wei)了(le)更(geng)加(jia)方(fang)便(bian)地(di)進(jin)行(xing)目(mu)視(shi)解(jie)譯(yi)
，了(le)解(jie)指(zhi)紋(wen)的(de)輪(lun)廓(kuo)，因(yin)此(ci)有(you)必(bi)要(yao)進(jin)行(xing)對(dui)指(zhi)紋(wen)進(jin)行(xing)區(qu)域(yu)截(jie)圖(tu)，如(ru)圖(tu)8所示。

圖 8 原始圖像與提取的指紋信息